CN112609185A - 一种油气钢质管道阴保智能监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油气钢质管道阴保智能监控技术领域，尤其为一种油气钢质管道阴保智能监控系统，包括主控单元、太阳能存放电单元、高精度数据采集电路、电压信号转换器、网络远程传输单元和数据存储处理服务器，其中：所述数据存储处理服务器收集埋地油气钢质管道的各项阴极保护参数，用以查看数据并对各项数据进行综合分析与处理，进而获得受保护管道的当前保护状况；方便了管道管理人员查看数据，为管道的受保护状态提供了重要的参考依据，同时可以通过对管道多种数据的综合分析得到当前管道的健康状况；本系统具有精度高、功耗极低、稳定性好、无人值守等特点，满足野外监测系统的设计需要。
Description
技术领域
本发明属于油气钢质管道阴保智能监控技术领域，具体涉及一种油气钢质管道阴保智能监控系统。
背景技术
金属腐蚀是金属与周围介质发生化学或电化学作用所引起的金属损失的现象和过程。埋地管道作为石油、天然气的传统载体，是目前油品和天然气运输效率最好、成本最低、风险最小的一种运输方式。由于管道埋于地下经长期使用，受土壤潮湿、内部电解质等物质的侵蚀，导致由腐蚀、裂纹或变形等缺陷引起的天然气泄漏、爆炸等事故频繁发生，对人的生命、财产安全造成巨大的威胁。
目前，埋地钢质管道广泛应用于石油、天然气、饮用水等的传输，管道长期埋于地下，会发生不同程度的腐蚀。管道的腐蚀、油气的泄露不仅造成了企业的经济损失，还易引发诸多安全问题，对环境造成破坏。因此，管道的保护非常重要，管道运行状态的检测也迫在眉睫。
为此，一种油气钢质管道阴保智能监控系统应运而生，用于实时查看、管理阴极保护数据，评价管道阴极保护状态。阴极保护主要包括两种方法：牺牲阳极法和外加强制电流法。我国多采用恒电位仪和牺牲阳极结合的方式为管道提供阴极保护。根据现行的阴极保护标准，阴极保护电位（管/地断电电位）应在-850 mV～-1 200 mV之间。传统的检测方式多采用人工巡检、万用表现场采集，效率低、误差大；现场采集只能采集通电电位，无法采集阴极保护准则评判时的断电电位，造成了阴极保护效果判断的误差，且人工汇总数据实时性差，查看不方便；
而且，阴极保护是保障油气管道安全运行的重要手段，其断电电位是判断管道是否达到保护的重要参数。油气管道阴极保护技术目前发展已经比较成熟，在实际运行中，保护效果的好坏取决于对系统的正确维护。目前国内外对于油气管道阴极保护参数的检测基本上是采用定期人工监测为主，通过数字万用表直接对阴极保护参数进行测量。
传统测量存在的主要问题时：(1)由于管道分布区域广，尤其是偏远的山区，沿线地理环境复杂，给常规的人工检测和管道管理带来了很大的难度，造成了大量的人力、物力和财力浪费；(2)检测周期长，不能得到连续数据，取点资料具有偶然性；(3)测试结果受人为因素和测试仪器设备影响较大，数据准确性差，导致决策和管理的失误，给管道的安全运行造成不良隐患。特别是在杂散电流干扰情况下，现有检测手段不能同时连续获得管道的客观真实参数，无法满足腐蚀控制的要求；
针对埋地钢制油气管道阴极保护的检测多为人工巡检，测量数据误差大、数据不完备、查看不便、分析指导意义不大、反应管道阴保状态不全面等现状，设计出一套油气钢质管道阴保智能监控系统极为重要。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种油气钢质管道阴保智能监控系统，具有方便用户使用的特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种油气钢质管道阴保智能监控系统，包括主控单元、太阳能存放电单元、高精度数据采集电路、电压信号转换器、网络远程传输单元和数据存储处理服务器，其中：所述数据存储处理服务器收集埋地油气钢质管道的各项阴极保护参数，用以查看数据并对各项数据进行综合分析与处理，进而获得受保护管道的当前保护状况。
作为本发明一种油气钢质管道阴保智能监控系统优选的，所述主控单元主体为DTU-AIM9处理器。
作为本发明一种油气钢质管道阴保智能监控系统优选的，还包括通电电位测试电路、断电电位测试电路和自然电位。
作为本发明一种油气钢质管道阴保智能监控系统优选的，所述通电电位测试电路包括硫酸铜电极A、硫酸铜电极的管道连接件A和测量导线A，该通电电位测试电路在阴极保护系统投入运行的情况下，测得的管地电位。
作为本发明一种油气钢质管道阴保智能监控系统优选的，所述硫酸铜电极A为铜-饱和硫酸铜参比电极。
作为本发明一种油气钢质管道阴保智能监控系统优选的，所述断电电位测试电路包括硫酸铜电极B、极化试片电缆、极化探头、极化试片和测量导线B，该断电电位测试电路在阴极保护系统投入运行的情况下，突然断掉阴保系统瞬间管地电位。
作为本发明一种油气钢质管道阴保智能监控系统优选的，所述自然电位为无外部电流影响的腐蚀体系中金属的电极电位。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：设计了不同阴极保护参数的采集电路，通过GPRS/CDMA的无线通信方式将管道阴保参数传回服务器进行接收、解析、存储并显示。是一套高效、稳定、节能的阴极保护参数远程监控系统。方便了管道管理人员查看数据，为管道的受保护状态提供了重要的参考依据，同时可以通过对管道多种数据的综合分析得到当前管道的健康状况；本系统具有精度高、功耗极低、稳定性好、无人值守等特点，满足野外监测系统的设计需要。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的通电电位测试电路示意图；
图2为本发明的断电电位测试电路示意图；
图3为本发明的管道通电电位分布曲线示意图；
图4为本发明的瞬间断开电位及自然电位分布曲线示意图；
图5为本发明的阴极极化衰减电位曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1和图2所示；
图1为本发明的通电电位测试电路示意图；
图2为本发明的断电电位测试电路示意图。
一种油气钢质管道阴保智能监控系统，包括主控单元、太阳能存放电单元、高精度数据采集电路、电压信号转换器、网络远程传输单元和数据存储处理服务器，其中：所述数据存储处理服务器收集埋地油气钢质管道的各项阴极保护参数，用以查看数据并对各项数据进行综合分析与处理，进而获得受保护管道的当前保护状况。
本实施方案中：设计专门的电源管理模块，选取超低功耗处理器使系统在休眠模式下电流小于20μA，采用12V12Ah的蓄电池配合18V20WD太阳能供电板可为整个系统稳定供电，解决了野外供电的问题，阴保智能监控系统长期在野外工作，电源的更换和维护十分不便，因此系统对供电的要求十分严格，为了满足这一要求，监控系统的主处理器和外围电路全部使用低功耗芯片，选取了超低功耗的AIM9作为主控单元的处理器，在关断模式线功耗低至0.05A，工作模式功耗只有0.18A，分多路供电，只有在对应模块工作时才需要开启对应的电源，监控系统平时处于休眠模式，只有在工作时才会处于工作模式，经过测试，采集仪处于休眠模式时只有主控芯片和时钟部分工作，整系统电流低于0.1A。在工作模式时阴极保护数据采集状态的最高电流为0.3A，采集时间为10s左右，在定位授时和上传模式时平均电流为0.2A，所需时间为20s左右，系统每天需要采集4次信息。
在一个可选的实施例中，所述主控单元主体为DTU-AIM9处理器。
在一个可选的实施例中，还包括通电电位测试电路、断电电位测试电路和自然电位。
在一个可选的实施例中，所述通电电位测试电路包括硫酸铜电极A、硫酸铜电极的管道连接件A和测量导线A，该通电电位测试电路在阴极保护系统投入运行的情况下，测得的管地电位。
本实施例中：通电电位是指在阴极保护系统投入运行的情况下，测得的管地电位。测量时将数据采集模块的负接线柱与参比电极（一般采用铜-饱和硫酸铜参比电极，CSE)连接，正接线柱与管道连接。
在一个可选的实施例中，所述硫酸铜电极A为铜-饱和硫酸铜参比电极。
在一个可选的实施例中，所述断电电位测试电路包括硫酸铜电极B、极化试片电缆、极化探头、极化试片和测量导线B，该断电电位测试电路在阴极保护系统投入运行的情况下，突然断掉阴保系统瞬间管地电位。
本实施例中：断电电位是指在阴极保护系统投入运行的情况下，突然断掉阴保系统瞬间管地电位。突然断掉管道阴极保护系统可以通过定时重启管道恒电位仪实现。
在一个可选的实施例中，所述自然电位为无外部电流影响的腐蚀体系中金属的电极电位。
本实施例中：自然电位是无外部电流影响的腐蚀体系中金属的电极电位。就是完全断掉管道阴保系统24小时后的管道电位。
如图3、图4和图5；
图3为本发明的管道通电电位分布曲线示意图；
图4为本发明的瞬间断开电位及自然电位分布曲线示意图；
图5为本发明的阴极极化衰减电位曲线示意图。
云平台可以随时接受采集系统前端发回的数据，并对其进行存储、分析，形成管道阴保系统电位测试各类曲线，为管道阴保分析提供了准确直观的分析数据，根据现行的阴极保护标准，阴极保护电位U1（管/地断电电位）应在-850 mV～-1 200 mV之间。断电电位是瞬时电位，不好判断，一般测量管道附近土壤自然电位U2，通过测量得到管道通电电位U3，一般认为U3=U1+U2，故再系统中设置管道通电电位上下限为-850 mV+U2～-1 200 mV +U2。
本发明的工作原理及使用流程：根据采集仪设备多使用在野外偏远地区不便于有线通信，本文设计了专用DTU,使用无线通信方式向服务器传输信息。GPRS/CDMA的通信方式具有成本低、接入范围广、实时性强、无需维护链路等突出优点。而采用GPRS/CDMA通信方式可同时支持国内三大运营商不同SIM卡。用户可以根据需求选用最优的通行网络，将通信单元单独设计成通信板。选取了MG2639D和MC8332D通信模块，分别支持GPRS/CDMA两种通信。阴保桩测量端连接485转换模块，然后再连接DTU，在服务器上搭建云平台，通过配置实现DTU和平台的对接，实现了阴保桩测量数据传到云平台，可以通过配置实现定时采集，主动采集，采集频率可以自定义设置，平台可根据设置报警上下限提供报警功能，报警可以采用微信，邮件，电话等方式。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种油气钢质管道阴保智能监控系统，其特征在于，包括主控单元、太阳能存放电单元、高精度数据采集电路、电压信号转换器、网络远程传输单元和数据存储处理服务器，其中：所述数据存储处理服务器收集埋地油气钢质管道的各项阴极保护参数，用以查看数据并对各项数据进行综合分析与处理，进而获得受保护管道的当前保护状况。
2.根据权利要求1所述的油气钢质管道阴保智能监控系统，其特征在于：所述主控单元主体为DTU-AIM9处理器。
3.根据权利要求1所述的油气钢质管道阴保智能监控系统，其特征在于：还包括通电电位测试电路、断电电位测试电路和自然电位。
4.根据权利要求3所述的油气钢质管道阴保智能监控系统，其特征在于：所述通电电位测试电路包括硫酸铜电极A、硫酸铜电极的管道连接件A和测量导线A，该通电电位测试电路在阴极保护系统投入运行的情况下，测得的管地电位。
5.根据权利要求4所述的油气钢质管道阴保智能监控系统，其特征在于：所述硫酸铜电极A为铜-饱和硫酸铜参比电极。
6.根据权利要求3所述的油气钢质管道阴保智能监控系统，其特征在于：所述断电电位测试电路包括硫酸铜电极B、极化试片电缆、极化探头、极化试片和测量导线B，该断电电位测试电路在阴极保护系统投入运行的情况下，突然断掉阴保系统瞬间管地电位。
7.根据权利要求3所述的油气钢质管道阴保智能监控系统，其特征在于：所述自然电位为无外部电流影响的腐蚀体系中金属的电极电位。
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