CN114941805A - 一种用于天然气管道阴极保护的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃气管网阴极保护技术领域，具体涉及一种用于天然气管道阴极保护的方法。包括如下步骤：发电模块利用天然气管道中的部分天然气作为原料气发电，将电能用于阴极保护和监检测；监检测数据实时上传，通过反馈调节来控制阴极保护和发电模块。本发明的供电系统解决了现有的阴极保护系统的供电问题，实现了管网保护的内部循环。
Description
技术领域
本发明涉及燃气管网阴极保护技术领域，具体涉及一种用于天然气管道阴极保护的方法。
背景技术
本发明对于背景技术的描述属于与本发明相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本发明的内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。
随着燃气管道运行年限的增加，防腐层性能退化，无阴极保护管道急需施加阴极保护以降低腐蚀泄漏风险，另外有阴极保护管道受到杂散电流干扰风险，部分处于欠保护状态，同样存在较大的泄漏隐患。随着管龄及服役环境变化，中低压管网的腐蚀风险将进一步加剧，因此通过有效控制腐蚀泄漏事件，进一步加强生产运营的安全运行，也将成为甲烷减排的最佳实践。
通过对某城市燃气管网泄漏事件统计，发现腐蚀泄漏占比高达70％左右。其中低压管网腐蚀泄漏多发生在无阴极保护的管道，因此制定合理的阴极保护措施，可有效降低腐蚀热点区域风险，一定程度上缓解该区域的泄漏风险；中压管网主要受杂散电流干扰的风险，使得现有阴极保护系统不足以满足腐蚀防控需求。
针对中低压管网，由于服役年限较长，防腐层性能较差，破损点较多，受杂散电流干扰及搭接的影响较大，因此相应的阴极保护电流需求较大。若采用常规的牺牲阳极方式，无论是保护距离及阳极寿命都无法满足技术要求，另外从经济性及环保性上，也相对不合理。
因此外加电流阴极保护的方式相对合理，为了解决供电的难点，需要研究一套以固体燃料电池为核心的阴极保护供电、监测、远传系统。
现有的外加电流阴极保护的供电方式一般采用市政供电、太阳能供电两种方式。市政供电方面，由于受制于电网规划、跨单位协调、施工成本等多方面因素，往往难以实现。太阳能供电方面，一是需要定期对太阳能模块清理维护，原因在于太阳能板易被灰尘、杂物遮盖及受其他建筑物遮挡等从而影响供电效率；二是需要额外增加蓄电池模块，以维持电压稳定输出。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种用于天然气管道阴极保护的方法，本发明的供电系统解决了现有的阴极保护系统的供电问题，实现了管网保护的内部循环。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种用于天然气管道阴极保护的方法，包括如下步骤：
发电模块利用天然气管道中的部分天然气作为原料气发电，将电能用于阴极保护和监检测；监检测数据实时上传，通过反馈调节来控制阴极保护和发电模块。
进一步的，监检测得到的监检测信息通过远传模块实时上传，并通过远传模块反馈的信息进行调节。
进一步的，所述的天然气管道输送给发电模块过程中进行电动调节阀、温度变送器、压力变送器和放散阀的开度。
进一步的，供电模块通过并联方式为供气过程、监检测过程、阴极保护和远传过程进行供电。
进一步的，阴极保护供电过程进行电压控制和电流控制。
进一步的，所述的监检测过程包括监测和检测电动调节阀开度参数、温度压力参数、发电模块总输出电压电流参数、燃气浓度参数、阴极保护端的电压及电流参数、阴极保护通断电电位参数、异常行为判断参数。
进一步的，所述的监检测可根据阴极保护断电电位与远程可调节电阻箱建立关联、相互反馈，通过电阻箱自动调整将断电电位设定在指定区间内。
进一步的，远传模块，通过低功耗的NB-IoT通讯实现所有参数实时或定期上传至服务器，实现了远程监检测功能。
借由上述方案，本发明至少具备如下有益效果：
本发明的系统供电稳定。燃料电池以天然气为原料，可以实现稳定供电，运行寿命可达十年，且发电量可以根据需求进行调节，灵活性较高，节约能源。
施工成本低、维护费用低。无需跟多个部门沟通协调，企业可结合所运维的管网建立这一套系统的阴极保护系统；后续维护费用低，对燃料电池供电系统的运维可纳入管网的日常运维中。
远程监测及控制。气量监测及远程调节、燃料电池电压输出监测及远程调节、阴极保护参数的远程监测及预警等。
智能化自动控制。可根据监测电流数据信号，调整阴保电流和电压，实现最佳工况的保护。
输出电压稳定性：从远传的数据可看出，燃料电池电压输出非常稳定，电压输出恒定。输出功率根据电路中电流需求及时调整。
阴保电流可调性：能够有效的将阴极保护断电电位控制在-0.85～-1.2VCSE范围内，由于服役环境、服役时间变化，可根据远传反馈的断电电位数据，并通过远程可调节电阻箱的变化改变回路中阴极保护电流，从而将断电电位控制在合理范围内。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍：
图1为本发明一种用于天然气管道阴极保护的方法中使用的系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步的详细介绍，应当理解，实施例是为了本领域技术人员更容易理解本发明的技术方案，而不能作为本发明保护范围的限定。
在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本发明的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本发明也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本发明也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。
一种用于天然气管道阴极保护的方法，包括如下步骤：
发电模块利用天然气管道中的部分天然气作为原料气发电，将电能用于阴极保护和监检测；监检测数据实时上传，通过反馈调节来控制阴极保护和发电模块。
进一步的，监检测得到的监检测信息通过远传模块实时上传，并通过远传模块反馈的信息进行调节。
进一步的，所述的天然气管道输送给发电模块过程中进行电动调节阀、温度变送器、压力变送器和放散阀的开度。
进一步的，供电模块通过并联方式为供气过程、监检测过程、阴极保护和远传过程进行供电。
进一步的，阴极保护供电过程进行电压控制和电流控制。
进一步的，所述的监检测过程包括监测和检测电动调节阀开度参数、温度压力参数、发电模块总输出电压电流参数、燃气浓度参数、阴极保护端的电压及电流参数、阴极保护通断电电位参数、异常行为判断参数。
进一步的，所述的监检测可根据阴极保护断电电位与远程可调节电阻箱建立关联、相互反馈，通过电阻箱自动调整将断电电位设定在指定区间内。
进一步的，远传模块，通过低功耗的NB-IoT通讯实现所有参数实时或定期上传至服务器，实现了远程监检测功能。
借由上述方案，本发明至少具备如下有益效果：
本发明的系统供电稳定。燃料电池以天然气为原料，可以实现稳定供电，运行寿命可达十年，且发电量可以根据需求进行调节，灵活性较高，节约能源。
施工成本低、维护费用低。无需跟多个部门沟通协调，企业可结合所运维的管网建立这一套系统的阴极保护系统；后续维护费用低，对燃料电池供电系统的运维可纳入管网的日常运维中。
远程监测及控制。气量监测及远程调节、燃料电池电压输出监测及远程调节、阴极保护参数的远程监测及预警等。
智能化自动控制。可根据监测电流数据信号，调整阴保电流和电压，实现最佳工况的保护。
输出电压稳定性：从远传的数据可看出，燃料电池电压输出非常稳定，电压输出恒定。输出功率根据电路中电流需求及时调整。
阴保电流可调性：能够有效的将阴极保护断电电位控制在-0.85～-1.2VCSE范围内，由于服役环境、服役时间变化，可根据远传反馈的断电电位数据，并通过远程可调节电阻箱的变化改变回路中阴极保护电流，从而将断电电位控制在合理范围内。
结合图1，一种用于天然气管道阴极保护的系统，包括：
供气模块、发电模块、降压供电模块，监检测模块和阴极保护结构；
所述的供气模块通过从燃气管道引出燃气为发电模块提供燃料，所述的发电模块输出的电能通过降压供电模块进行降压后输送至供气模块、监检测模块和阴极保护结构。
在本发明的一些实施例中，用于天然气管道阴极保护的系统还包括远传模块和服务器，所述的远传模块分别与所述的监检测模块和服务器信号连接，用于将监检测模块的数据发送给服务器和接收服务器指令。
在本发明的一些实施例中，所述的供气模块，包括输气管道19，在所述的输气管道19上设有电动调节阀1、温度变送器2、压力变送器3和放散阀4。
在本发明的一些实施例中，所述的降压供电模块，降压供电模块通过并联方式分别为所述的供气模块、监检测模块、阴极保护结构和远传模块供电。
在本发明的一些实施例中，所述的降压供电模块在为阴极保护结构供电的回路终设有电压表12和电流表11。
在本发明的一些实施例中，所述的监检测模块用于监测和检测电动调节阀1开度参数、温度压力参数、发电模块总输出电压电流参数、燃气浓度参数、阴极保护端的电压及电流参数、阴极保护通断电电位参数、异常行为判断参数。
在本发明的一些实施例中，所述的监检测模块可根据阴极保护断电电位与远程可调节电阻箱6建立关联、相互反馈，通过电阻箱自动调整将断电电位设定在指定区间内。
在本发明的一些实施例中，远传模块，通过低功耗的NB-IoT通讯实现所有参数实时或定期上传至服务器，实现了远程监检测功能。
在本发明的一些实施例中，所述的阴极保护采用MMO柔性阳极作为阴保系统的辅助阳极，参比电极采用长效硫酸铜参比电极，测试试片采用1平方厘米用于交直流电流密度测试、采用6.5平方厘米用于断电电位测试。
在本发明的一些实施例中，所述的降压供电模块连接有阴极保护测试窗口10，将燃气管道19、辅助阳极16、参比电极17、测试试片18的测试线15引至阴极保护测试窗口的接线柱上，阴极保护测试窗口10上还设有数据监测传输装置9。
所述的供气模块，包括输气管道，在所述的输气管道上设有电动调节阀，实现燃气流量或压力的远程调节；同时在流量或压力异常时，可以远程切断气源；电动调节阀供电源于燃料电池；参数远传功能通过调节阀信号线接至远传模块实现。设置温度、压力变送器，同样通过信号线连接远传模块实现远传功能。设置放散阀，用于供气模块故障或首次使用时的放散或置换。
所述的降压供电模块，降压供电模块通过并联方式设置多路电压输出满足各类装置的用电需求。供电模块为电动调节阀1、浓度报警装置5、摄像监测装置、管道阴极保护等提供电源，根据设备所需的电压情况，分别设置了不同的降压模块13。供电模块(固体燃料电池14)通过设置降压配件，实现不同装置的电压需求。对于阴极保护而言，由于阴极保护电流需求会随服役环境、服役年限而发生变化，因此直接将燃料电池作为供电电源，通过燃料电池输出变化满足不同服役情况下的阴极保护电流需求；回路中设置了电压表、电流表用于监测用于阴极保护功能的电压及电流参数。
监检测模块，汇总电动调节阀开度参数、温度压力参数、燃料电池总输出电压电流参数、燃气浓度参数、阴极保护端的电压及电流参数、阴极保护通断电电位参数、异常行为判断参数(通过摄像头采集图像及视频，依托后台行为分析判断是否存在第三方外力破坏)等；同时配置自适用功能，即根据阴极保护断电电位与远程可调节电阻箱建立关联、相互反馈，通过电阻箱自动调整将断电电位设定在指定区间内。
远传模块，通过低功耗的NB-IoT通讯实现所有参数实时或定期上传至服务器，实现了远程监检测功能。
在一些实施例中，燃气管网阴极保护的燃料电池供电系统整体结构：通过测试桩的形势将各个模块集成到测试桩内，测试桩的顶端设有密封塞7和异常行为监测装置8，便于运维管理。另外，设置了开关窗口，便于对各个模块进行功能调试及现场参数检测。
本发明的方案中，燃料电池的电压输出稳定性及电压可调性。具备了同市政供电同样的优势，同时规避了市政供电前期施工的复杂性，且充分满足了阴保系统对于电源的需求。自动监测、传输、控制系统。避免了运行维护投入的时间、人力、财力等成本，同时保证整个系统出现故障后的实时报警。独立的内部循环系统。充分利用管网优势，将天然气转换为电能，从而满足对管网本体的腐蚀控制。利用阴保测试反馈数据，可以通过调节燃料电池做功，调节阴保电流和电压，实时达到最佳保护效果。
以上介绍仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (8)
1.一种用于天然气管道阴极保护的方法，其特征在于，包括如下步骤：
发电模块利用天然气管道中的部分天然气作为原料气发电，将电能用于阴极保护和监检测；监检测数据实时上传，通过反馈调节来控制阴极保护和发电模块。
2.根据权利要求1所述的用于天然气管道阴极保护的方法，其特征在于，
监检测得到的监检测信息通过远传模块实时上传，并通过远传模块反馈的信息进行调节。
3.根据权利要求2所述的用于天然气管道阴极保护的方法，其特征在于，所述的天然气管道输送给发电模块过程中进行电动调节阀、温度变送器、压力变送器和放散阀的开度。
4.根据权利要求3所述的用于天然气管道阴极保护的方法，其特征在于，供电模块通过并联方式为供气过程、监检测过程、阴极保护和远传过程进行供电。
5.根据权利要求4所述的用于天然气管道阴极保护的方法，其特征在于，阴极保护供电过程进行电压控制和电流控制。
6.根据权利要求5所述的用于天然气管道阴极保护的方法，其特征在于，所述的监检测过程包括监测和检测电动调节阀开度参数、温度压力参数、发电模块总输出电压电流参数、燃气浓度参数、阴极保护端的电压及电流参数、阴极保护通断电电位参数、异常行为判断参数。
7.根据权利要求6所述的用于天然气管道阴极保护的方法，其特征在于，所述的监检测可根据阴极保护断电电位与远程可调节电阻箱建立关联、相互反馈，通过电阻箱自动调整将断电电位设定在指定区间内。
8.根据权利要求7所述的用于天然气管道阴极保护的方法，其特征在于，远传模块，通过低功耗的NB-IoT通讯实现所有参数实时或定期上传至服务器，实现了远程监检测功能。
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