为机械制造业提供专业的技术网站 保存到桌面加入收藏设为首页

场站老旧长输管道阴极保护的数字化监控系统的加装研究

2020-10-26 09:11:39 机械文库 机械文库 124人阅读 0人评论

内容摘要:场站老旧长输管道阴极保护的数字化监控系统的加装研究场站老旧长输管道阴极保护的数字化监控系统的加装研究朱波1,张燕1,周凯1,宋明大11.山东省特种设备检验研究院有限公司,山东济南,250101摘要:场站在是长输油气管道运输必不可少的组成部分,目前场站多采用外加强制电流法阴极保护装置保护地下的纵横交错、情况复杂金属管道。...
关注微信公众号“机械设计资源分享网”每天教您机械小知识!

场站老旧长输管道阴极保护的数字化监控系统的加装研究

场站老旧长输管道阴极保护的数字化监控系统的加装研究

朱波1,张燕1,周凯1,宋明大1

1.山东省特种设备检验研究院有限公司,山东 济南,250101

摘要:场站在是长输油气管道运输必不可少的组成部分,目前场站多采用外加强制电流法阴极保护装置保护地下的纵横交错、情况复杂金属管道。我国场站自动化水平不高、数字化水平参差不齐,绝大多数场站对数据的检查基本处于人工点检状态。基于此,本文提供一套融合无线数据收集、基于AI的数据分析、异常报警的处理以及统计报表与移动应用等多个模块的数字化监控系统,为老旧长输管道阴极保护升级改造提供了一套新的思路。

关键词:场站;阴极保护;数字化监控系统

1. 引言

管道是输送液体、气体和粉状固体最为安全有效、经济的方式,目前国内约99%天然气和70%的原油通过管道进行运输,管道运输事关我国经济社会发展、能源安全、公共安全,乃至国家安全。

长输管道多为钢制材质,除了跨越、场站可见管道以外,通常为埋地敷设,典型的长输管道设图如 1所示。由于环境各异、地理环境复杂多变,会发生不同程度的腐蚀[1],化学腐蚀与电化学腐蚀最为常见。据统计数据显示,在我国每年因管道腐蚀造成的直接经济损失约占国民经济净产值的3%4%[2]。管道腐蚀不仅仅会降低管道的使用年限,而且还会降低管道的输运能力、降低输送物质的安全质量,甚至会造成环境破坏。



管道腐蚀防护技术主要有涂层保护、杂散电流排流保护、电化学防护和排流防护[3]。其中电化学防护技术又称阴极保护技术是20世纪70年代后期石油工业的一项研究成果,目前正在石油系统全面推广,并取得了显著的防护效果与经济效益[4]。其防护原理是在金属设备上采取措施,从而防止或减轻金属腐蚀的技术,主要包括两种方法:牺牲阳极法和外加强制电流法[5]。它们在安装施工和运行管理上的要求截然不同,各有优势。国外多采用整流器提供阴保电流,而我国多采用恒电位仪和牺牲阳极结合的方式提供阴极保护电流。

 

 

3牺牲阳极法阴极保护原理

2. 站场阴极保护技术的重要性

场站在官网工程中起着骨架作用,也是长输油气管道必不可少的组成部分,是管道输送过程中最基本的生产运行单位,担负着承上启下的运输任务,其安全运行是向管道下游平稳、安全、足量输油输气的重要前提[6][7]。场站管道和金属设施由于空间有限,整体纵横交错、情况复杂,相对于长输管道更易腐蚀。为了减缓管道腐蚀速度,通常会在管道上部署采用基于电化学原理的外加强制电流法阴极保护装置此外与管道干线的阴极保护相比,工艺站场阴极保护的技术要求更高[8]

从上世纪90年代起,我国开始管道、站场和油田的信息化、数字化及智能化建设,但是发展水平参差不齐。虽然各场站均已装设了阴极保护装置,但是绝缘法兰失效、误断电、阳级地床附近土壤受到干扰等现象而造成的阴极保护失效的现象屡见不鲜。目前通过工作人员去巡检记录阴极保护状态仍为场站阴极保护监测的常规手段,这不仅浪费人力物力,而且存在人工汇总数据实时性差、查看不方便等弊端。由此,为老旧油气管道场站阴极保护系统加装数据远程采集系统,用于实时查看、管理阴极保护数据和评价管道阴极保护状态,有很大的现实意义。

3. 阴极保护系统加装监控系统的功能要求

1) 数据收集

阴极保护系统作为管道保护重要的组成部分,场站的集中监控数据信息可为场站的管理者提供基础数据。由于场站中阴极保护控制柜安装位置比较分散,采用4G/5G路由器将管道的各项阴极保护参数采集后发回服务器,通过服务器查看数据并对各项数据进行综合分析与处理,并获得受保护管道的当前保护状况,是最为便捷的操作方式。

数据收集系统可由管理平台服务器和现场阴极保护机柜间远程测控终端(RTU)组成,管理平台服务器接入场站内部网络,负责监控和管理,现场阴极保护机柜采用RTU实现数据采集、存储、控制及上传。阴极保护控制柜的通电电位、断电电位、交流电位、自然电位、直流电流以及交流电流等相关信号由传感器通过信号线到RTURTU通过24G/5G路由器构成VPN无线通道远程传输到场站内部网络,监控数据经过协议封装后送至管理平台,实现管理平台服务器RTU的数据通讯,如 4所示。

 

4阴极保护系统的数据采集系统的框架

2) 基于AI的数据分析

数据分析是场站管道阴极保护状态监控的重要环节,只有结合生产业务的基本特点,综合考虑各个关键节点指标、相互关联及相互影响模式,建立综合分析模型,进行数值预测、趋势预测、状态诊断,并根据预测诊断的结果分别对各个指标进行诊断才能发挥实时监控系统的最大效用。

远程测控终端(RTU)对阴极保护的实时数据进行采集,通过在终端设置基于时间存活期TTLTime To Live)的缓存回收策略将采集的信息进行初步比对筛选提高缓存命中率,并将采集到的有效数据和异常信息实时的通过无线通道远程传输管理平台服务器管理平台服务器对传输来的数据以及异常信息储存在本地数据库,通过阈值设定、异常信号识别与智能化监测数据比对数据建立器内部专家库,以图形化形式展示数据、曲线图/柱状图等形式辅助技术人员决策,并对外实时提供预警信息,数据分析机理图如 5所示。管理平台服务器可通过办公网进行数据传输与通信以降低加装改造成本和利用现有场站办公网络的安全机制保障平台的安全性。

 

5数据分析机理

3) 异常报警

异常报警是数据分析的后处理工作,通常可在电脑中以闪动预警、声音提醒等方式给管理人员,使管理人员及时接收带有条目的阴极保护异常报警信息,快速了解待办事项。

异常报警阶段,管理平台服务器下达RTU加快采样速率的指令和加大本地存盘率的指令,以便详实的记录数据情况、异常信息和管理人员输入的系统操作指令。管理人员应通过工程手段及时解除报警信息,待数据恢复正常范围时报警信息自动消失。当系统故障出现误报现象时,管理人员可进行排除确认后,强制取消报警信息,如 6所示。

 

6异常报警信号解除流程图

4) 统计报表与移动应用

统计报表功能生成场站日常生产监视报表包含阴极保护运行状态的监控数据,监控系统可提供给场站报表所需要的日常运行监视数据,用户只需要确认数据的正确性,减少基层员工奔赴现场进行点检的工作量。同时机关各职能部门、场站领导、技术员都可通过监控系统和移动应用查看生产系统的实时状态数据,实现场站实时数据资源共享。

移动远程数据查看与控制是推动场站无人化值守的有效方式。移动功能可以是采用H5技术独立APP也可以集成到厂站现有应用平台中,用以远程查看实时数据状态、生成数据报表和进行系统故障的异常报警的解除。

4. 结论

综上所述,场站管道的腐蚀防护具有较高的现实意义。在此基础上,本文涉及的无线数据收集、基于AI的数据分析、异常报警的处理以及统计报表与移动应用等多个模块的数字化监控系统,为老旧长输管道阴极保护升级改造提供了可行性较高的思路。而为推动能源领域的健康发展,加强场站的综合性管理,提高监控水平和建立预防机制,将安全隐患消灭在源头,人民的身体健康和财产安全得以保障。

参考文献

[1] 熊川雲,刘明哲,庹先国,等.埋地金属管道阴极保护参数野外监测系统的设计[J].自动化与仪表,201530(3)14-18.

[2] 杨军强.长输油气管道阴极保护无线监控系统研制[D].西安:西安石油大学,2014.

[3] 王昶峰. 对长输原油管道腐蚀防护问题的分析[J]. 经济技术协作信息, 2018(23):82-82.

[4] 王林强,安超,张琪,等.油气厂站区域性阴极保护体系构建与探讨[J].腐蚀与防护,201536(10)986—988

[5] 薛致远,毕武喜,陈振华,等.油气管道阴极保护技术现状与展望[J].油气储运,201433(9)938-944.

[6] 李军龙,徐星,巩毅超,金刘伟,潘媛,长输油气站场阴极保护,天然气与石油,2016 34(3)PP79~82.

[7] 段世红,王沁,于彦伟,基于低能耗WSN 的石油场站监控系统设计[J],计算机工程,Vol.37No.23201112月。

[8] 罗锋,解红军,王国丽,等.长输管道工艺站场埋地管线腐蚀原因及防护对策探讨[J].全面腐蚀控制,201125(5)6—9



附件下载
关注微信公众号“机械设计资源分享网”每天教您机械小知识!

标签:系统  研究  保护  数字  监控  

相关评论

0

站内搜索

在线留言 - 联系我们 - 网站地图 - seitmap


Copyright © 2020 我的机械文库社区论坛. All Rights Reserved.

ICP备案号:蜀ICP备19020846号-3