强制电流阴极保护及智能监测系统
王峰
(胜利油田胜利工程设计咨询有限责任公司)
摘要:强制电流阴极保护系统在油田罐区有广泛应用,正确的施工是阴极保护系统良好运行的关键。
智能监测系统可实时监测阴极保护系统运行状态。
多个数据采集模块连接在RS -485总线上,监控主机采用轮询的方式与数据总线上的模块进行数据通讯,实现了区域阴极保护系统多个阴极保护电位的实时在线监测。
关键词:阴极保护;监测;自动控制
1 概述
油田罐区阴极保护一般采用强制电流阴极保护。
强制电流阴极保护系统由恒电位仪、辅助阳极、长效参比电极、阴/阳极电缆、零线接阴电缆组成。
传统的阴极保护电位监测方式采用人工方式测量,不能及时反映区域阴极保护的整体质量和效果。
为此,把自动化技术引入阴极保护电位监测中,很好地解决了上述问题。
阴极保护智能监测系统包括监测主机、参比电极、数据采集模块、数据传输电缆、测试桩等部分。
系统采用RS -485现场总线方式,在线自动精确测量阴极保护系统内监测点的阴极电位,一对双绞线可挂接多个数据采集模块,系统结构简单,便于用户维护。
阴极保护系统及监测系统接线示意图如图1所示。
图1 阴极保护系统及监测系统接线示意图
2 强制电流阴极保护系统
强制电流阴极保护系统就是利用腐蚀电池的原理,将需要被保护的金属结构(罐体、管道)作为
阴极,通过阳极(高硅铸铁)向阴极不间断地提供电子,首先使结构极化,进而在结构表面富集电子,使其不易产生离子,因而大大地减缓了结构的腐蚀速度。
在这里向阳极提供外加电流的是恒电位仪。
恒电位仪整体来说是一个负反馈放大—输出系统,与被保护物构成闭环调节,通过参比电极测量通电点电位,并作为取样信号与控制信号进行比较,实现控制并调节极化电流输出,使通电点电位得以保持在设定的控制电位上。
其过程是:不管什么原因(供电系统电压波动,环境介质导电性变化,或电路参数漂移)使输出增大,导致通电点电位上升,则取样信号增大,取样信号是加在恒电位仪比较放大的反相输入端,与接在正相输入端控制信号比较后使放大器放大倍数下降,控制极化电源输出减小,使通电点电位下降,回复到原设定的控制电位值上;同样,如果通电点电位下降,参比电极得到的取样信号下降,经过与控制信号比较使放大器放大倍数上升,控制极化电源输出增大,通电点电位上升,回复到原设定的控制电位值上。
也就是当外部或内部任何原因造成被保护物对地电位变化时,恒电位仪都能相应地增大或减小输出,把变化的电位拉回来,使通电点电位保持不变。
恒电位仪的接线一般由4条电缆组成,分别是输出阴极、输出阳极、零位接阴、参比电极。
输出阴极是恒电位仪输出的负端子,接至被保护物的通电点;输出阳极是恒电位仪的正端子,接至辅助阳极(高硅铸铁阳极);零位接阴是仪器电路的地端,接于被保护物通电点附近;参比电极即取样信号输入端,接埋设在通电点附近的参比电极。
其中零位接阴电缆作为整个仪器电路的“地”,必须接在被保护物上,并避开输出阴极通电点5～10cm ,以防电流涌入。
为恒电位仪提供取样信号的参比电极质量好坏也是系统稳定运行的关键。
参比电极也称参考电极,其功用是在测量对象的电极电位时提供基准电位(或称参考电位、参比电位,参比电极名称即由此而来),实现准确、定量、可比较的测量,是金属防腐及其他电化学研究和应用领域不可缺少的工具。
其种类很多,在这里特指饱和硫酸铜参比电极。
长效参比电极以陶或素瓷做电极体,内装硫酸铜晶体,晶体中置入铜电极,埋设后与土壤环境融为一体,进(下转和70页)
输入、输出信号;具有24V仪表电源输出,可直接接入两线制仪表;可检测液位、油温、启停状态等不同类型的信号;灵活的通信方式,标准的通信协议,可方便地组成SCADA系统;提供2路或3路对外串行接口;可配接显示器、按键、手操器、笔记本电脑等多种现场读写设备;支持标准的Modbus R TU、Modbus ASCII通信协议及支持可自定义;运行温度:-40～70℃,储运湿度5%～95%R H,无冷凝。
中心主计算机系统是SCADA系统的中心枢纽,按C/S(客户机/服务器)结构设置,由服务器、操作站、网络设备组成。
操作站按原油系统、天然气系统分别设置;服务器按冗余、容错设置;操作站为双网热备,局域网冗余配置,确保系统运行的可靠性及可用性。
正常情况下,调度室的调度及操作人员可通过中心主计算机系统完成各站的监视、控制、调度、管理,如下达命令、采集各种数据、协调各站场运行、处理全线的突发事故。
各站R TU可独立完成本站的监控及管理,接受和执行中心主计算机系统的控制命令,向调度室中心主计算机系统上传经选择的数据及报警信息,并可完成授权内的工作。
R TU与中心主计算机系统保持时钟同步,采集的各种数据均做时间标记,若通讯发生故障或中心主计算机系统发生故障及检修,R TU可独立完成本站的监控及管理,能够在存储器中存储故障期间内的数据直到故障排除,然后上传至调度室中心主计算机系统,并按时间顺序补充数据。
R TU发生故障及检修时,可进行就地手动控制。
应用软件的核心是Intellution公司的i FIX SCADA软件,它完成数据采集、数据处理、监控、报警管理等功能。
由于油气现场采用安控E 系列R TU,所以应选用安控公司自行开发的R TU 接口驱动软件。
EC HO监控仿真软件,实现了R TU的远程异地小键盘操作和采集等功能。
ECHO油田管理系统软件对整个SCADA系统的数据提供了安全、详细的数据库管理。
(栏目主持 关梅君)
(上接第67页)
#vi/etc/crontab
#加入如下一行:
105333root/usr/sbin/ntpdate pgadmin1; /sbin/hwclock-w
使用cro n之后,每天5∶10Linux系统就会自动进行网络时间校正。
4 结语
在一个大型的集群系统中,建议在群集中的每个节点上启用网络时间协议(N TP)服务,使用N TP(它在每个系统上作为守候进程运行)确保了所有节点上的系统时间是一致的,从而使日志文件中的时间戳记一致,并且与消息服务的行为一致。
这样确保了群集中运行的应用程序正确同步,也可以减轻网络管理员的负担,而Linux系统是运行这个协议的优秀平台。
(栏目主持 关梅君)
(上接第68页)行双向的电解质交换,在硫酸铜晶体数量足够消耗的时段里,实现“长效”运行。
长效参比电极在埋设前应用净水或5%硫酸铜溶液浸泡24h进行活化处理,还应为参比电极配辅料袋,其主要成分是石膏粉、硫酸钠、彭润土等,使用前用水和成糊状。
活化好的参比电极装入辅料袋中埋设,以改善参比电极与土壤的接触电阻,其中硫酸根中和氯离子,减轻土壤对参比电极的污染。
处理后的参比电极在含水性和蓄水性较好的土壤环境下能稳定运行10～15年。
3 阴极保护智能监测系统
阴极保护智能监测系统数据采集模块可选用研华ADAM-4017。
ADAM-4017设置为差分电压输入,由参比电极提供基准电位(即当地土壤电位),引入模块的Vin+,被保护物保护电位应为-850～-1150mV,引入模块的Vin-,模块之间采用RS-485总线方式进行数据通讯,即模块数据输出端子DA TE+和DA TE-采用手握手方式连接在一起,数据线再通过RS232/RS-485转换器接入监测主机。
这样多个数据采集模块连接在RS-485总线上,监控主机采用轮询的方式与数据总线上的模块进行数据通讯,实现了区域阴极保护系统多个阴极保护电位的实时在线监测。
RS-485总线通讯理论上最远通讯距离1200m,实际应用中受模块通讯芯片、转换器通讯芯片、数据通讯线质量、通讯波特率等影响,如果通讯距离过长,可选用485中继器来增强系统通讯性能。
(栏目主持 关梅君)。