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1、第 2 1卷第 5期 石 油 规 划 设 计 2 0 1 0年 9月 31 铜 管 榴 毓 盥 唐 平 制 熊 1 言勇 ( 1 中国阳光新能源开发有限公司；2亍波市象山防腐工程有限公司) 关 志 永 。 杨 禹 ( 3广东省潮州市华丰造气厂有限公司；4 中国石油昆仑燃气有限公司 ) 唐 平 等 液化 气 钢 管 桩码 头 外 加 电流 阴极 保 护 监控 技 术 石油 规 划设 计 ，2 0 1 0 ，2 1(5)：3 13 2 ，3 5 摘 要 某液化 气码头 2 0 0 1年建成 ，当时未 实施 阴极保护 。为 了延长码 头的使 用寿命 ，采 用 外加 电流 阴极保护技术 来控制钢 管桩
2、 的腐蚀 。系统采用新型 的 MMo 阳极和 阴极保护数字控制 电 源，并结合 G S M 短信技术，对阴极保护运行参数进行实时监测，投入运行后的电位测量结果表 明，钢 管桩 受到 了良好 的保护 ，且监控 系统运行 正常 。 关键 词 液化 气码头 钢管桩 阴极保护 监控技 术 GS M 短信技 术数控 电源 1 阴极 保 护 系统 某液 化气 码头 为钢管 桩结构 ，共 有钢 管桩 7 3 根 ，其 中 D N 9 0 0 mm的 3 4根 ，D N 6 0 0 mm的 3 9根 ， 总保 护面积 4 5 5 0 m ，所处环境 为海 洋环境 ，附近无 河流人海 口。原设计 的防腐涂层 因
3、为没有 阴极保护 已基本脱落 。 1 1 阴 极 保 护 主 要 参 数 考虑到码头钢管桩 已运行 了 8年 ，并存在较严 重 的腐蚀现象 ，因而在水 中应按裸露钢处理 ，其最 大极化 电流密度按 1 2 0 mA m 选取 ； 在海泥 中最 大极 化 电流密度按 2 0 m A m 选取 。正 常工作 时 ，最 大极 化 阴极保护 电流约为 4 5 0 A， 维 持极化 阴极保 护电流 约 为 3 5 04 5 0 A。 1 2辅 助 阳极 辅助 阳极选用钛基混合 金属氧化物 阳极 ，阳极 规 格 为 5 0 mm、长1 0 0 0 mm，有 效 工 作 表 面积 为 0 1 4 m 。阳极
4、数 量为 3 6支 ，工作 电流密度 5 0 0 A m ， 使用年 限 2 0年以上 。 阳极每 2支或 4支安装在 一个 阳极 支架 上 ，共 设 置 1 2个 阳极支架 。 4支 组 的阳极支架共 6组 ， 安 装在钢 管密集 的码 头作业平 台及靠 船桥墩 附近 ；2 支 组 的阳极支架共 6组 ， 分别均匀安装在钢引桥的 6个桥墩处 。 1 3 参 比电极 及阴极 汇流点 参 比电极选用 A g A g C 1 和 z n双参 比电极 。 为配 合 阴极保护 电源工作 ，选择在 3处各 安装 1组参 比 电极 ，每组参 比电极均有独立 的零位接 阴极线 。在 安装参 比电极处 ，同时
5、设 阴极汇流点 。 1 4 电连 接 每支 阳极均有独立 的 2 5 m m 铜芯铠装潜水 电缆 连接 到站 内 ；阴极 汇流电缆采用 7 0 m m。 铜 芯电缆 ， 由 3处汇流连接至站 内；各钢管 桩之间采用 8 0 m m 6 ram 扁钢 进行 电连 接 ；参 比电极 信 号采用 4 1 4 mm 铜 芯 电缆进行 电连接 。 1 5直 流 电源 1 5 1 主要技术性 能 直流 电源采用最先进 的数字控制 电源 ，使阴极 电位 ( 恒 电位方式 )或输 出电流 ( 恒 电流方式 )保 持恒定 。直流 电源主要技术性能见表 1 。 1 5 2 主要特点 一 是本装置 的控制及保护系统
6、采用高性能单片 唐平 ，男，T程师。1 9 8 3年毕业于中目石油管道职工学院 ，本科学历。现在中目阳光新能源开发有限公司 ，主要从事储运及阴极保护工程设计与施 TT作 。通信地址 ：广东省湛江市开发区龙腾路锦江花园 D 9 栋 ，5 2 4 0 2 2 3 2 唐平等：液化气钢管桩码头外加电流阴极保护监控技术 2 0 3 0 年 9月 表 1 直流电源主要技术性能 机为核心 ，显示和操作采用人机界面 ( HMI ) ，方便 直观。能对装置进行关机和开机转换 、恒 电位和恒 电流转换等控制 ，转换 自由，过程平滑 ，无跳变或 冲击 ； 能对运行参数进行数字设定且掉电不会丢失 ； 能显示装置运行
7、数据 和状态 、系统故 障信息等。 二是具有软启动和来 电 自启动 、防雷击余波 、 抗 5 0 H z 工频干扰的功能。 三是可控桥触发脉 冲由智能数字产生 ，脉冲无 须调节 ，整个 系统外 围线路简单。 四是 测量 回路各 种模 拟 量全部 为软 件数 字校 准 ，没有调节元件 ，工作稳定 可靠 。 五是具有完善的保护功能 ，恒电位 时输 出有 限 流 ， 恒 电流时输 出有限压 。当出现交 流电源过欠压 、 输 出误差过大 、输 出直流过流 、输 出直流过压 、阴 极低电位、外接线错误等能跳 闸保护 ；故障时有声 光告警 ，并可查询到故 障的类 型。 六是具有 R S 一 4 8 5接
8、口，方便与后 台实现遥测 量、遥信量 、遥控量 和遥调量通 信 ，可无人值守 。 通信规约为 MOD B U S ，通信协议开放 。该接 口也可 连接配套提供的 G S M制式 MO D E M选件 ，当用手机 以短信方式发查询指令给装置后，装置回短信报告 当前运行数据和状 态 ，也可 由装置每天定时发短信 报告 ，另故障时能 自动发短信报警 。 2 阴极 保 护 监 控 系统 阴极保护监控系统采用移动通讯短信方式进行 数据传送。 每台阴极保护数控电源均通过 G S M制式 MO D E M 连接 到一 个 手机 号上 ，中心 主机 也通 过 G S M制式 MO D E M连接到一个手机号上
9、 。主机通过 短信方式可以要求每 台阴极 保护数控 电源发送当前 的运行状态及运行参数 ，也 可以通过短信方式调整 阴极保 护数控电源的控制方式 ( 恒电流控制或恒 电 位控制 ) ， 调节数控 电源运行参数 的大小。每台阴极 保护数控电源在 系统运行异常时以短信方式 向中心 主机报警 ， 以便工作人员及时处理系统存在的故障。 2 1 数控电源 的手机号码设定及运行 在 阴极保护数 控电源 的手机号码设置页面 ，按 规定 的格式输入接收短信 的手机号码 ，最多可 以输 入 8个手机号码 ，监控 中心主机的手机号码设置在 第一个 。正常通讯时 ，只向监控 中心主机发送运行 参数信息 。当数 控电
10、源发生故 障时 ，向列表上 的所 有手机号码发送数控电源的故障信息。 当数控电源接收到主机的短信时，数控电源会 根据所收到 的短信 ， 判断是查 询短信或是控制短信 ， 如 为查询短信 ，即 自动将 当前的控制状态及运行参 数发送至主机 ；如为控 制短信 ，则根据短信 的指令 修改控制状态和控 制参数 ，待调整到位后 ，将新的 运行状态 和参数 自动发回至主机 。 2 2监控 中心主机设置及运行 一 是运行 阴极保护数控 电源短信监控系统主程 序后 ，先点击菜单 “ 通 信参数设定 ”进行定时查询 时刻和每台阴极保护数控电源的手机号码设置 。 二是程序运行时 ，除按设定时刻定时查询全部 数控
11、电源外 ，点击菜单栏 “ 查询 当前参数 ”项 目后 ， 从 下拉子菜单 中选择 ，且 p 可随时对任一 台或全部装 置进行查询 。 三是点击菜单栏 “ 查看 已存数据”项 目后 ，从 下拉子菜单中选择机号 ，可 以查看在该数据文件 中 属于所选择机号的数据。 四是点击菜单栏“ 显示 收到短信 ”项 目后 ，从 下拉子菜单 中作出选择 ，可关 闭或显示收到的任何 信息 。 五是点击菜单栏 “ 当前数据另存 ”项 目后 ，出 现文件另存对话框 ，选择好当前数据文件要另存的 路径和输入文件名后，即可将当前数据保存。进行 此操作后 ，当前数据文件中的数据 自动清空。如长 时间用户没有进行此操作 ，当
12、前数据文件的长度超 过 6 4 K B( 大约记录 2 3 2 0条有效短信数据 )时 ，系 统会 自动进行数据另存 的操作 ，自动在文件名后面 增加 当前 年月 日，生成新的数 据文件 ，并保存在当 前 目录下 。 六是当要改变数控 电源 的控制状态或调节控制 参数时 ，首先选 择所 改变 的数控 电源机号 ，按界面 显示的格式 ，选择新 的控制状态和新 的参数值 ，点 击发送 ，间隔一定时问后 ，主机会收到调整后的运 行状态 和参数信息。 ( 下转第3 5页) 第 2 1 卷第 5期 石 油 规 划 设 计 3 5 4 2 3 玻璃衬 里无缝钢 管 根据试 验研 究结果 ，新北油 田整体
13、改造 中，干 线 、支干线材质采用玻璃纤维增强塑料 管 ，单井 出 油管道采用玻璃衬里 钢管 。 4 2 4分 体 相 变 炉 站 内的加 热炉采用分体相变炉 ，可提高蒸汽温 度，提高换热效率，具有安全 、自动化程度高、体 积小 、一炉多用的特点 ，解决 了加热 炉易结垢 、结 焦等问题 。 5 优 化 简 化 的应 用 效 果 新 北油 田采用不加热集输 工艺技术 ，站 内更新 了工艺 ，提高 了密 闭率 ，降低 了能耗 。工艺技术改 造简化 了地面集输工艺 ，减少 了地面设施工程量 ， 达到 了降低生产运行和维护费用 的 目的。 通过改造 ，实现 了站外 管网的更新 ，从根本上 解决 了管
14、道腐蚀严重 的问题 ，同时减少 了对环境 的 污染 ，2 0 2口井的单井管道改造前为 6 8 k m ( 三线 ) ， 改造后为 5 9 k in( 单线 ) ，支 干线改造前 为 3 4 k m( 二 线 ) ，改造后 为 3 l k m( 二线 ) 。表 3列 出了改造前后 主要运行参数 的变化对 比情况 。 表 3 改造前后主要运行参数 变化对 比 新北油 田开展不 加热集输 ，运行效果 良好 ，实 现 了老油 田节能 降耗 的改造 目标 。 降低 了工程造价 ， 节省一 次性投 资 1 3 5 8万元 ；节油约 1 4 0 0 t a ，节电 7 6万 k W h a ；同时也 降低
15、 了工人 的劳动强度 ，操 作人员减少 了 6 0人 ，管理人 员减少 了 3人 ， 降低 了 操作成本 。项 目的实施取得 了良好的经济效益和社 会效益 ，达到了 国内先进水平 ，适合在东北 、西北 等地 区推广应用 。 参考 文献 ： 1 李 虞 庚 等 油 田 油 气 集 输 设 计 技 术 手 册 M 北 京 ：石 油 工 业 出 版 社 ， 2 0 0 9 2 冯 叔 初 等 油 气 集 输 M 山 东 东 营 ：石 油 大 学 出 版 社 ， 2 0 0 4 3 G B 5 0 3 5 0 2 0 0 5 ， 油 气 集 输 设 计 规 范 S 收稿 日期 ：2 O 1 O 一 0
16、 5 1 0 编辑 ：谷风桦 ( 上 接第 3 2页 ) 七是 自动查 询系统正常 时应运行在 “ 显示收到 短信 ”状 态位置上 ，使系统能及 时接 收到阴极保护 设备 发出的状态信号 ，如 “ 交 流电源误 差 、过压 、 欠压”等。 由于交流 电网电压波 动过大出现报警信 号是正常的 ，在交流 电网电压恢 复正常后 ，阴极保 护设备 能 自动进入正常运行状态 。 3 阴极 保 护 运 行 效 果 分 析 阴极 保护数控 电源记 录的运行参数见表 2 。 表 2阴极保护运行参数 从表 2中可 以看出 ，阴极保护 电流在系统投用 时 ，总电流达到 4 8 0 A。随着使用 时间的延长 ，由于
17、 阴极极化的作用，海水中的钙镁盐会沉积在钢管桩 的表面 ，导致 阴极保 护电流快 速下降。稳定时 ，阴 极保护 电流维持在约 1 6 0 A，此时 ，各测量点钢管桩 阴极保 护 电位 在一 1 0 2 0一 8 7 0 mV ( 相对于 A g A g C 1 电极 ) ，符合阴极保 护标准 。 该 阴极 保 护 系统 采 用钛 基混 合 金属 氧 化物 阳 极 ，具有 重量轻 、安装方便等特点 。采用分散安装 阳极 ，有 利于均匀分布阴极保护 电流 ，使码头所有 钢管桩 阴极 保护电位分布均匀 ；采用阴极保护数控 电源 ，能方便地进行阴极保护监控 ，确保 了阴极保 护系统 安全运行 ； 采用
18、 G S M制式 MO DE M 手机短信 实时监测 控系统 ，系统的硬件投入少 ， 运行成本低 ， 数据传送 可靠 ，提高 了阴极保 护系统的管理水平 。 参考 文献 ： 1 胡 士 信 阴 极 保 护 工 程 手 册 M 北 京 ：化 学 工 业 出 版 社 ， 1 9 9 9 2 N A C E R P O 1 7 6 2 0 0 3 ， C o r r o S i o n C o n t r o l o f S t e e 1 Fi xed Offs hore St ruct u reS AsS OCiat ed wi th P e t r o l e u m P r o d u c t i o n l S J 3 D N V R P B 4 0 卜 1 9 9 3 ， C A T H O D I C P R O T E C T I O N D E S I G N S 4 J T J 1 5 3 3 - 2 0 0 7， 海 港 工 程 钢 结 构 防 腐 蚀 技 术 规 定 s 收稿 日期 ：2 0 0 9 一l 2 0 l 编辑 ：谷风桦