油气管道阴极保护管理信息系统发展的现状与趋势

油气管道阴极保护管理信息系统发展的现状与趋势

叶青

中国石化销售有限公司华中分公司湖北武汉430023

摘要：阴极保护技术在管道腐蚀控制中占据重要地位。管道管理水平提升和技术进步，推动了阴极保护管理信息系统的发展。本文回顾了国内阴极保护管理信息系统发展的过程，并从产品可靠性、标准化、功能以及大数据应用等方面，探讨了系统今后的研究方向。油气管道阴极保护管理信息系统的发展与应用，提高了阴极保护的管理水平，为油气储运系统的安全运营提供了保障。

关键词：油气管道；阴极保护；管理信息系统

CurrentSituationandTrendofCathodicProtectionManagementInformationSystemforOilandGasPipeline

QingYe

Chinapetrochemicalsalesco.LTD.CentralChinabranch，WuhancityHubeiProvince，430023

Abstract：Cathodicprotectiontechnologyoccupiesanimportantpositioninthepipelinecorrosioncontrol.Withtheimprovementofpipelinemanagementlevelandtechnologicalprogress，thedevelopmentofcathodicprotectionmanagementinformationsystemhasbeenpromoted.ThispaperreviewsthedevelopmentofcathodicprotectionmanagementinformationsysteminChina，anddiscussesthefutureresearchdirectionofthesystemfromtheaspectsofproductreliability，standardization，functionandlargedataapplication.Withthedevelopmentandapplicationofcathodicprotectionmanagementinformationsystemforoilandgaspipelines，themanagementlevelofcathodicprotectionhasbeenimproved，whichguaranteesthesafeoperationofoilandgasstorageandtransportationsystem.

Keyword：Oilandgaspipeline；cathodicprotection；managementinformationsystems

1.引言

随着我国经济的快速发展，对石油，天然气等能源的需求量越来越大，油气管道也获得了迅速的发展，已经形成覆盖全国、联通海外、总里程超过10×104km的油气输送主干管网。

阴极保护是管道腐蚀防护的关键技术[1]，受到了广泛的重视。传统的阴极保护管理依赖人工检测与分析，工作效率与准确性受到很多因素的影响。而阴极保护效果不良，会使油气管道存在被腐蚀的风险[2]。会导致油气管道被腐蚀的风险。

因此，为实现阴极保护管理的自动化、信息化、智能化，优化阴极保护运行效果，及时发现和解决问题，建立阴极保护管理信息系统，就显得尤为重要[3]。

2.阴极保护管理信息系统发展过程与现状

阴极保护是管道完整性管理的重要组成部分，同时也有其鲜明的专业特点。因此，阴极保护管理信息系统应符合管道完整性管理的要求，并同时满足阴极保护专业管理的需要。

阴极保护管理信息系统目标是将管道、站场以及储罐全部纳入系统，全面管理阴极保护的相关数据和信息。其主要构成如图1所示，系统由阴极保护管理系统软件、智能终端和配套设施组成。

图1阴极保护管理信息系统构成

阴极保护管理信息系统是一个不断完善和发展的应用系统，随着计算机、信息、管理等学科技术的更新，阴极保护管理信息系统也得到快速发展，经历了从自动化向信息化和智能化、从面向长输管道到面向储运系统、从单一的管道电位和恒电位仪运行数据管理向阴极保护全面信息管理的发展过程。

2006年，“基于GIS/GPRS技术的储运阴极保护在线监控系统”通过鉴定并投入使用，在国内首次实现了长输管道沿线电位自动采集，迈出了阴极保护从人工管理向自动化管理的第一步。

2009年，“阴极保护在线监控专家系统”通过鉴定并投入使用，首次实现了阴极保护故障诊断分析，及长输管道人工检测与自动检测数据的统一管理，提升了长输管道阴极保护在线监控系统的信息化和智能化水平。

2013年，“阴极保护在线监控诊断评估系统”通过验收并投入使用，该系统是首套面向陆上油气储运系统的较为完整的阴极保护信息化管理系统，实现了局一级管道管理单位所辖油气储运系统阴极保护的全面管理，涵盖管道、站场、储罐阴极保护、人工检测数据与自动采集数据、阴极保护相关设施的统一管理，以及与管道完整性管理系统（PIS）的有机整合。

2017年，中石化某单位首次完成了智能终端通信协议和信息系统数据接口标准化的研究，2018年中石油某单位首次完成了自动电位采集仪技术规格书的制定，阴极保护管理信息系统标准化建设开始起步。

在发展过程中，智能终端也取得了长足进步。例如智能电位采集仪由最初只能采集通电电位和交流干扰电压，发展到可以采集通断电电位、自腐蚀电位、交流干扰电压、试片交直流电流、环境温度等，并实现了杂散电流监测；恒电位仪由传统的单点恒通电电位控制，发展到支持恒断电电位控制、多点断电电位监测多路输出自动控制，检测控制精度及可靠性也得到的优化和提升；卫星同步通断器实现了系统的远程监控。

目前，阴极保护管理信息系统的应用与研究进入了快速发展阶段，已在中石化、中石油、中海油、城市燃气、电力等管道单位得到广泛的应用，在对阴极保护运行数据的收集、管理与分析过程中占据了重要的地位，提高了阴极保护的管理水平，为油气储运系统的安全运营提供了保障；而随着系统应用的扩展，有越来越多的企业和科研单位加入到其中，进一步推动了阴极保护信息化技术的发展和推广。

3.阴极保护管理信息系统研究方向的探讨

阴极保护管理系统是一个充满活力的研究领域，已经取得了一定的研究成果，也暴露出了一些问题，如产品的可靠性有待进一步提高、缺乏统一的通信协议和数据接口、产品功能不全面、数据应用不充分等。而管道完整性管理和阴极保护技术的发展，也对系统提出了新的需要。这些存在的问题和新的需求，为系统下一步研究指明了方向。

3.1提升系统可靠性

阴极保护管理信息系统的可靠性极其重要，可靠性的不足，会降低数据的可信度，增加维护成本[6]。可靠性的提升是一个系统工程，包含系统软件、智能终端、数据通信及配套设施等各个方面，应从系统实际应用需要出发，逐一进行分析研究，从而提升系统整体的可靠性。

1）智能终端环境适应性。我国地域辽阔，管道服役环境复杂多变，设备使用环境的温度、湿度、雷暴、外部干扰等条件差异很大，应从元器件选型、结构密封等方面进一步深入研究，提升智能终端环境适应性，满足各种使用环境的要求。

2）智能终端供电可靠性。智能终端供电方式包括市电、太阳能及一次性电池供电等，影响供电可靠性的因素包括终端自身电能消耗管理和供电单元可靠性。自身电能消耗管理是供电可靠性的基础，应通过技术研究，降低并控制自身电能消耗。在供电单元方面，市电供电应关注电源波动及浪涌的防护；太阳能供电应关注太阳能供电系统的环境适应性与寿命。电池的选型会直接影响一次性电池供电单元的可靠性。

3）智能终端采集数据准确性和稳定性。智能终端采集数据种类较多，采集精度要求较高，且采集时间点的选择也有相应的要求，应从元器件选型、电路设计、信号采集算法及时序等方面入手，提高数据采样精度，抑制温漂和时漂。

4）通信方式的合理选择。物联网技术的发展为系统通信方式的选择提供了多种可能，应充分分析各种通信方式的特点，结合通信系统的发展，根据管道周边通信依托条件，合理选择智能终端的通信方式，满足数据传输的要求。

5）通信协议可靠性及通信效率。数据通信传输过程存在不确定性，包括延时、中断、误码等，只有充分研究通信传输过程中各个环节的不确定因素，并制定相应的处理方式，合理组织数据，才能建立相对可靠和高效的通信协议。由于通信功耗较大，通信协议的可靠性与效率，也会直接影响供电的稳定性。

6）管理系统软件数据接收可靠性。系统管理的智能终端数量众多，部分条件下短时间采集数据量很大（如杂散电流监测时段），数据并发与大数据存储是系统软件必须解决的关键，否则会导致数据丢失，或者导致智能终端反复上传而影响供电的稳定。

7）传感器稳定性与可靠性。传感器的稳定性与可靠性直接影响智能终端采集数据的准确性，现阶段应重点研究解决试片的Cu2+污染、杂散电流干扰条件下电位测量装置或测量探头的精度、高纯锌参比电极的稳定性等关键问题。

研发生产单位在管理的各个环节中充分贯彻可靠性理念，加强系统故障分析，研究失效原因并采取纠正和预防措施，有计划的做好可靠性信息收集、整理和反馈，建立可靠性数据库，持续改进产品可靠性。

使用单位也应参与到可靠性的提升工作中，从本单位实际使用环境及使用要求出发，合理确定系统的技术条件，系统分析不同产品的特点，科学选择适合本单位要求的阴极保护管理信息系统。

3.2扩展和优化系统功能

为适应阴极保护技术及管道管理发展的要求，应进一步扩展和优化智能终端和系统的功能。

1）及时满足标准要求。跟随阴极保护技术及标准发展的步伐，及时增加相应的检测功能，满足标准规范的要求，并为阴极保护技术的发展提供有益的支持。

2）扩展现有自动监控覆盖范围。增加阴极保护的智能终端类型，扩展阴极保护自动监测与控制的覆盖范围。目前监测数据主要是管道电位，应考虑增加排流设施、绝缘装置、杂散电流防控装置等监测终端。

3）支持多种通信方式[3]。包括以太网、光纤、ZigBee、RS-485、宽带2G（GPRS）、3G、4G、5G、NB-IOT、北斗短报文等，通信方式的扩展，可以更好的满足各种现场环境的需要。

4）完善智能控制功能。可以根据检测电位数据自动控制阴极保护电源，使保护对象的阴极保护均衡达标，节省的人力物力，优化阴极保护效果。

5）开发多功能智能测试桩。智能测试桩是埋地管道上数量最多，密度最大且分布均匀的智能监测装置，在智能测试桩上增设视频监控、管道泄漏报警、内检测器监测、打孔盗油监测、燃气泄漏监测、地址灾害报警等功能，可充分利用资源，为提供管道保护提供更好的条件。

6）完善故障诊断功能[4]。根据阴极保护故障的分类，对故障诊断分析进一步的细化，建立更加完整的故障诊断知识库，优化诊断逻辑，并建立自动诊断分析功能，持续提高系统的信息化、智能化水平；

7）优化系统软件人机界面[5]，提升系统易用性。阴极保护管理信息系统内容很多，而不同用户所关心的重点存在很大差异，所以，应从不同用户对系统应用的要求入手，分析用户使用习惯，调整系统数据展示方式，优化人机界面。以简洁清晰的方式，针对不同用户提供所需的信息，提升系统的易用性。

8）加强移动智能终端的开发与应用[2]。移动智能终端在管道阴极保护现场管理具有广阔的应用前景，通过移动智能终端，各级管理人员和技术人员可以不受时间、空间的限制，及时获取相关资料和数据，大大提高了效率，减轻了人员后期的数据整理工作量。移动智能终端应提供现场数据采集、流程审批、事件上报、信息查询等常规工具。还应考虑结合物联网相关技术提升响应速度。

3.3推进系统标准化

阴极保护管理信息系统包括管理信息系统软件和智能终端，为保证智能终端与管理信息之间和管理信息系统与上级信息系统之间的数据交互，智能终端通信协议[2]和信息系统数据接口[7]（信息系统间的通信协议）需要标准化，信息系统内的数据也需要标准化。

通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。通信协议主要由语法、语义和定时规则三个要素组成，语法包括数据的格式、编码和信号等级（电平的高低）等，语义包括数据内容、含义以及控制信息等，定时规则（时序）用于明确通信的顺序、速率匹配和排序等。

通信协议和数据接口的标准化，可以简化甚至消除智能终端与管理信息系统兼容的难题，提高通信的可靠性，并使用户在智能终端的选择上具有更大的灵活性。

管道完整性管理系统有规范的数据格式与数据关联关系，由于阴极保护管理信息系统是管道完整性管理系统的组成部分，因此，其相关的数据格式与数据关系也应与完整性管理系统保持一致，这样有利于系统间数据的交互。

现阶段，阴极保护管理信息系统数据与管道完整性数据还存在不一致，这就要求阴极保护管理信息系统建立相应的数据转换功能，完成其与管道完整性系统的数据对齐，但从长远发展的角度来看，对于相关的数据，建立与管道完整性系统相同的数据格式与数据关系，符合管道信息化建设发展需要。

3.4研究大数据技术应用

大数据具有规模大、种类多、生成速度快、价值巨大但密度低的特点，大数据应用就是利用数据分析的方法，从大数据挖掘有效信息，为用户提供辅助决策，实现大数据价值的过程。

现阶段阴极保护系统除日常检测数据外，正在逐步将阴极保护专项检测数据、阴极保护相关维修维护数据、管道周围环境等纳入信息系统进行统一管理，并在标准化的指引下，将数据进行规范和整合，形成便于管理和使用的基础数据。

在此基础上，应逐步开发针对阴极保护的大数据应用分析工具，为阴极保护管理提供更多的有价值的信息。如辅助阳极地床剩余寿命预测与故障分析、管道防腐层劣化趋势分析、管道绝缘劣化趋势与失效分析、在建超高压直流输电系统干扰范围及干扰强度预测等。大数据分析应用的开发，还应结合云计算与边缘计算等技术，提高分析的效率和准确性。

深入研究大数据技术在阴极保护方面的应用[8]，通过对阴极保护数据的整理与挖掘，获取有用的知识，有利于深入掌握当前现状，并对未来发展变化趋势做出科学合理的分析，从而进一步提升阴极保护管理水平。

4结束语

近年来，阴极保护管理信息系统得到了较快发展，有力的促进了管道阴极保护管理水平的提升。在未来，阴极保护管理信息系统需要进一步提升可靠性、扩展优化功能、推进标准化建设、研究大数据的应用，通过新技术的研究与推广，改变传统的阴极保护管理模式，提升工作效果，提高工作效率，持续推进阴极保护管理系统的信息化、智能化，更好的服务于管道安全。

参考文献：

[1]薛致远，毕武喜，陈振华，etal.油气管道阴极保护技术现状与展望[J].油气储运，2014，33（9）：938-944.

[2]杜国强，安彦斌，雷永胜，etal.阴极保护在线监控与专家系统的应用和效果评价[C]//第十二届宁夏青年科学家论坛石化专题论坛论文集.2016.

[3]高宝元.输气管线阴极保护在线监控系统研究与应用[J].石油化工腐蚀与防护，2018.

[4]潘长满.关于长输管道的阴极保护及故障分析[J].化工管理，2018（1）：146-147.

[5]宋晓琴，陈墨.输气管道阴极保护管理系统设计及应用[J].油气储运，2004，23（10）：26-29.

[6]和宏伟，门程，白冬军，冯文亮.智能阴极保护采集监控系统的应用与发展[J].天然气与石油，2014，32（5）：82-83.

[7]郭磊，周利剑，白楠，etal.长输油气管道完整性管理信息化实践[J].油气储运，2014，33（2）：144-147.

[8]周利剑，贾韶辉.管道完整性管理信息化研究进展与发展方向[J].油气储运，2014，33（6）：571-576.

作者简介：

叶青，中国石化销售有限公司华中分公司管道油库处副处长，主要从事成品油管道完整性管理、智能化管道管理等。