一种地下管线阴极保护的智能化远程监测、监控方法
【专利摘要】一种地下管线阴极保护的智能化远程监控、监测方法，通过测试桩和恒电位仪，由恒电位仪与钢制管线电连接构成输入电性能参数（保护电位）传输通道，并按照选定的间隔距离在需要监控的管路，按照适当间隔距离将测试桩设置在地下管线上；利用卫星系统，通过测试桩和恒电位仪中的GPS模块，构建测试桩和恒电位仪的精确定位、授时系统；通过GPRS无线网络、服务器及监控主机系统构建成实测数据和控制数据的智能化归集、处理和传输系统；使用GPS统一授时对地下管线上的所有测试桩进行同时断电、同时采集电位值；采集断电0.05～0.3秒时各测试桩的电位数据；由监控中心根据得到的数据集图像曲线的显示结果，通过监控主机系统下达指令，改变恒电位仪设定的保护电位值，并通过网络将改变指令传送到恒电位仪，使地下管线达到最佳的受保护状态。
【专利说明】一种地下管线阴极保护的智能化远程监测、监控方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种防腐技术，尤其是一种借助于GPRS网络和GPS授时、定位系统的地下管线阴极保护的智能化远程监控、监测方法。
【背景技术】
[0002]钢制石油管道是石油、石化行业油品输送必不可少的容器设施，但在运行中，经常遭受内、外环境介质的腐蚀，对地下金属管产生损害，埋下各种安全隐患。阴极保护技术是一种防止或抑制被保护金属构筑物发生电化学腐蚀的技术。通过对被保护的金属施加一定的阴极电流，使被保护金属的电位负于某一电位值，使其上的阳极反应得到抑制，从而使金属的腐蚀得到控制。
[0003]在管道的腐蚀事故中，由于阴极保护不到位，导致管道出现腐蚀泄露的情况非常多。一旦这些管道出现泄露，将造成严重的安全事故。根据本发明人多年的研究，目前国内外对于金属管线阴极保护监控技术方面的应用现状如下:
[0004]国际上多数做得比较先进的公司采用阴极保护有线监控，将数据并入SCADA系统(数据采集与 监视控制系统)。但是该系统依然存在以下问题:管道阴极保护的有关数据出现异常时无法提醒管理人员，也无法对野外、恶劣条件下的被保护设施实现实时监控与管理；并且获得的管理数据仅是恒电位仪或站场设备的数据，一般没有测试桩的数据，不能反映管道全线的阴极保护状况。
[0005]此外，国外部分采取无线远程监控与监测的阴极保护系统，虽然能实现数据采集、传输，但存在缺乏数据记录与分析的问题，导致事故处理速度慢、人工调节对阴极保护系统控制精度不高等局限性；并且大多数方法也仅是采集管道的通电电位。然而管道的通电电位不能反映阴极保护的真实状况，对于管道的阴极保护管理没有意义，因此缺乏实际应用价值。
[0006]目前国内一些公司的阴极保护系统处于无人管理、系统闲置状态；阴极保护系统仅在安装初期做过测试与维护，后期阴极保护系统失效时，管道及储罐业主并不知晓，缺乏系统化监控管理及补救措施。
[0007]此外，国内安装阴极保护系统的大多数公司基本采取人工巡查，人工记录并维护等人为监控检测手段作业，对于阴极保护系统使用过程中因时因地、随着地理环境、运作年限、设备老化等隐型变化会导致的保护效能下降，数据虚假、缺失等现象既无法及时发现，更不能及时纠正处理。
[0008]真正代表管道真实阴极保护电位的是测点处于管道相同材质试片的瞬间断电电位。管道的通电电位因为含有IR降而存在测量上的误差；管道本身的断电电位因为不能消除杂散电流的干扰，所以测得的是含有杂散电流干扰的管道断电电位，也不是阴极保护真正的电位。因此，国际、国内阴极保护标准中给出的结论是:测量管道测量点处试片的断电电位才是阴极保护电位。
[0009]综上所述表明:国内在石油化工的地下管线中虽然采用了阴极保护技术，然而，由于技术本身存在着众多不完善的地方，管道及储罐的业主无法及时知晓阴极保护的真实现状，而且在管理和实际运行中也无法对运行中的保护系统进行实时的监控和调整，存在极大的安全隐患。
[0010]因此，如何解决输油管线阴极保护技术中存在的问题，寻求更为可靠的阴极保护技术，并能够对运行中的阴极保护系统既能够达到远程实时监控，同时又能实现远程自动调整就成为本领域技术人员应该努力解决的一大课题。
【发明内容】
[0011]本发明的目的:旨在提出一种全新的远程智能化阴极保护技术，不仅寻求一种全新的阴极保护手段，同时还能实现远程监测和调控。
[0012]这种地下管线阴极保护的智能化远程监控、监测方法，其特征在于:包括以下步骤:
[0013]A.构建阴极保护智能监控系统
[0014]选用配有极化探头、智能控制仪、GPRS模块和GPS模块的测试桩和配有智能控制仪、GPRS模块和GPS模块的恒电位仪，由恒电位仪与钢制管线电连接构成输入电性能参数(保护电位)传输通道，并按照选定的间隔距离在需要监控的管路将测试桩设置在地下管线上，通过测试桩采集试片的通电电位、断电电位和自然电位；
[0015]选用配有智能远程监控管理系统的服务器、以及设置在监控中心的计算机作为监控主机系统；通过GPRS无线网络、服务器及监控主机系统构建成实测数据和控制数据的智能化归集、处理和传输网络系 统；
[0016]利用GPS卫星系统或北斗卫星系统，通过测试桩和恒电位仪中的GPS模块，构建成实现对测试桩和恒电位仪的精确定位、授时系统；
[0017]B.选用断电位测量法
[0018]使用GPS或北斗卫星定位系统统一授时，对某个地下管线上的所有测试桩进行同时断电、同时采集通电电位、断电电位和自然电位操作，采集断电0.05~0.3秒时各测试桩的电位数据；并通过已构建的阴极保护智能监控系统将上述数据上传到监控中心的监控主机系统，由服务器中智能远程监控管理系统进行自动或人工识别；
[0019]C.由专家系统或监控中心的管理人员根据得到的数据集图像曲线的显示结果，通过监控主机系统下达指令，改变恒电位仪设定的保护电位值，并通过GPRS网络将改变指令传送到恒电位仪，使被保护的地下管线达到最佳的受保护状态，也可以通过智能管理系统软件自动分析保护电位数据，自动下达指令，修改恒电位仪的保护电位，使被保护的地下管道达到正常保护状态。
[0020]其具体监测操控步骤如下(参见图1):
[0021]a、首先由监控主机系统4发出测试指令，经GPRS网络将测试指令发至各测试桩3和恒电位仪I。
[0022]b、各测试桩3根据指令在GPS授时指定的同一时间获取测试桩检测到的通电电位、断电电位和自然电位值，以及根据GPS确定的地理位置数据；并将监测获得的数据经GPRS网传回监控主机系统4 ;各恒电位仪根据指令，在GPS授时指定的同一时间获取测试桩检测到的保护电位、输出电流和输出电压，以及根据GPS确定的地理位置数据；并将监测获得的数据经GPRS网传回监控主机系统4。
[0023]C、由监控主机系统4利用设置在服务器5和监控主机系统4中的专家诊断系统对获取的恒电位仪的保护电位、输出电流、输出电压和测试桩上传的通电电位、断电电位和自然电位值进行处理、图像比对，确定所测数据正常与否。数值正常则监控主机系统对于此次上传数据的纠正程序终止，否则进入人工纠正或自动控制纠正操作。
[0024]d、由管理人员选择应修正的正确保护电位数值、经监控主机系统4将人工纠正的保护电位数值通过GPRS网络传送至恒电位仪I,调整恒电位仪I对管线2的施加的电性能参数(保护电位)；或由智能管理系统计算出正确的保护电位数值，自动将控制指令通过GPRS网络传送至恒电位仪I,调整恒电位仪I对管线2的施加的电性能参数(保护电位)。
[0025]e、再次由监控主机系统4发出测试指令，经GPRS网络将测试指令发至各测试桩3和恒电位仪I ;直至监控主机系统4获得各测试桩3的测试数据符合阴极保护设定的阀域电位值为止。
[0026]在实际运用中，在对一条管道中设有多台恒电位仪的管线检测、监控时，可以设定多台恒电位仪同时进行断电测量、同时采集数据、同时上传数据的操作。
[0027]所述恒电位仪可以远程进行开关机、备用机切换、超差复位等操作。
[0028]优点:
[0029]根据以上技术方案提出的这种地下管线阴极保护的智能化远程监控、监测方法，与现有普遍使用国内外已公开的阴极保护技术相比较，具有以下优点:
[0030]A、具有远程监测和自动智能控制功能；多台系统可实现同步断电，同步操作；可远程调节数据采集的频率；
[0031]B、按照标准同步时间0.050~0.300s进行的断电测量，能使阴极保护电位的数据更为准确；
[0032]C、采用Β/S架构设计，可实现客户的随时随地互联网登录管理；
[0033]D、可迅速准确查找阴极保护系统障碍和杂散电流干扰；
[0034]E、系统具有自动提醒功能；
[0035]F、服务器平台可拓展客户所需的监控项目和数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1为本发明所提出的阴极保护智能监控系统构成示意图；
[0037]图2为远程监测、操控原理图；
[0038]图3为远程监测、操控流程示意图。
[0039]图中:1-恒电位仪2 -管线3 -测试桩4 -监控主机系统5 -网络服务器6 - GPS卫星定位系统7 - GPRS基站。
【具体实施方式】
[0040]以下结合说明书附图进一步阐述本发明，并给出本发明的实施例。
[0041]如图1-3所示的这种地下管线阴极保护的智能化远程监控、监测方法，其远程监控、监测步骤如下:
[0042]A.构建阴极保护智能监控系统[0043]选用配有极化探头、智能控制仪、GPRS模块和GPS模块的测试桩和配有智能控制仪、GPRS模块和GPS模块的恒电位仪，由恒电位仪与钢制管线电连接构成输入电性能参数(保护电位)传输通道，并按照选定的间隔距离在需要监控的管路并按照适当间隔距离或在需要监控的管段将测试桩设置在地下管线上，通过测试桩采集试片的通电电位、断电电位和自然电位。
[0044]选用配有智能远程监控管理系统的服务器、以及设置在监控中心的计算机作为监控主机系统；通过GPRS无线网络、服务器及监控主机系统构建成实测数据和控制数据的智能化归集、处理和传输网络系统。
[0045]利用GPS卫星系统或北斗卫星系统，通过测试桩和恒电位仪中的GPS模块，构建成实现对测试桩和恒电位仪的精确定位、授时系统。
[0046]B.选用断电位测量法
[0047]使用GPS统一授时，对于某个地下管线上的所有测试桩进行同时断电、同时采集通电电位、断电电位和自然电位操作，采集断电0.05~0.3秒时各测试桩的电位数据；并通过已构建的阴极保护智能监控系统将上述数据上传到监控中心的监控主机系统，由服务器中智能远程监控管理系统进行自动或人工识别；
[0048]C.由专家自动系统或监控中心的管理人员根据得到的数据集图像曲线的显示结果，通过监控主机系统下达指令，改变恒电位仪设定的保护电位值，并通过GPRS网络将改变指令传送到恒电位仪，使被保护的地下管线达到最佳的受保护状态，也可以通过智能管理系统软件自动分析保护电位数据，自动下达指令，修改恒电位仪的保护电位，使被保护的地下管道达到正常保护状态。
[0049]图3给出了本 发明的具体监控操作流程；其具体监测操控步骤如下:
[0050]a、首先由监控主机系统4发出测试指令，经GPRS网络将测试指令发至各测试桩3和恒电位仪I。
[0051]b、各测试桩3根据指令在GPS授时指定的同一时间获取测试桩检测到的通电电位、断电电位和自然电位值，以及根据GPS确定的地理位置数据；并将监测获得的数据经GPRS网传回监控主机系统4 ;各恒电位仪根据指令，在GPS授时指定的同一时间获取测试桩检测到的保护电位、输出电流和输出电压，以及根据GPS确定的地理位置数据；并将监测获得的数据经GPRS网传回监控主机系统4。
[0052]C、由监控主机系统4利用设置在服务器5和监控主机系统4中的专家诊断系统对获取的恒电位仪的保护电位、输出电流、输出电压和测试桩上传的通电电位、断电电位和自然电位值进行处理、图像比对，确定所测数据正常与否。数值正常则监控主机系统对于此次上传数据的纠正程序终止，否则进入人工纠正或自动控制纠正操作。
[0053]d、由管理人员选择应修正的正确保护电位数值、经监控主机系统4将人工纠正的保护电位数值通过GPRS网络传送至恒电位仪I,调整恒电位仪I对管线2的施加的电性能参数(保护电位)；或由智能管理系统计算出正确的保护电位数值，自动将控制指令通过GPRS网络传送至恒电位仪I,调整恒电位仪I对管线2施加的电性能参数(保护电位)。
[0054]e、再次由监控主机系统4发出测试指令，经GPRS网络将测试指令发至各测试桩3和恒电位仪I ;直至监控主机系统4获得各测试桩3的测试数据符合阴极保护设定的准确电位值为止。[0055]在实际运用中:所述的测试桩设置的间距可依照地形、环境的变化而定，在地形起伏较为复杂的环境中，所设置的测试桩的设置距离可以在I~5公里之间做出选择。所述的测试桩设有定时唤醒系统，各测试桩3根据设定的采集时间，在准确采集时间的I分钟之前唤醒，使参与测试的各个部分达到最佳的工作状态；当到达准确的时间时，采集试片的通电电位、自然电位和断电电位，并在设定的时间上传到监控中心的主服务器上；完成采集和上传动作后，为了节省电能的消耗，智能测试桩的电子系统自动进入休眠状态。
[0056]所述恒电位仪可以随时接受由控制主机下达的各种工作指令，修改恒电位仪的工作状态。测试桩接受修改的工作指令只能等到测试桩到达下一个测试时间被唤醒之后，才会执行新的工作指令，改变采样间隔和上报数据的时间。
[0057]在实际运用中，在对一条管道中设有多台恒电位仪的管线进行检测、监控时，可以设定多台恒电位仪同时进行断电、同时采集数据、同时上传数据的操作。
[0058]所述恒电位仪可以远程进行开关机、备用机切换、超差复位等操作。
[0059]根据以上技术方案提出的这种地下管线阴极保护的智能化远程监控、监测方法，既可以通过整个管线网络设置的固定监控主机系统4对整个地下钢制管线进行适时监控，也可以利用PC机、笔记本电脑或者移动的通信工具等通过设定的IP地址接入该检测、监控系统，实现随时、随地对整个地下管线进行智能化远程监控操作。
[0060]此外，专家自动系统或监控中心可以通过监控主机系统进行权限设置:设定一些用户登录后可以改变数据参数(如恒电位仪的保护电位值)等，对监控系统进行控制；而另一些用户登录后只能浏览数据图像及分析的结果，不能改变监控中心的数据参数。
[0061]同时，专家自 动系统或监控中心有短消息提醒的功能，根据数据集图像曲线的分析结果，自动判别管道状态的保护等级，并根据预先的设定，向指定人员的手机或其它移动设备发送短信或者邮件。”
[0062]实施例1:
[0063]通过监控主机下发指令设定恒电位仪与测试桩的数据上传的间隔时间。恒电位仪的数据上传间隔时间较短，通常为5分钟，较高的数据上传频率可以获得尽量实时的数据；测试桩的数据上传间隔时间较长，通常为12小时，进行日常例行测试数据采集。在数据上传时，恒电位仪和测试桩通过其装配的GPS模块自主进行GPS授时，同步时间，以保证数据上传的时间精度。
[0064]恒电位仪按照设定的时间频率将其运行数据和GPS数据通过无线网络上传至监控主机,测试桩按照设定时间频率将其电位数据和GPS数据通过无线网络上传至监控主机，监控主机收到恒电位仪或测试桩上传的取样信号后，分别将恒电位仪上传数据与测试桩上传的取样信号与预设的标准信号进行比对，若取样信号在标准信号的正常阀值区间内，则监控主机判断采样信号正常；若取样信号不在标准信号的正常阀值区间内，则监控主机判断采样信号不正常，监控主机根据采样信号自动计算修改值，并将修改指令自动下发至恒电位仪，恒电位仪收到监控主机的修改指令后修改其工作电位值，使其管辖的管道阴极保护电流工作正常。
[0065]同时，工作人员可以利用PC机、笔记本电脑或者移动终端通过网络访问监控主机，随时随地查看当前或历史监控信息，接收数据报警，使得管路巡查、故障排查工作更加高效。重复上述流程，可实现管道阴极保护的日常维护工作的全自动化运行，通过缩短恒电位仪和测试桩的数据上传时间间隔，可获得更加精确的实时数据；或延长恒电位仪和测试桩的数据上传时间间隔，可减少数据上传所消耗的网络流量，降低使用费用。根据日常工作计划设定数据上传时间，可在数据精度和网络费用中达到平衡。
[0066]实施例2:
[0067]按照实施例1进行日常的数据取样工作，若取样信号不在标准信号的正常阀值区间内，则监控主机判断采样信号不正常，监控人员根据采样信号手动计算修改值，并将修改指令手动下发至恒电位仪，恒电位仪收到监控主机的修改指令后修改其工作电位值，使其管辖的管道阴极保护电流工作正常。
[0068]同时，监控人员还可手动发出测试指令，修改测试桩数据上传的时间间隔，增加测试桩的数据上传时 间频率，或实时控制测试桩进行断电测试并上传数据，以便于进行故障排查工作。
[0069]在管道阴极保护的日常维护工作的全自动化运行之外增加人工控制功能，可充分发挥技术专家的经验优势，根据管道现场的实时状况灵活调整测试流程，以便获得与现场情况最为接近的真实数据，便于管道阴极保护工作的高精度、高效率开展。这种人机一体的控制方式使得监控系统更加智能。
【权利要求】
1.一种地下管线阴极保护的智能化远程监控、监测方法，其特征在于:包括以下步骤: A.构建阴极保护智能监控系统 选用配有极化探头、智能控制仪、GPRS模块和GPS模块的测试桩和配有智能控制仪、GPRS模块和GPS模块的恒电位仪，由恒电位仪与钢制管线电连接构成输入电性能参数(保护电位)传输通道，并按照选定的间隔距离在需要监控的管段将测试桩设置在地下管线上，通过测试桩采集试片的通电电位、断电电位和自然电位； 选用配有智能远程监控管理系统的服务器、以及设置在监控中心的计算机作为监控主机系统；通过GPRS无线网络、服务器及监控主机系统构建成实测数据和控制数据的智能化归集、处理和传输网络系统； 利用GPS卫星系统或北斗卫星系统，通过测试桩和恒电位仪中的GPS模块，构建成实现对测试桩和恒电位仪的精确定位、授时系统； B.选用断电位测量法 使用GPS统一授时，对于某个地下管线上的所有测试桩进行同时断电、同时采集通电电位、断电电位和自然电 位操作,采集断电0.05~0.3秒时各测试桩的电位数据；并通过已构建的阴极保护智能监控系统将上述数据上传到监控中心的监控主机系统，由服务器中智能远程监控管理系统进行自动或人工识别； C.由专家系统或监控中心的管理人员根据得到的数据集图像曲线的显示结果，通过监控主机系统下达指令，改变恒电位仪设定的保护电位值，并通过GPRS网络将改变指令传送到恒电位仪，使被保护的地下管线达到最佳的受保护状态，也可以通过智能管理系统软件自动分析保护电位数据，自动下达指令，修改恒电位仪的保护电位，使被保护的地下管道达到正常保护状态。
2.如权利要求1所述的一种地下管线阴极保护的智能化远程监控、监测方法，其具体监测操控步骤如下: a、首先由监控主机系统(4)发出测试指令，经GPRS网络将测试指令发至各测试桩(3)和恒电位仪(I)； b、各测试桩(3)根据指令在GPS授时指定的同一时间获取测试桩检测到的通电电位、断电电位和自然电位值，以及根据GPS确定的地理位置数据，并将监测获得的数据经GPRS网传回监控主机系统(4);各恒电位仪根据指令，在GPS授时指定的同一时间获取测试桩检测到的保护电位、输出电流和输出电压，以及根据GPS确定的地理位置数据，并将监测获得的数据经GPRS网传回监控主机系统(4)； C、由监控主机系统(4)利用设置在服务器(5)和监控主机系统(4)中的专家诊断系统对获取的恒电位仪的保护电位、输出电流、输出电压和测试桩上传的通电电位、断电电位和自然电位值进行处理、图像比对，确定所测数据正常与否。数值正常则监控主机系统对于此次上传数据的纠正程序终止，否则进入人工纠正或自动控制纠正操作； d、由管理人员选择应修正的正确保护电位数值、经监控主机系统(4)将人工纠正的保护电位数值通过GPRS网络传送至恒电位仪(I)，调整恒电位仪(I)对管线(2)的施加的电性能参数(保护电位)；或由智能管理系统计算出正确的保护电位数值，自动将控制指令通过GPRS网络传送至恒电位仪(I)，调整恒电位仪(I)对管线(2 )的施加的电性能参数(保护电位)；e、再次由监控主机系统(4)发出测试指令，经GPRS网络将测试指令发至各测试桩(3)和恒电位仪(I);直至监控主机系统(4)获得各测试桩(3)的测试数据符合阴极保护设定的准确电位值为止。
3.如权利要求1所述的一种地下管线阴极保护的智能化远程监控、监测方法，其特征在于:所述的测试桩设有定时唤醒系统，各测试桩(3)根据设定的采集的时间在准确采集时间的I分钟之前唤醒，使参与测试的各个部分达到最佳的工作状态；当到达准确的时间时，采集试片的通电电位、自然电位和断电电位，并在设定的时间上传到监控中心的主服务器上；完成采集和上传动作后，为了节省电能的消耗，智能测试桩的电子系统自动进入休眠状态。
4.如权利要求1所述的一种地下管线阴极保护的智能化远程监控、监测方法，其特征在于:所述恒电位仪可以随时接受由控制主机下达的各种工作指令，修改恒电位仪的工作状态；测试桩接受修改的工作指令只能等到测试桩到达下一个测试时间被唤醒之后，才会执行新的工作指令，改变采样间隔和上报数据的时间。
5.如权利要求1所述的一种地下管线阴极保护的智能化远程监控、监测方法，其特征在于:在实际运用中，在对一条管道中设有多台恒电位仪的管线检测、监控时，对设定的多台恒电位仪同时进行断电、同时采集数据、同时上传数据的操作。
6.如权利要求1所述的一种地下管线阴极保护的智能化远程监控、监测方法，其特征在于:所述恒电位仪可以通过远程控制进行开关机、备用机切换、超差复位操作。
【文档编号】G05B19/418GK103806005SQ201410092724
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】黄金钊, 梁宇 申请人:黄金钊