新型数字式智能恒电位仪在储罐阴极保护工程中应用

-50-新型数字式智能恒电位仪在储罐阴极保护工程中应用贾维强齐道来鉴翠平（青岛沃科尔环境工程有限公司山东青岛266015）摘要：恒电位仪作为石油储罐阴极保护的主要设备，近几年技术得到飞速发展，功能设计更加完善，本文结合智能型恒电位仪在现场应用中发现的问题对恒电位仪的功能设计合理性进行探讨。1前言近年来，随着我国石油战略储备工程的快速发展，恒电位仪作为储罐阴极保护工程中主要的电气设备，具有可根据现场参比电位自动调整输出电流的优点而被大量使用1，其核心技术也随着微电子技术的进步而迅速发展，青岛沃科尔环境工程有限公司先后开发出了智能远控型的可控硅和高频开关型恒电位仪。本文以目前公司使用最为广泛的KHV智能型恒电位仪为例，介绍其在现场使用过程中发现的问题及对其功能设计合理性进行探讨，从而使新式恒电位仪的功能设计更加贴合与阴极保护工程的使用，方便现场人员的操作及辅助现场工程技术人员迅速查找故障原因。2KHV恒电位仪功能简介KHV智能型恒电位仪的控制电路、触发电路均采用单片机数字控制技术，这种恒电位仪具有系统硬件设计简单可靠、精度高、相应速度快、适用性好、抗干扰能力强、容易实现故障诊断等优点，成为现代恒电位仪发展的主要方向2。青岛沃科尔环境工程有限公司经过对单片机控制恒电位仪的多年的研发改进，功能设计不断完善，特别是通过在大量的阴极保护工程现场的验证，在可靠性、稳定性方面都有不错的表现，开发的KHV智能型恒电位仪具有以下特色功能：（1）具有自检功能和完善的故障保护功能。正常运行模式下8小时自检一次，具备电压、电流、参比电位、内部存储自检功能、故障保护功能。通过错误代码可方便查找故障原因。（2）可按要求进行电流分段设计。（3）具备4路不同类型参比电极同时接入检测。（4）多路均值控制和单路数值控制两种参比电位控制方式。（5）远控型恒电位仪具备485接口，采用MODBUS工业标准通讯协议，可与其它设备设备进行系统整合，通过上位机软件开发可实现联网异地控制。3KHV恒电位仪在不同阴极保护工程测量数据国家某战略储备库罐区一、二期工程从2009年12月开始，共使用了46台KHV-40A/60V智能型可控硅恒电位仪。其中一期工程一共安装了19台恒电位仪，有四台备用，另15台恒电位仪目前一直运行，从未出现任何故障问题。经过2012年5月对现场恒电位仪运行进行了测试，测试数据见表1，从测量数据看罐体受到了良好保护。-51-表1大连某战略储备库工程KHV可控硅恒电位仪测试数据测试桩数据（V）高纯锌硫酸铜205罐2.5%自动1.7V0.55A-1200mV0.304~0.3460.465~0.5120.04~-0.221.434~1.5001.590~1.6131.065~1.112测试桩数据（V）高纯锌硫酸铜305罐2.5%自动1.6V0.50A-1200mV0.024~0.0790.010~0.0670.070~0.1101.154~1.2061.074~1.1201.174~1.200测试桩数据（V）高纯锌硫酸铜303罐1.8%自动1.5V0.15A-1200mV-0.015~-0.0510.175~0.2170.330~0.3651.074~1.0961.415~1.4601.438~1.472测试桩数据（V）高纯锌硫酸铜403罐3.7%自动1.7V1.05A-1200mV-0.167~-0.1960.545~0.5730.503~0.5271.607~1.6360.990~1.0131.603~1.624表2为KHV高频开关型恒电位仪应用在宁夏某炼化厂原油储罐阴极保护一期工程，调试时的测量数据。由于阳极接地电阻过大目前实际处于暂停状态，在二期调试时发现同样问题应业主要求目前处于并联负载分流方式运行。表2宁夏某炼化厂原油储罐阴保工程KHV高频开关恒电位仪测试数据自然电位（mV）通电电位（V）239233-1.350-1.368980241-0.619-1.3531号罐1%手动2V0.3A985977-0.615-0.6152120-2.204-2.23487076-1.380-2.1482号罐1%手动2.9V0.3A795800-1.440-1.408-2420-3.297-3.2643号罐1%3.7V7397.6-2.569-3.143-52-手动0.3A677685-2.500-2.123-348-310-3.186-3.190380-275-2.406-3.1344号罐1%手动3.6V0.3A451729-2.486-2.478-451-413-2.375-3.343695-327-2.224-3.2485号罐1%手动3.6V0.3A721793-2.218-2.136-271-259-2.078-2.067385-221-1.424-1.9886号罐1%手动2.3V0.3A585824-1.213-0.9674恒电位仪现场应用问题的分析及恒电位仪的选型设计探讨4.1罐体设计电流与恒电位仪选择在石油储罐保护设计中，由于考虑到罐体的使用年限在保护电流设计时会留出较多余量，而在新罐体初期运行时往往需求电流很小。见上面两次测量数据，在大连工程中，阴极保护系统运行1年后电流使用还不到设计额定值的5%；而在宁夏工程中，在自动模式下根本无法稳定，从手动模式下运行的测量数据看1%电流输出时大多已超过保护电位，后来用一个小电流设备发现在0.08A时设备就已经达到保护，同时对于0.01A的变化参比电位发生较大变化，而相对于本次使用的30A设备自动运行下0.2%、0.3%对应的电流分别为0.06A、0.09A，显然电流间隔太大而无法使其在自动模式下稳定运行，后来经过与业主协商同意设备暂缓运行，在二期中同样出现这种问题。因此，在无法减小罐体电流设计余量的情况下，就需要对恒电位仪进行改进，使其具备罐体初期小电流运行条件，目前有两种方法提高大电流恒电位仪的小电流输出分辨能力：一是在阳极与阴极之间并联大功率负载分流，目前国内有些项目中采用了此种方法，我们在二期设备中经业主同意也采用此种方法。此方法虽然使罐体初期就得到保护，但是由于其大部分电流通过并联的负载消耗，造成了资源的浪费，所以一般用于现场不得已的特殊情况。二是我们公司后期使用的电流分段设计，在大电流恒电位仪中，为了提高小电流输出时的精度我们会设计一小电流输出段，根据现场运行经验此值默认为10A，可根据客户要求更换此值。从而满足了罐体初期运行时小电流的要求。4.2参比电极失效检测参比电位是罐体是否受到保护的重要依据，同时也是恒电位自动运行下输出电流的重要参考数据，参比电极失效将使恒电位仪无法在自动模式下运行，从而丧失了恒电位仪相对于整流器的优势，更重要的会造成本设备及其它设备（罐体、参比电极）的损坏。而在现场参比电极故障也是属于比较常见的故障，尤其在设备初次调试时，电极反接、电极接线错位更是经常遇到，后期运行中由于人为巡检的缺陷也造成对于参比电极故障无法及时发现，从而无法对设备状态做出调整。因此必须要有一个可行的较为可靠的参比电极检测手段，提高恒电位运行的可-53-靠性。目前我们通过对现场反馈参比电极出现的问题进行总结，发现参比电极失效原因包含三个方面:（1）电极连接断路现象：输出电位一直为0（2）电极损坏现象：输出电位无法确定（3）电极反接现象：输出电位随输出电流增大而增大通过对参比电极失效原因的分析我们利用在自检过程前后中加入两次对参比数值进行采样，然后对这两次采样数值进行比较判断参比电极是否失效，其方法如下：（1）运行状态下，每8小时自动进行一次自检（2）如果两次数值都不大于20mV，则认为参比电极没有接入即电极连接断路，屏幕显示参比电极连接失败（3）如果前后两次数值接近，差值不大于20mV则认为参比电极损坏，显示电极检测故障（4）如果第二次数值大于第一次数值，即参比数值随输出电流增大而增大，则认为参比电极反接，显示电极连接错误由此，同时通过对参比电极失效原因的显示，也使得现场人员更快的锁定问题。4.3恒电位仪应用功能设计探讨及现场其它问题反馈（1）恒电位仪自检功能及完善的故障保护功能恒电位仪的应用环境往往比较恶劣而同时需要不间断的连续运行，且大部分时间处于无人值守的状态，故需要具备自检功能和故障保护功能。自检功能不仅可以对自己的运行状态进行检测还应起到通过故障原因显示辅助现场人员快速锁定故障原因。故障保护功能防止恒电位仪出现无法运行的故障时设备待机从而避免造成其它设备的损坏。如上面所述自检功能除参比电极失效的检测外，另外还包含电压、电流、内部通讯、内部存储器失败检测，确保恒电位工作正常，自检失败后设备会根据检测结果自动选择合适的工作模式运行。自动模式下如果参比电极检测失败设备将自动转入手动模式运行，因此初次运行时，需要进入手动模式设置使罐体到达保护的合适的输出电流。故障检测包含过压、过流、过电位、欠电位、外部故障，如果一旦出现故障报警设备将自动转入待机模式，此模式下电流输出为零。（2）多路参比电极显示及电位控制方式现场引入控制室的参比电极往往不止一个，而且也不止一种类型，如在大连项目上罐区就采用了二路硫酸铜、二路高纯锌共四路参比电极，所以设备应具有多路显示功能，目前KHV恒电位仪最多支持四路不同类型参比电极同时显示。此外，KHV恒电位仪还有多路均值、单路数值两种参比电位控制方式。多路均值控制主要用于管道阴极保护中，通过对多只不同位置的参比电极反馈电位求均值来控制电流输出大小，从而使整个管道受到良好的保护，目前在石油储罐阴极保护中还是主要选用单路数值控制，即选其中一路参比电极反馈电位作为控制电极控制电流的输出大小。（3）远程数据监测及控制技术为了确保对石油储罐的保护效果，需要不断的对阴极保护电气设备的运行状况进行日常监-54-测和维护，如果是采用整流器还需要根据保护效果对整流器输出电流进行调整。人工检测不仅增加工作量而且出现问题无法及时反馈，因此恒电位应设计应具有数据远传功能。目前采用两种方法，一是采用模拟4~20mA信号引入监控室，二是采用RS485接口数字远程传输。第二种方法传输距离更远且可以通过编程实现在远端对设备的控制，是目前的发展方向。5结束语恒电位仪由于其石油储罐阴极保护的应用要求，必须保持连续可靠的工作，同时由于现场运行环境较为恶劣、无人值守的特点，对恒电位自身要求具有良好的自我检测能力和完善的故障保护功能，不断完善恒电位仪功能设计，提高其智能化水平。参考文献［1］王菁辉.油罐外部腐蚀与防护技术［J］.石油化工腐蚀与防护，2005,23（6）：35-37.［2］李彬，王文龙.基于单片机新型恒电位仪的设计与应用［J］.自动化技术与应用，2007,28（7）：106-108.﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌作者简介贾维强，生于1984-06-12，电子信息工程专业，本科学历，现在青岛沃科尔环境工程技术有限公司工作，主要工作业绩有：1.大连国家战略石油储备库一期、二期、三期阴极保护项目；2.北京燃气底下管网改造阴极保护项目；3.兰州石化炼油厂阴极保护项目；4.宁波热电底下管道阴极保护项目。主要研究方向：恒电位仪、单片机。