王京京 魏永康 馬嘯強 楊令彪 韓猛 白新剛 陳井春

西部管道分公司

摘要：經(jīng)過某湖泊的輸氣管道由于受到較強的地磁干擾，管道電位常年處于異常波動狀態(tài)，無法達到陰極保護準則要求。為了研究管道電位的波動規(guī)律，通過監(jiān)測與分析表明：該段管道電位的波動取決于Kp指數(shù)的變化情況；管道電位的波動幅度隨Kp指數(shù)的增大而增大，并且具有非線性特征；通電電位的變化幅度明顯大于斷電電位。

關(guān)鍵詞：湖段管道；管道電位；波動規(guī)律；地磁干擾

輸氣管道經(jīng)過某高原湖泊，該段管線（以下簡稱X湖段）自投產(chǎn)運行以來存在管地電位常年異常波動的現(xiàn)象。管理單位開展了大量的前期檢測、排查和監(jiān)測工作，包括安裝智能電位測試儀、埋設(shè)ER腐蝕探頭、開展陰極保護有效性評價、升級恒電位儀控制電位采集方式、現(xiàn)場腐蝕情況開挖等，顯著減緩了X湖段管道干擾危害程度。但是管道電位波動的規(guī)律始終沒有搞清楚，陰極保護電位偏正的問題也沒有得到根本解決。

如果管道長時間處于欠保護狀態(tài)，而又遭受外界動態(tài)直流干擾的情況下，其漏點處的腐蝕速率會進一步加快。因此，盡快確定X湖段管道的干擾規(guī)律，以便科學評價其陰極保護有效性，針對性地制定干擾治理方案，指導(dǎo)管道的后期管理維護。

1 安裝與測試

1.1 地磁暴同步監(jiān)測儀安裝

為了監(jiān)測X湖段管地電位的變化，在某輸氣管道首站、中間站等位置安裝了地磁暴同步監(jiān)測儀，可以同步監(jiān)測管地電位、管中電流、恒電位儀輸出電壓（電流）等參數(shù)，采用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。該設(shè)備安裝在陰極保護間恒電位儀后面，不干擾陰極保護間其他通訊，安裝方便快捷，免維護，如圖 1所示。

為了掌握某輸氣管道穿越山區(qū)和X湖段并行管地電位的變化規(guī)律，特意選取了X湖段K84、 K87、K98和首站、中間閥室、中間站共6處作為管地電位的GPS同步監(jiān)測點，采集頻率為8 Hz。考慮到供電問題，所以設(shè)置線路監(jiān)測點為短期監(jiān)測，而站場閥室為長期監(jiān)測點，具體監(jiān)測點分布如表1所示，現(xiàn)場安裝情況如圖 2所示。

1.2 智能電位采集儀安裝

采用ZSJ-2型智能電位采集儀，對X湖段的管地電位進行定時監(jiān)測并保存數(shù)據(jù)，實現(xiàn)管地電位的長期跟蹤。該型采集儀具有藍牙傳輸功能，采用9 V鋰 電池作為供電電源，可以通過手機中的APP進行數(shù)據(jù)存儲與近端控制功能，具有良好的便攜性，如圖 3所示。

通過現(xiàn)場調(diào)研情況，總共設(shè)置了10處智能采集儀安裝點，主要集中于山區(qū)管段和X湖段，如表 2所示，智能電位采集儀安裝過程如圖 4所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 Kp指數(shù)變化規(guī)律

眾所周知，太陽活動會形成太陽風，當太陽風攜帶大量等離子體到達地球磁層，地球磁層與電離層的相互作用會引起地磁場的劇烈擾動，一系列空間天氣的變化從而引發(fā)劇烈的地磁擾動——地磁暴，如圖 5所示。

為描述地磁擾動的強度，國際地磁和地電協(xié)會確定用指數(shù)Kp描述地磁擾動的強度，從0到9共分為10級，分別對應(yīng)不同的干擾幅度。一般按Kp的最大值將磁暴分為三級： Kp=5為弱磁暴（或小磁暴）； Kp＝6， 7為中等磁暴； Kp＝8， 9為強磁暴。

地磁擾動的強度與太陽風的等離子體強度密切相關(guān)，對于管道來說另一個重要的影響因素就是土壤電阻率的變化程度。其波形圖其實是無固定周期的，它沒有明顯的變化規(guī)律，持續(xù)時間為數(shù)小時 到數(shù)天。但是地磁暴發(fā)生時，其頻率變化大多落入0.01～0.0 001 Hz的頻率范圍內(nèi)。 2016年9月1日至2018年11月24日期間，根據(jù)中科院國家空間環(huán)境預(yù)報中心的數(shù)據(jù)來看，共發(fā)生了1次超大磁暴， 3次大磁暴， 24次中磁暴， 61次小磁暴。隨著太陽活動進入新的活躍周期，近三年地磁暴發(fā)生的頻率和等級都維持在一個比較高的水平，如圖 6所示。

地磁擾動的劇烈程度與Kp指數(shù)的大小息息相關(guān)，很明顯管道的on/off電位波動也和Kp指數(shù)的變化有關(guān)系。

2.2 站場和閥室電位變化規(guī)律

X湖段站場/閥室管地電位與Kp指數(shù)變化如圖 7所示，當中間站管地電位偏負屬于電流流入?yún)^(qū)時，中間閥室和首站管地電位正偏并且屬于電流流出區(qū)。當Kp指數(shù)增大時，管地電位的波動幅度也增大，現(xiàn)場監(jiān)測到中間站最負電位﹣3.94 V， 3#閥室最正電位﹢1.33 V，首站最正電位﹢2.38 V。

2.3 管地干線電位變化規(guī)律

由于站場、閥室臨近陰極保護通電點，所以其管地電位波動幅度有所減弱，干線的管地電位正偏或者負偏幅度要更大。以某輸氣管道KP0087、 KP0090為例，當Kp指數(shù)為8時，前者最正通電電位和斷電電位分別達到﹢5.92 V、﹣ 0.4 V；后者分別為﹢4.88 V、﹣0.54 V；此時處于明顯的欠保護狀態(tài)，如圖 8所示。

由此可見，管道on/off電位的波動幅度隨Kp指數(shù)的增大而增大，并且具有非線性特征，通電電位的變化幅度明顯大于斷電電位；如果按照100 mV極化準則來判斷陰極保護的有效性，當Kp≤3時，可認為X湖段管道全線都處于有效的陰極保護狀態(tài)，但是當Kp≥4時，其波動范圍將不滿足陰保準則要求。

3 結(jié)論

（1）某湖段管道電位的波動情況取決于Kp指數(shù)的變化情況，并且二者具有一致性，這也是某湖段電位常年異常波動的根本原因。

（2）受地磁擾動影響，管道通電電位的變化幅度明顯要大于斷電電位。

（3）按照100 mV極化準則判斷陰極保護的有效性，當Kp≤3時，可認為某湖段管道全線都處于有效的陰極保護狀態(tài)，而當Kp≥4時，某湖段管道電位的波動范圍將不滿足陰極保護準則。

（4）當Kp指數(shù)為8時，輸氣管道KP0087、KP0090處于欠保護狀態(tài)。

作者簡介：王 京 京 ， 1 9 8 7 年生， 2006年參加工作，從事管道管理 與 管 道 保 衛(wèi) 工 作 。 聯(lián) 系 方 式 ：18099133623， 450869792@qq.com 。