王京京 魏永康 马啸强 杨令彪 韩猛 白新刚 陈井春

西部管道分公司

摘要：经过某湖泊的输气管道由于受到较强的地磁干扰，管道电位常年处于异常波动状态，无法达到阴极保护准则要求。为了研究管道电位的波动规律，通过监测与分析表明：该段管道电位的波动取决于Kp指数的变化情况；管道电位的波动幅度随Kp指数的增大而增大，并且具有非线性特征；通电电位的变化幅度明显大于断电电位。

关键词：湖段管道；管道电位；波动规律；地磁干扰

输气管道经过某高原湖泊，该段管线（以下简称X湖段）自投产运行以来存在管地电位常年异常波动的现象。管理单位开展了大量的前期检测、排查和监测工作，包括安装智能电位测试仪、埋设ER腐蚀探头、开展阴极保护有效性评价、升级恒电位仪控制电位采集方式、现场腐蚀情况开挖等，显著减缓了X湖段管道干扰危害程度。但是管道电位波动的规律始终没有搞清楚，阴极保护电位偏正的问题也没有得到根本解决。

如果管道长时间处于欠保护状态，而又遭受外界动态直流干扰的情况下，其漏点处的腐蚀速率会进一步加快。因此，尽快确定X湖段管道的干扰规律，以便科学评价其阴极保护有效性，针对性地制定干扰治理方案，指导管道的后期管理维护。

1 安装与测试

1.1 地磁暴同步监测仪安装

为了监测X湖段管地电位的变化，在某输气管道首站、中间站等位置安装了地磁暴同步监测仪，可以同步监测管地电位、管中电流、恒电位仪输出电压（电流）等参数，采用GPRS网络传输数据。该设备安装在阴极保护间恒电位仪后面，不干扰阴极保护间其他通讯，安装方便快捷，免维护，如图 1所示。

为了掌握某输气管道穿越山区和X湖段并行管地电位的变化规律，特意选取了X湖段K84、 K87、K98和首站、中间阀室、中间站共6处作为管地电位的GPS同步监测点，采集频率为8 Hz。考虑到供电问题，所以设置线路监测点为短期监测，而站场阀室为长期监测点，具体监测点分布如表1所示，现场安装情况如图 2所示。

1.2 智能电位采集仪安装

采用ZSJ-2型智能电位采集仪，对X湖段的管地电位进行定时监测并保存数据，实现管地电位的长期跟踪。该型采集仪具有蓝牙传输功能，采用9 V锂 电池作为供电电源，可以通过手机中的APP进行数据存储与近端控制功能，具有良好的便携性，如图 3所示。

通过现场调研情况，总共设置了10处智能采集仪安装点，主要集中于山区管段和X湖段，如表 2所示，智能电位采集仪安装过程如图 4所示。

2 结果与讨论

2.1 Kp指数变化规律

众所周知，太阳活动会形成太阳风，当太阳风携带大量等离子体到达地球磁层，地球磁层与电离层的相互作用会引起地磁场的剧烈扰动，一系列空间天气的变化从而引发剧烈的地磁扰动——地磁暴，如图 5所示。

为描述地磁扰动的强度，国际地磁和地电协会确定用指数Kp描述地磁扰动的强度，从0到9共分为10级，分别对应不同的干扰幅度。一般按Kp的最大值将磁暴分为三级： Kp=5为弱磁暴（或小磁暴）； Kp＝6， 7为中等磁暴； Kp＝8， 9为强磁暴。

地磁扰动的强度与太阳风的等离子体强度密切相关，对于管道来说另一个重要的影响因素就是土壤电阻率的变化程度。其波形图其实是无固定周期的，它没有明显的变化规律，持续时间为数小时 到数天。但是地磁暴发生时，其频率变化大多落入0.01～0.0 001 Hz的频率范围内。 2016年9月1日至2018年11月24日期间，根据中科院国家空间环境预报中心的数据来看，共发生了1次超大磁暴， 3次大磁暴， 24次中磁暴， 61次小磁暴。随着太阳活动进入新的活跃周期，近三年地磁暴发生的频率和等级都维持在一个比较高的水平，如图 6所示。

地磁扰动的剧烈程度与Kp指数的大小息息相关，很明显管道的on/off电位波动也和Kp指数的变化有关系。

2.2 站场和阀室电位变化规律

X湖段站场/阀室管地电位与Kp指数变化如图 7所示，当中间站管地电位偏负属于电流流入区时，中间阀室和首站管地电位正偏并且属于电流流出区。当Kp指数增大时，管地电位的波动幅度也增大，现场监测到中间站最负电位﹣3.94 V， 3#阀室最正电位﹢1.33 V，首站最正电位﹢2.38 V。

2.3 管地干线电位变化规律

由于站场、阀室临近阴极保护通电点，所以其管地电位波动幅度有所减弱，干线的管地电位正偏或者负偏幅度要更大。以某输气管道KP0087、 KP0090为例，当Kp指数为8时，前者最正通电电位和断电电位分别达到﹢5.92 V、﹣ 0.4 V；后者分别为﹢4.88 V、﹣0.54 V；此时处于明显的欠保护状态，如图 8所示。

由此可见，管道on/off电位的波动幅度随Kp指数的增大而增大，并且具有非线性特征，通电电位的变化幅度明显大于断电电位；如果按照100 mV极化准则来判断阴极保护的有效性，当Kp≤3时，可认为X湖段管道全线都处于有效的阴极保护状态，但是当Kp≥4时，其波动范围将不满足阴保准则要求。

3 结论

（1）某湖段管道电位的波动情况取决于Kp指数的变化情况，并且二者具有一致性，这也是某湖段电位常年异常波动的根本原因。

（2）受地磁扰动影响，管道通电电位的变化幅度明显要大于断电电位。

（3）按照100 mV极化准则判断阴极保护的有效性，当Kp≤3时，可认为某湖段管道全线都处于有效的阴极保护状态，而当Kp≥4时，某湖段管道电位的波动范围将不满足阴极保护准则。

（4）当Kp指数为8时，输气管道KP0087、KP0090处于欠保护状态。

作者简介：王 京 京 ， 1 9 8 7 年生， 2006年参加工作，从事管道管理 与 管 道 保 卫 工 作 。 联 系 方 式 ：18099133623， 450869792@qq.com 。