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管道研究

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高原湖泊段输气管道电位波动规律研究

来源:《管道保护》杂志 作者:王京京;魏永康;马啸强;杨令彪;韩猛;白新刚;陈井春 时间:2020-5-19 阅读:

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 。

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