高原湖泊段輸氣管道電位波動(dòng)規(guī)律研究
發(fā)布時(shí)間：
2020-11-24
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輸氣管道經(jīng)過某高原湖泊，該段管線（以下簡(jiǎn)稱X湖段）自投產(chǎn)運(yùn)行以來存在管地電位常年異常波動(dòng)的現(xiàn)象。管理單位開展了大量的前期檢測(cè)、排查和監(jiān)測(cè)工作，包括安裝智能電位測(cè)試儀、埋設(shè)ER腐蝕探頭、開展陰極保護(hù)有效性評(píng)價(jià)、升級(jí)恒電位儀控制電位采集方式、現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)的規(guī)律始終沒有搞清楚，陰極保護(hù)電位偏正的問題也沒有得到根本解決。
如果管道長(zhǎng)時(shí)間處于欠保護(hù)狀態(tài)，而又遭受外界動(dòng)態(tài)直流干擾的情況下，其漏點(diǎn)處的腐蝕速率會(huì)進(jìn)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(xué)評(píng)價(jià)其陰極保護(hù)有效性，針對(duì)性地制定干擾治理方案，指導(dǎo)管道的后期管理維護(hù)。
1 安裝與測(cè)試
1.1 地磁暴同步監(jiān)測(cè)儀安裝
為了監(jiān)測(cè)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(cè)儀，可以同步監(jiān)測(cè)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(hù)間恒電位儀后面，不干擾陰極保護(hù)間其他通訊，安裝方便快捷，免維護(hù)，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(cè)點(diǎn)，采集頻率為8 Hz。考慮到供電問題，所以設(shè)置線路監(jiān)測(cè)點(diǎn)為短期監(jiān)測(cè)，而站場(chǎng)閥室為長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)，具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布如表1所示，現(xiàn)場(chǎng)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(duì)X湖段的管地電位進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測(cè)并保存數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管地電位的長(zhǎng)期跟蹤。該型采集儀具有藍(lán)牙傳輸功能，采用9 V鋰 電池作為供電電源，可以通過手機(jī)中的APP進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǎng)調(diào)研情況，總共設(shè)置了10處智能采集儀安裝點(diǎn)，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(yáng)活動(dòng)會(huì)形成太陽(yáng)風(fēng)，當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)攜帶大量等離子體到達(dá)地球磁層，地球磁層與電離層的相互作用會(huì)引起地磁場(chǎng)的劇烈擾動(dòng)，一系列空間天氣的變化從而引發(fā)劇烈的地磁擾動(dòng)——地磁暴，如圖 5所示。
為描述地磁擾動(dòng)的強(qiáng)度，國(guó)際地磁和地電協(xié)會(huì)確定用指數(shù)Kp描述地磁擾動(dòng)的強(qiáng)度，從0到9共分為10級(jí)，分別對(duì)應(yīng)不同的干擾幅度。一般按Kp的最大值將磁暴分為三級(jí)： Kp=5為弱磁暴（或小磁暴）； Kp＝6， 7為中等磁暴； Kp＝8， 9為強(qiáng)磁暴。
地磁擾動(dòng)的強(qiáng)度與太陽(yáng)風(fēng)的等離子體強(qiáng)度密切相關(guān)，對(duì)于管道來說另一個(gè)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(shí)是無固定周期的，它沒有明顯的變化規(guī)律，持續(xù)時(shí)間為數(shù)小時(shí) 到數(shù)天。但是地磁暴發(fā)生時(shí)，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(guó)家空間環(huán)境預(yù)報(bào)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(yáng)活動(dòng)進(jìn)入新的活躍周期，近三年地磁暴發(fā)生的頻率和等級(jí)都維持在一個(gè)比較高的水平，如圖 6所示。
地磁擾動(dòng)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(dòng)也和Kp指數(shù)的變化有關(guān)系。
2.2 站場(chǎng)和閥室電位變化規(guī)律
X湖段站場(chǎng)/閥室管地電位與Kp指數(shù)變化如圖 7所示，當(dāng)中間站管地電位偏負(fù)屬于電流流入?yún)^(qū)時(shí)，中間閥室和首站管地電位正偏并且屬于電流流出區(qū)。當(dāng)Kp指數(shù)增大時(shí)，管地電位的波動(dòng)幅度也增大，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)到中間站最負(fù)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(chǎng)、閥室臨近陰極保護(hù)通電點(diǎn)，所以其管地電位波動(dòng)幅度有所減弱，干線的管地電位正偏或者負(fù)偏幅度要更大。以某輸氣管道KP0087、 KP0090為例，當(dāng)Kp指數(shù)為8時(shí)，前者最正通電電位和斷電電位分別達(dá)到﹢5.92 V、﹣ 0.4 V；后者分別為﹢4.88 V、﹣0.54 V；此時(shí)處于明顯的欠保護(hù)狀態(tài)，如圖 8所示。
由此可見，管道on/off電位的波動(dòng)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(zhǔn)則來判斷陰極保護(hù)的有效性，當(dāng)Kp≤3時(shí)，可認(rèn)為X湖段管道全線都處于有效的陰極保護(hù)狀態(tài)，但是當(dāng)Kp≥4時(shí)，其波動(dòng)范圍將不滿足陰保準(zhǔn)則要求。
3 結(jié)論
（1）某湖段管道電位的波動(dòng)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(dòng)的根本原因。
（2）受地磁擾動(dòng)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(zhǔn)則判斷陰極保護(hù)的有效性，當(dāng)Kp≤3時(shí)，可認(rèn)為某湖段管道全線都處于有效的陰極保護(hù)狀態(tài)，而當(dāng)Kp≥4時(shí)，某湖段管道電位的波動(dòng)范圍將不滿足陰極保護(hù)準(zhǔn)則。
（4）當(dāng)Kp指數(shù)為8時(shí)，輸氣管道KP0087、KP0090處于欠保護(hù)狀態(tài)。
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