长输管道地磁杂散电流干扰机理探讨

直流杂散电流干扰引起管道阴极保护电位异常波动，导致管道阴极保护欠保护或者过保护，增大外腐蚀风险。通过对管道阴极保护电位长期监测数据波动规律分析、频谱分析以及干扰源调查分析，找出电位异常波动原因及干扰机理。生产实践发现，东北某长输管道k1～k205段约200 km管道自投产以来管道阴极保护电位波动剧烈，监测期间管道阴极保护通电电位最正达9V_CSE，最负达-14 V_CSE，远远超出正常的阴极保护电位水平。研究表明：该段管道直流杂散电流干扰具有长程(200 km)、低频直流特性(0.0001～0.001Hz)和全天候干扰的规律，分析该杂散电流干扰为地磁干扰；建议对k1～k205段管道采用恒电流阴极保护，并加密埋设腐蚀试片或者腐蚀监测探针，长期监测腐蚀速率，评价地磁干扰的影响程度。     

地磁暴引起的埋地管道管地电位“波节”和“纠缠”分布特征

磁暴在大地介质中感应生成地电场和地磁感应电流，进而导致长输埋地管道的管地电位偏离安全范围，加剧管道的腐蚀。西气东输二线西部管道多处管地电位监测数据显示，不同位置的管地电位具有幅度不同且变化趋势相同或相反的特征。对该区域进行三维大地电导率建模，应用2016年9月28日乌鲁木齐地磁台监测数据作为电磁激励，结合Galerkin有限元法与LZS-DSTL理论，计算了该区域管地电位的时空分布，通过与监测数据对比，验证了该方法的有效性。通过对管地电位时空分布特征分析，提出了管地电位空间分布的"波节"和时间变化的"纠缠"概念，根据理论分析和现场管道监测数据揭示了二者之间的内在联系，进一步研究了影响管地电位"波节"分布的重要因素。研究结果表明，管地电位"波节"和"缠绕"现象是普遍存在的，"波节"既是管地电位的空间分布过零点，又是管地电位时域变化趋势的分界点；管道地磁感应电流的极值位置往往与管地电位"波节"相对应，为管道阴极保护装置的合理配置提供了理论依据。     

基于大地电导率分层模型的油气管网地磁暴干扰评估方法

地磁暴对油气管网、电网、高铁系统等基础设施的影响已成为关注的热点。与地磁暴对电网影响的研究相比,目前对油气管网和高铁的地磁暴侵害研究不够。地磁暴在油气管网中感应的地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)和管地电位(pipe-soil potentials,PSP)与磁暴强度、大地构造、埋地管道自身结构等因素有关,不同深度大地电导率的差异影响油气管网的GIC和PSP大小。根据地磁暴在埋地油气管网产生GIC和PSP机理,以及我国岩石圈大地电性构造数据,考虑不同深度的大地电导率的差异,建立大地深层电导率分区分层模型,推导每层波阻抗递推关系式以及大地感应电场与地磁场关系式,得到基于平面波理论的大地和油气管网感应电场的算法,根据分布源传输线理论给出地下油气管网的GIC和PSP计算方法。最后,计算西气东输一线油气管网GIC和PSP水平,证明油气管网GIC和PSP效应评价方法的有效性。     

油气管道阴极保护阳极干扰检测与分析

采用阴极保护电位、地电位梯度、临时阳极地床试验和土壤电阻率测量等手段对国内某处典型的油气管道阴极保护干扰进行了检测。结果表明,该段管道阴极保护干扰属于典型的阳极干扰类型,干扰源为附近的阳极地床,对该处阳极干扰治理方案提出了建议。     

地磁暴侵害油气管道的管地电位效应

由于输油气管道埋在地下,钢质管道内外壁有绝缘涂层,不与大地直接接触,油气管道遭受地磁暴侵害的响应机制与电网不同,研究油气管道的干扰机制、物理过程以及干扰效应,对分析地磁暴对油气管道的影响及危害具有重要意义。针对2012年~2014年9次中、小地磁暴侵害我国西气东输一线和陕京二线等输气管道引发的管地电位(PSP)现象,研究了地磁暴引发管道地磁感应电流(GIC)的机制与过程以及GIC衍生管道PSP的机理,利用PSP算法,假设感应电场沿管道分布,大小取0.1 V/km,计算了不同形态管道的PSP水平。实测和仿真计算数据表明,即使是遭受中、小地磁暴的侵害,钢质油气管道的PSP也会超过管道杂散电流干扰防护标准规定的限值,证明了管道干扰及防护研究要考虑中、小地磁暴的影响。