李昆

國家管網(wǎng)集團東部?jì)�運公司徐州輸油處

摘要：沿海長(cháng)輸管道因潮汐地磁干擾引起的地電場(chǎng)變化會(huì )影響其陰極保護系統。簡(jiǎn)述了潮汐地磁干擾產(chǎn)生原理及對沿海管道的作用機理及干擾特點(diǎn)，并通過(guò)相關(guān)案例對我國東部沿海長(cháng)輸管道因潮汐地磁干擾引起的管地電位波動(dòng)異常及波動(dòng)規律特征進(jìn)行了詳細分析，給出了受潮汐地磁干擾管道的緩解、監測及日常管理維護措施。

關(guān)鍵詞：潮汐感應；地磁干擾；陰極保護；管地電位；長(cháng)輸管道

腐蝕是引起埋地管道破壞和失效的主要原因之一。目前我國沿海管道遭受潮汐地磁干擾引起地電場(chǎng)變化導致其陰極保護系統不穩定的現象越來(lái)越多，地磁感應電流（GIC）對管道的干擾腐蝕影響與檢測應得到行業(yè)重視，并采取針對性防護措施。

1  潮汐地磁干擾機理及特點(diǎn)

太陽(yáng)黑子的活動(dòng)引起太陽(yáng)風(fēng)強度的變化，使地球磁場(chǎng)發(fā)生相應的變形。根據法拉第電磁感應定律，在閉合導體回路中，磁通量變化時(shí)，就會(huì )在該回路上產(chǎn)生感應電流和電勢，在埋地長(cháng)輸油氣管道及其涂層與大地所構成的分布式閉合導體回路內產(chǎn)生的感應電流，即地磁感應電流（GIC）[1]。

沿海埋地管道除了受到GIC影響之外，還受潮汐感應作用影響。潮汐感應是由于太陽(yáng)和月亮引力作用的結果，潮汐運動(dòng)在海里產(chǎn)生的二次電場(chǎng)以及在沿海附近陸地地區產(chǎn)生電勢，當海岸兩側電位升高之后，附近埋地油氣管道的電位也會(huì )隨之上升，如圖 1、圖 2所示。管道上感應電流的大小與土壤電位梯度大小及水的流速、海水電導率有關(guān)[2]。

圖 1 潮汐地磁感應作用于沿海管線(xiàn)

圖 2 潮汐感應、電離層電流作用于沿海管道

潮汐地磁干擾的特點(diǎn)。潮汐24小時(shí)內呈現“兩峰兩谷”特性，相鄰兩波峰或波谷間隔約12 h（波動(dòng)周期）。高潮時(shí)，地電位梯度是管道側大于海岸線(xiàn)側，管道電位正向偏移，低潮時(shí)則相反。地電位梯度隨著(zhù)靠近高潮時(shí)間的不斷累積，也隨之增大，低潮時(shí)則相反。受干擾管道電位隨著(zhù)時(shí)間緩慢變化（逐漸正向或負向偏移），且各管段波動(dòng)規律一致。沿海岸線(xiàn)或距海岸線(xiàn)較近敷設的管道均受潮汐能干擾可能性大，而且管道越長(cháng)，防腐層越好，所感應的電壓（VP，g）就越大[3]。如圖 3所示。

圖 3 較差防腐層與良好防腐層管道典型的地磁感應電位分布曲線(xiàn)

2  案例分析

日照—儀征原油管道（簡(jiǎn)稱(chēng)日儀線(xiàn)）全長(cháng)390 km，近海岸線(xiàn)敷設，選用直徑914 mm螺旋縫和直縫埋弧焊鋼管，采用外加電流陰極保護和環(huán)氧粉末防腐涂層相結合的保護方式。

2020年，日儀線(xiàn)雜散電流專(zhuān)項調查中發(fā)現該管道整體受東部沿海潮汐產(chǎn)生的地電流干擾特征較明顯，連云港境內靠近海岸線(xiàn)16#樁～80#樁管段干擾最為嚴重，管道電位波動(dòng)區間在+1000 mVCSE～ ﹣3500 m VCSE（圖 4）。

圖 4 日儀線(xiàn)16#樁～ 80#樁管段管地電位24 h監測曲線(xiàn)

在日儀線(xiàn)16#樁、62#樁位置各設置1臺DL-1靜態(tài)數據記錄儀對管道管地電位進(jìn)行長(cháng)周期監測，采集頻率為1次/30 s。發(fā)現2處監測點(diǎn)的管地電位正偏移波峰、負偏移波谷時(shí)間節點(diǎn)與江蘇新洋港附近海域潮汐高潮、低潮時(shí)間節點(diǎn)吻合，規律一致，呈現24 h周期內“兩峰—兩谷”特征，且相鄰2次管地電位正向（漲潮）或負向（低潮）偏移時(shí)間間隔均為12 h，兩處監測點(diǎn)管道管地電位波動(dòng)情況一致，均為典型的潮汐地磁干擾特征（圖 5）。

（a） 16#樁

（b） 62#樁

圖 5 日儀線(xiàn)管地電位監測曲線(xiàn)與對應時(shí)間段附近海域潮汐曲線(xiàn)對比圖

后續調查中發(fā)現，隨著(zhù)日儀線(xiàn)往南逐漸遠離東部海岸線(xiàn)深入內陸，管道受到潮汐地磁干擾越來(lái)越弱，管地電位波動(dòng)區間逐漸收窄，進(jìn)入淮安境內管地電位趨于平穩。

3  干擾緩解目標及措施

3.1  緩解目標

目前國內標準規范均未給出專(zhuān)門(mén)針對潮汐地電流干擾管道的保護準則，行業(yè)內普遍使用澳大利亞標準AS 2832.1―2015《金屬的陰極防護. 管道和電纜》中的保護準則：

（1）進(jìn)行管道地電流影響測試時(shí)，通常必須記錄 20 h的電位。如果采用數據記錄儀監測電位，其采樣頻率應不低于1次/min。

（2）受地電流影響的管道電位正于保護準則的時(shí)間不應超過(guò)測試時(shí)間的10％。確定電位的變化幅度時(shí)，應對記錄期間電離層擾動(dòng)的程度進(jìn)行評價(jià)。

3.2  緩解措施

（1）在陰極保護極化電位不超限的情況下，盡可能調大管道恒電位儀的輸出，以抵消潮汐地磁干擾帶來(lái)的管地電位正向波動(dòng)影響。受干擾管段的陰極保護極化電位滿(mǎn)足AS 2832.1―2015要求，可以有效抑制潮汐地磁干擾對管道的影響，暫不會(huì )對管道產(chǎn)生干擾腐蝕影響。

（2）在干擾嚴重、陰極保護不達標管段，采取負接地極（一般采用鎂合金犧牲陽(yáng)極）+極性排流器組合方式進(jìn)行排流防護（圖 6）。

圖 6 排流防護裝置示意圖

（3）加強干擾管段管道極化電位精確測量及動(dòng)態(tài)監測。潮汐地磁干擾地電流對管道陰保效果測試評價(jià)的主要影響在于干擾精準測量管線(xiàn)極化電位（Ep）的能力，土壤中的地電流活動(dòng)在參比電極和管道缺陷之間的土壤中產(chǎn)生一個(gè)附加的電壓降Vt。通過(guò)斷電法測試極化電位可以消除土壤電壓降（Ve），但無(wú)法消除地電流附加的電壓降Vt。圖 7所示為一種不需要斷開(kāi)測試片連接就可以減少I(mǎi)R降誤差的檢測裝置[3]。

圖 7 陰保測試中減少I(mǎi)R降誤差的檢測裝置示意圖

受測試人員經(jīng)驗、測試設備精度、環(huán)境等因素影響，人工現場(chǎng)測試陰保效果的精準度不高，建議在潮汐地磁干擾嚴重或地磁感應電壓峰值出現位置設置智能陰保監測樁進(jìn)行持續監測。重點(diǎn)關(guān)注地磁感應電壓峰值出現在管道上的位置，如絕緣接頭處、管道方向改變處、在海岸處或其附近、在地質(zhì)條件劇烈轉變處或異常處及其附近，以及高電阻率土壤中[3]。

4  結語(yǔ)

沿海管道管地電位有“雙峰—雙谷”特性，并且與潮汐表變化趨勢一致，干擾特征顯著(zhù)，應采取措施緩解干擾影響。近年來(lái)，計算機仿真模擬技術(shù)突飛猛進(jìn)，CDEGS、BEASY模擬軟件已在管道雜散電流干擾影響評估及排流防護設計中得到了很好的應用。通過(guò)深入研究海岸效應，建立管道潮汐地磁干擾理論模型，為管線(xiàn)受潮汐地磁干擾影響的評估、緩解及日常管理維護提供科學(xué)理論依據。目前國內關(guān)于潮汐地磁干擾對長(cháng)輸油氣管道影響方面的研究較少，應對遭受潮汐地磁干擾管道的腐蝕機理進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步做好沿海長(cháng)輸管線(xiàn)腐蝕防護工作。

參考文獻：

[1]李家龍，胡黎花，王培金. 地磁感應電流對管道影響研究現狀[J].天津科技.2016，43(7)：5-8.

[2]熊樹(shù)海.潮汐感應和地磁海岸效應對沿海埋地管線(xiàn)腐蝕機理的研究[D].北京：中國石油大學(xué)（北京），2017.

[3]NACE International,2005. CP3- Cathodic Protection Technologist. 3:61-3:62.

作者簡(jiǎn)介：李昆，1983年生，本科，政工師，2006年畢業(yè)于南通大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現擔任徐州輸油處管道保衛科科長(cháng)。聯(lián)系方式：18552922110，likun_2008@126.com。