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摘 要：本文通过对东黄老线停运管道进行分析试验，验证了东黄复线管道不达标管段与地磁暴之间的关系，结果表明：地磁暴对东黄复线输油管道保护电位的影响较小，此外，东黄复线欠保护与动态直流杂散电流干扰、地磁暴无明显的因果关系，还需从防腐层、阴极保护电流流失方面做进一步检测。
关键词：阴极保护;杂散电流;地磁感应电流（GIC）;管地电位;地磁扰动（GMD）
腐蚀是引起埋地管道破坏和失效的主要原因之一，金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀，杂散电流腐蚀是金属电化学腐蚀中危害最为严重的一种。
杂散电流又称迷流，是指在规定的电路之外流动的电流，由杂散电流而引起的金属腐蚀为杂散电流腐蚀。根据杂散电流的来源，腐蚀主要有三种类型。①直流杂散电流腐蚀，电流来源于轨道交通供电系统、阴极保护系统等直流电源;②交流杂散电流腐蚀，电流来源与高架交流电线等交变电流源;③地球磁场影响，属于一种自然界的现象，由于地球磁场而引起的杂散电流[1]。根据杂散电流幅值和电流流经路径是否随着时间发生变化，直流杂散电流可进一步分为静态杂散电流和动态杂散电流两种[2]。
因地球本身存在磁场，管道为金属管道，根据感应电流的成因，地球磁场会在管道中形成感应电流，可能会对管道保护电位产生影响，本文通过在东黄老线上的科研试验，分析地磁场对东黄复线的影响。
1 地磁暴监测数据分析
为验证东黄复线管道不达标管段与地磁暴之间的关系，对东黄老线停运管道进行分析试验，根据检测结果进行类比分析研究（东黄复线为在运管道，公司相关规定要求不得在在运管道上进行科研试验）。本次选取了中国地震局地质预测研究所安丘地磁台提供的地电场监测数据（东西分量，西向为正）与东黄老线输油管道GIC（地磁感应电流）及PSP管地电位数据进行对比分析，安丘地磁台与昌邑输油站和西里固阴保站的距离分别为28.5km、24.3km，是目前与两管道监测点距离最近的地电磁场监测台站（东黄老线和东黄复线输油管道整体并行，之间的最大距离为10km）。安丘地电场（b）、昌邑管道GIC（c）、昌邑管道PSP（d）和西里固管道PSP（e）。为便于分析，Dst指数及管道测量数据的水平坐标已统一为世界时间。
1.1 西里固阴保站PSP观测
据中国科学院空间环境研究预报中心报道，受2017年9月4日和6日全晕日冕物质抛射的持续影响，8日地磁有9小时达到大磁暴水平，3小时中等磁暴水平，9小时小磁暴水平，最高Kp指数达到了8，本次磁暴属于急始型大磁暴事件。
机理分析结果表明，管道GIC可引起PSP量值的偏移，东黄老线管道GIC和西里固管道PSP的相关性并不明显，导致这一测量结果的原因是：西里固阴保站现场维护人员定期切换两台恒电位仪，这一操作会导致1#设备时而工作时而停止，在1#设备工作时，PSP测量值以1#设备输出的预设电位为基准，随着GIC的变化而变化;而在切换至2#设备时，由于仪器故障原因，PSP测量值则为管地自然电位。根据阴保站人员现场切换时间，本文将西里固PSP数据划分为5个时段，并求出每段时间内PSP与昌邑管道GIC的数据线性相关系数 ，这一测量结果说明地磁暴感生的管道GIC可导致PSP偏移，对管道的腐蚀态势产生影响;在恒电位仪的作用下，PSP的偏移量不仅与GIC有关，而且与恒電位仪的输出电位变化量有关;同时验证了测量仪器的可靠性。
1.1.2 GIC量值分析
7日12：00至7日23：00期间，属于GMD强度较小的时段，因此昌邑管道GIC量值基本稳定在3A左右，无强烈波动。7日23：00至9日00：00期间，属于磁暴期间，经分析可得，每次Dst指数的快速下降，都会带来GIC的剧烈波动，且在Dst指数下降最快的4小时内（即7日23：00至8日03：00），产生了本次磁暴期间GIC的最小值0.16A（时间：8日00：02）和最大值7.88A（时间：8日00：28），在8日13：00至19：00也出现了多次峰值。
1.1.3 PSP量值分析
与GIC相似，昌邑输油站中监测的PSP，在7日12：00至7日23：00期间波动较小，基本稳定在-1.1V左右，在7日23：00至9日00：00期间，昌邑PSP值基本在-1.00V至-1.20V之间变化，但波动十分剧烈。在7日23：00至8日04：00之间，PSP正向偏移量多次超过100mV，负向偏移量最大值达到128mV。
西里固阴保站中监测的PSP在7日12：00至7日14：00期间，PSP未出现明显波动，在7日23：00至9日00：00期间， PSP的波动幅值较高，由地磁暴造成的正向偏移量多次超过100mV，负向偏移量最大值达到392mV。同时在仪器故障瞬间的PSP偏移也十分严重。
1.1.4 危害分析
我国埋地钢质管道直流干扰防护技术标准GB 50991-2014规定，管道PSP正向偏移20mV时可确认有直流电流干扰，管道PSP正向偏移100mV时必须采取排流或其他防护措施。PSP数据分析结果表明：
（1）地磁扰动较小期间，昌邑管道PSP和西里固管道PSP偏移量水平在20mv以下，通电电位和断电电位都在阴保电位标准范围内，无需进行排流保护。
（2）大磁暴期间，昌邑输油站和西里固阴保站的PSP正向偏移量都多次超越应采取排流措施的限值，可见在本次磁暴侵扰下两监测点附近的管道产生了较严重的正向偏移，负向偏移量仍未超过限值。
PSP的监测结果表明，2017年9月7日至9日期间的强烈地磁扰动引起了管道保护电位的正向偏移，未造成管道的负向偏移。
磁暴期间，虽然会造成管道保护电位的波动，但恒电位仪的保护作用可以将波动控制和限值以内，不会造成管道电位的剧烈变化。
2 结语
通过对地磁暴对管道影响的研究，发现正常情况下地磁暴对管道的保护电位干扰影响很小，在地磁暴较为严重的时候因恒电位仪的保护，管道保护电位的变化幅度也在正常的范围以内，地磁暴不是该段管道阴保不达标的主要影响因素。
东黄复线寿光至昌邑段管道欠保护原因从本文研究看，与动态直流杂散电流干扰和地磁暴干扰无明显联系。排除以上管道外界影响因素后，管道电位不达标的原因集中在管道本身，即防腐层的状况，下一步的工作重点要针对防腐层的情况进行检测、分析。
参考文献：
[1] 冯洪臣. 管道阴极保护设计-设计、安装和运营[M]. 北京： 化学工业出版社，2015.
[2] 陈志光，秦朝葵，张扬竣. 轨道交通杂散电流腐蚀研究现状[J]. 世界科技研究与发展，2010，32（4）：497-500.
关键词：阴极保护;杂散电流;地磁感应电流（GIC）;管地电位;地磁扰动（GMD）
腐蚀是引起埋地管道破坏和失效的主要原因之一，金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀，杂散电流腐蚀是金属电化学腐蚀中危害最为严重的一种。
杂散电流又称迷流，是指在规定的电路之外流动的电流，由杂散电流而引起的金属腐蚀为杂散电流腐蚀。根据杂散电流的来源，腐蚀主要有三种类型。①直流杂散电流腐蚀，电流来源于轨道交通供电系统、阴极保护系统等直流电源;②交流杂散电流腐蚀，电流来源与高架交流电线等交变电流源;③地球磁场影响，属于一种自然界的现象，由于地球磁场而引起的杂散电流[1]。根据杂散电流幅值和电流流经路径是否随着时间发生变化，直流杂散电流可进一步分为静态杂散电流和动态杂散电流两种[2]。
因地球本身存在磁场，管道为金属管道，根据感应电流的成因，地球磁场会在管道中形成感应电流，可能会对管道保护电位产生影响，本文通过在东黄老线上的科研试验，分析地磁场对东黄复线的影响。
1 地磁暴监测数据分析
为验证东黄复线管道不达标管段与地磁暴之间的关系，对东黄老线停运管道进行分析试验，根据检测结果进行类比分析研究（东黄复线为在运管道，公司相关规定要求不得在在运管道上进行科研试验）。本次选取了中国地震局地质预测研究所安丘地磁台提供的地电场监测数据（东西分量，西向为正）与东黄老线输油管道GIC（地磁感应电流）及PSP管地电位数据进行对比分析，安丘地磁台与昌邑输油站和西里固阴保站的距离分别为28.5km、24.3km，是目前与两管道监测点距离最近的地电磁场监测台站（东黄老线和东黄复线输油管道整体并行，之间的最大距离为10km）。安丘地电场（b）、昌邑管道GIC（c）、昌邑管道PSP（d）和西里固管道PSP（e）。为便于分析，Dst指数及管道测量数据的水平坐标已统一为世界时间。
1.1 西里固阴保站PSP观测
据中国科学院空间环境研究预报中心报道，受2017年9月4日和6日全晕日冕物质抛射的持续影响，8日地磁有9小时达到大磁暴水平，3小时中等磁暴水平，9小时小磁暴水平，最高Kp指数达到了8，本次磁暴属于急始型大磁暴事件。
机理分析结果表明，管道GIC可引起PSP量值的偏移，东黄老线管道GIC和西里固管道PSP的相关性并不明显，导致这一测量结果的原因是：西里固阴保站现场维护人员定期切换两台恒电位仪，这一操作会导致1#设备时而工作时而停止，在1#设备工作时，PSP测量值以1#设备输出的预设电位为基准，随着GIC的变化而变化;而在切换至2#设备时，由于仪器故障原因，PSP测量值则为管地自然电位。根据阴保站人员现场切换时间，本文将西里固PSP数据划分为5个时段，并求出每段时间内PSP与昌邑管道GIC的数据线性相关系数 ，这一测量结果说明地磁暴感生的管道GIC可导致PSP偏移，对管道的腐蚀态势产生影响;在恒电位仪的作用下，PSP的偏移量不仅与GIC有关，而且与恒電位仪的输出电位变化量有关;同时验证了测量仪器的可靠性。
1.1.2 GIC量值分析
7日12：00至7日23：00期间，属于GMD强度较小的时段，因此昌邑管道GIC量值基本稳定在3A左右，无强烈波动。7日23：00至9日00：00期间，属于磁暴期间，经分析可得，每次Dst指数的快速下降，都会带来GIC的剧烈波动，且在Dst指数下降最快的4小时内（即7日23：00至8日03：00），产生了本次磁暴期间GIC的最小值0.16A（时间：8日00：02）和最大值7.88A（时间：8日00：28），在8日13：00至19：00也出现了多次峰值。
1.1.3 PSP量值分析
与GIC相似，昌邑输油站中监测的PSP，在7日12：00至7日23：00期间波动较小，基本稳定在-1.1V左右，在7日23：00至9日00：00期间，昌邑PSP值基本在-1.00V至-1.20V之间变化，但波动十分剧烈。在7日23：00至8日04：00之间，PSP正向偏移量多次超过100mV，负向偏移量最大值达到128mV。
西里固阴保站中监测的PSP在7日12：00至7日14：00期间，PSP未出现明显波动，在7日23：00至9日00：00期间， PSP的波动幅值较高，由地磁暴造成的正向偏移量多次超过100mV，负向偏移量最大值达到392mV。同时在仪器故障瞬间的PSP偏移也十分严重。
1.1.4 危害分析
我国埋地钢质管道直流干扰防护技术标准GB 50991-2014规定，管道PSP正向偏移20mV时可确认有直流电流干扰，管道PSP正向偏移100mV时必须采取排流或其他防护措施。PSP数据分析结果表明：
（1）地磁扰动较小期间，昌邑管道PSP和西里固管道PSP偏移量水平在20mv以下，通电电位和断电电位都在阴保电位标准范围内，无需进行排流保护。
（2）大磁暴期间，昌邑输油站和西里固阴保站的PSP正向偏移量都多次超越应采取排流措施的限值，可见在本次磁暴侵扰下两监测点附近的管道产生了较严重的正向偏移，负向偏移量仍未超过限值。
PSP的监测结果表明，2017年9月7日至9日期间的强烈地磁扰动引起了管道保护电位的正向偏移，未造成管道的负向偏移。
磁暴期间，虽然会造成管道保护电位的波动，但恒电位仪的保护作用可以将波动控制和限值以内，不会造成管道电位的剧烈变化。
2 结语
通过对地磁暴对管道影响的研究，发现正常情况下地磁暴对管道的保护电位干扰影响很小，在地磁暴较为严重的时候因恒电位仪的保护，管道保护电位的变化幅度也在正常的范围以内，地磁暴不是该段管道阴保不达标的主要影响因素。
东黄复线寿光至昌邑段管道欠保护原因从本文研究看，与动态直流杂散电流干扰和地磁暴干扰无明显联系。排除以上管道外界影响因素后，管道电位不达标的原因集中在管道本身，即防腐层的状况，下一步的工作重点要针对防腐层的情况进行检测、分析。
参考文献：
[1] 冯洪臣. 管道阴极保护设计-设计、安装和运营[M]. 北京： 化学工业出版社，2015.
[2] 陈志光，秦朝葵，张扬竣. 轨道交通杂散电流腐蚀研究现状[J]. 世界科技研究与发展，2010，32（4）：497-500.