Geomagnetic monitoring to mitigate risk to pipelines from space weather

Abstract

При организации систем катодной защиты трубопроводов необходимо иметь возможность рассчитывать вариации потенциала «труба – земля» при геомагнитных возмущениях. С этой целью авторами разработан программный код для расчета потенциала трубопровода при заданном возмущении электротеллурического поля в поверхностных слоях Земли. В качестве примера проведены оценки искажения потенциала «почва – труба» при суббуре, имевшей место 9 октября 2018 года и сопровождавшейся интенсивными геомагнитными Pi3-пульсациями. Использована база данных магнитных станций в Российской Арктике и глобальная модель проводимости поверхностных слоев Земли. Возмущение теллурического поля построено с помощью пересчета зарегистрированного магнитного возмущения в амплитуду теллурического поля по импедансному соотношению. Модельная трубопроводная сеть представлена в виде набора эквивалентных схем замещения, которые объединяются между собой для формирования узловой сети проводимости. С использованием метода узловой матрицы полной проводимости определены значения потенциала в узлах трубопроводной системы. Показано, что имеется как экспериментальная база, так и расчетная методика для количественной оценки вариаций потенциала трубопровода для любой заданной системы в Арктической зоне Российской Федерации. Результаты данной методики могут быть апробированы сопоставлением с вариациями защитного потенциала реальных трубопроводов. For the implementation of the cathodic protection of the grounded pipelines from electro-corrosion it is necessary to have a possibility to estimate the variations of the pipe-to-soil potential caused by the geomagnetic disturbances. For that we have elaborated a program code for calculating the pipeline potential for a given perturbation of the electro-telluric field in the Earth surface layers. As an example, estimates were made of the distortion of the ground-pipeline potential during the October 9, 2018 substorm, which was accompanied by intense geomagnetic Pi3 pulsations. A database of magnetic stations in the Russian Arctic and a global model of the conductivity of the Earth’s surface layers were used. The telluric field disturbance has been constructed by recalculating the registered magnetic disturbance into the telluric field amplitude using the impedance relation. The model pipeline network is presented as a set of equivalent circuits, which are combined to form a nodal conduction network. Using the method of the nodal matrix of total conductivity, the values of the potential at the nodes of the pipeline system are determined. Thus, there is both an experimental basis and a calculation method for quantifying pipeline potential variations for any given system in the Russian Arctic, the results of which should be tested by comparison with variations in the protective potential of real pipelines.