摘　要：分析套管對城鎮(zhèn)燃氣埋地鋼管陰極保護電流產生屏蔽的原因，提出了解決方法。

關鍵詞：陰極保護；  腐蝕控制；  電流屏蔽；  套管

Discussion on Effect of Sleeve on Cathodic Protection Current Shielding of Buried Gas Pipeline

Abstract：The shielding reasons of sleeve on cathodic protection current of city gas buried steel pipeline are analyzed，and the method to solve this problem is presented．

Keywords：cathodic protection；corrosion control；current shieldin9；sleeve

1　概述

現行國家標準GB／T 21448—2008((埋地鋼質管道陰極保護技術規(guī)范》規(guī)定：“新建管道應采用防腐層加陰極保護的聯合防護措施或其他業(yè)已證明有效的腐蝕控制技術”。淄博綠博燃氣有限公司天然氣主管道的防腐即采用3PE防腐層外加犧牲陽極陰極保護的腐蝕控制措施。該主管道自2002年投入運行以來，一直安全運行。隨著該管道投用年限的逐漸增加，為及時掌握埋地管道的腐蝕情況，排除安全隱患，近幾年公司生產運行部每年都對在役埋地管道的防腐情況進行檢測。幾年來的檢測證明，采取防腐層輔以陰極保護的腐蝕控制措施，總體來說效果很好，埋地鋼管得到了有效的保護，但在每年的檢測中都會發(fā)現管道發(fā)生腐蝕、銹蝕的情況。我們對埋地管道的腐蝕情況進行了記錄、整理、分析，發(fā)現在穿越公路、鐵路等加設套管的地方，天然氣主管道發(fā)生腐蝕的情況比其他地方嚴重。本文針對加設套管后主管道反而易發(fā)生腐蝕的情況進行探討。

2　管道腐蝕原理及陰極保護原理

2.1　管道腐蝕原理

金屬腐蝕分為化學腐蝕和電化腐蝕，電化腐蝕是我們常見的腐蝕類型，又分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕。無論析氫腐蝕還是吸氧腐蝕，其本質是金屬與接觸到的氣體或液體發(fā)生氧化還原反應而腐蝕損耗的過程。埋地鋼管周圍的土壤被空氣和水填充，土壤中含有一定量的可溶性鹽，與土壤中的水一起，使土壤具有了一定的導電性，形成電解質溶液；再加上土壤和鋼材本身的電化學不均勻性，這就構成了腐蝕原電池的條件^[1]。埋地鋼管鐵原子失去電子發(fā)生氧化反應，變成鐵離子，具體析氫腐蝕、吸氧腐蝕反應原理如下：

析氫腐蝕的陽極反應：

Fe-2e^-9Fe²⁺

析氫腐蝕的陰極反應：

2H⁺+2e^-9H2­

析氫腐蝕的總反應方程式：

Fe+2H⁺9Fe²⁺+H2­

吸氧腐蝕的陽極反應：

Fe-2e^-9Fe²⁺

吸氧腐蝕的陰極反應：

2H2O+O2+4e^-94OH^-

吸氧腐蝕的總反應方程式：

2Fe+2H2O+O292Fe(OH)2

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3

2.2　陰極保護原理

陰極保護分犧牲陽極陰極保護法和外加電流陰極保護法。綠博公司主管道采用的是犧牲陽極陰極保護法，其原理就是原電池的原理，是將一種比鐵更活潑的鎂陽極與被保護的鋼管相連接，通過鎂陽極的不斷氧化反應，向被保護的鋼管提供保護電子，使其獲得保護。犧牲陽極陰極保護原理見圖l。

陽極的反應方程式：

Mg-2e^-9Mg²⁺

陰極的反應方程式：

2H⁺+2e^-9H2­(析氫腐蝕)

或者2H2O+O2+4e^-94OH^-(吸氧腐蝕)

總反應方程式：Mg+2H⁺9Mg²⁺+H2­

或者2Mg+2H2O+O292Mg(OH)2

埋地鋼管防腐采用防腐層外加陰極保護的防護措施，防腐層主要是針對埋地管道均勻腐蝕，主要作用是隔絕鋼管和土壤的接觸，避免鋼管電化學腐蝕；陰極保護則主要以點保護為主，當鋼管防腐層漏損時，能充分減緩鋼管的腐蝕速度^[1]。防腐層外加陰極保護的雙重保護，有力地保證了埋地鋼管的防腐蝕效果。

3　陰極保護電流的屏蔽

穿越公路、鐵路的燃氣管道按照設計要求，施工時要加設套管，并且套管與主管之間要用絕緣的支架支撐，套管兩端用柔性的防水材料封堵，防止地下水進入套管內使主管道發(fā)生腐蝕。在對管道防腐情況的檢測中我們發(fā)現，嚴格按照規(guī)范要求施工的管道，并不能阻止管道腐蝕的發(fā)生，并且越是加設套管的地方，主管道發(fā)生腐蝕的情況越嚴重。為了查明原因，根據檢測情況，我們有針對性地挖出幾處腐蝕嚴重的地方，通過查閱相關資料，并聘請專家現場實地踏勘、分析，終于弄清了問題的癥結。套管內主管道能夠得到有效陰極保護的必要條件是主管道與套管之間存在導電介質，而我們嚴格按照規(guī)范施工的管道，套管與主管道之間設絕緣支架，套管兩端防水密封良好，套管與主管道之間的介質是空氣，然而正是由于兩端密封好，地下水不能進入，空氣也不能導電，導致沒有導電介質。主管道雖然加設陰極保護，但陰極保護電流受空氣層阻斷被完全屏蔽，不能起到任何作用，這就是套管對陰極保護電流產生了屏蔽^[2]。另外，主管道在穿越套管施工時，人工拖、拽等操作經常破壞主管道的防腐層，如果我們沒有及時發(fā)現并修補防腐層，管道埋地投用后，主管道雖然加設了陰極保護裝置，但因為套管對陰極保護電流的屏蔽，陰極保護不起作用，這樣套管內主管道的破損處會處于自然氧化、腐蝕的狀態(tài)，進而腐蝕會逐步蔓延，這就是越加設套管的地方，主管道腐蝕越嚴重的原因。套管對陰極保護電流屏蔽的原理見圖2。

4　陰極保護電流屏蔽的解決方案

①穿越公路、鐵路的管道，從腐蝕控制的角度，如果埋深足夠盡量避免使用套管，可以通過加大壁厚及增加埋深來替代套管穿越方案^[3]。

②不可避免使用套管時，可在套管內部采取局部的陰極保護也是一種很有效的辦法。具體做法是：在套管內的主管道上纏繞鎂陽極帶或鋅陽極帶或安裝鐲式陽極^[4]。當主管道外防腐層為3PE防腐時，推薦使用纏繞鎂陽極帶的局部陰極保護。安裝鎂陽極帶時，可采用機械打磨的方法，露出里面的鋼管約3～5cm癌主管道上開鑿一個合適的焊點，采用電焊、鋁熱焊等焊接方式把鎂陽極帶一端焊接到主管道上，根據不同的管徑按照一定的角度和間距，貼著管道的外壁緊緊纏繞。針對不同管徑，鎂陽極帶有不同的纏繞角度：當燃氣管道外徑≤219mm時，鎂陽極帶沿管道外壁等距且與管道軸向成30°角纏繞；當燃氣管道外徑為219～377mm時，沿管道外壁等距且與管道軸向成45°角纏繞；當燃氣管道外徑≥377mm時，沿管道外壁等距且與管道軸向成600角纏繞^[4]。鎂陽極帶另一端也要和起點一樣，焊接在主管道上，而且兩個焊點都要做好絕緣防腐。鎂陽極帶纏繞施工完畢，套管兩端應采用柔性的防腐、防水材料密封，并保證密封良好，防止水或其他雜物的進入。纏繞鎂陽極帶法的優(yōu)點是施工簡單方便，缺點是鎂的電位較負，保護年限不是很長^[4]。帶狀犧牲陽極的安裝見圖3。

③不可避免加設套管時，套管兩端可不必密封防水材料，只要在主管道與套管之間充填柔軟材料防止沙石進入對防腐層起破壞作用即可。因為當套管內有水或泥土存在時，能起到導電介質的作用，陰極保護電流通過介質形成回路，不會被屏蔽。套管可視為土壤介質的一部分，陰極保護電流從套管外壁流入，從套管內壁流出，再從主管道外部流入，主管道將受到很好的陰極保護^[2]。如果套管與主管道間有特定性能的電解質物質，導電性能會更好，主管道陰極保護的效果會更好，其原理見圖4。

5　結語

陰極保護中套管對電流的屏蔽問題應該給予足夠的重視，設計人員做陰極保護設計時，應充分考慮多重因素對陰極保護的影響，選擇正確的腐蝕控制措施。施工人員要嚴格按照設計要求施工，保證施工質量，只有這樣才能保證管道的陰極保護達到預期的效果，為燃氣管道的安全運行打下良好的基礎。

參考文獻：

[1]許俊城，宋新志，陳國華．城市埋地鋼制燃氣管道腐蝕原因及對策[J]．理化檢驗：物理分冊，2007，43(4)：171-175．

[2]張珂，史國福，寧尚鋒，等．鋼制套管對埋地管道陰極保護的影響[J]．腐蝕與防護，2007，28(11)：580-582．

[3]李帆，茅斌輝．燃氣鋼質管道犧牲陽極陰極保護實踐[J]．煤氣與熱力，2010，30(11)：A20-A24．

[4]樸貞花，袁賡，童高田，等．鋼制燃氣管道的腐蝕與防護[J]．煤氣與熱力，2005，25(5)：22-23．

本文作者：孫慧潔  王文化

作者單位：淄博綠博燃氣有限公司

  淄博綠能燃氣工程有限公司