套管對埋地燃氣管道陰極保護電流屏蔽的探討

摘 要：套管施工工程在埋地燃氣管道工程中，應用較為廣泛。但是在運用套管的過程中，會對陰極保護電流屏蔽產生顯著的影響。管道和套管之間會形成短路或者斷路，導致套管的表面不足以對燃氣管道進行陰極電流的保護，造成管道處于缺乏保護的狀態。本文將主要分析套管對埋地燃氣管道陰極保護電流屏蔽的探討。

關鍵詞：套管;埋地燃氣管道;陰極保護;電流屏蔽;探討

在對管道進行施工的時候，套管已經被受到了較為廣泛的關注，運用套管，能夠防止燃氣管道被擠壓破壞。與此同時，還可以為日后的維護運行打下夯實的基礎。套管可以起到較為顯著的支撐作用，以便于防止外力對管道進行破壞。管道在進行穿越的時候，大多數會通過在套管和管道之間運用絕緣的墊片來阻止二者之間出現短路的狀況。加之，為了能夠較好地防止地下的水進入到套管之中，在套管的兩端經常會運用黏結劑、瀝青等材料進行堵封。雖然套管對管道起到了較好地保護與支撐作用，但是針對于管道來講，采用套管進行保護會給其帶來較大的影響，導致套管內要管道出現腐蝕失效，腐蝕等問題頻發。對此，相關的技術人員必須要積極的探究套管對埋地燃氣管道陰極保護電流屏蔽，從而為日后的防腐工作探明道路，保障管道具有較強的安全性。

一、管道的腐蝕原理與陰極保護的原理

（一）管道的腐蝕原理

金屬被腐蝕主要分為電化腐蝕以及化學腐蝕兩種。電化腐蝕作為較為普通的腐蝕類型，又可以被稱為西洋腐蝕以及析氫腐蝕[1]。不管是吸氧腐蝕，抑或是析氫腐蝕，其發生反應的本質就是金屬，空氣直接接觸空氣中具有氣體或者液體會導致與金屬發生氧化還原反應，導致金屬出現腐蝕的狀況。針對于埋地的燃氣管道來說，由于土壤內的水分和空氣被充分地填充其中，土壤內有含有一定的可溶性鹽，就會與土壤內的水促使土壤具有較強的導電性，導致形成電解質的溶液。加之，鋼材與土壤本身的反應就是不均衡的，這就為腐蝕原電池提供了充分的條件。埋地的燃氣管道中鐵原子會流失，電子會出現氧化反應，從而形成鐵離子，以下是吸氧腐蝕與析氫腐蝕的反應原理：

（二）陰極保護的原理

陰極保護被分為，外加電流的陰極保護方式，以及犧牲陽極的陰極保護方式。例如，犧牲陽極的陰極保護方式的工作原理就是運用原電池的反應原理，主要就是將一種比鐵元素更加活潑的鎂元素加入其中，將鎂元素的陽極和被保護鋼管充分地連接在一起，由于鎂元素的陽極會不斷地發生氧化反應，像被保護管道傳輸保護的電子，促使管道能夠受到保護。犧牲陽極的陰極保護模式的原理為下圖。

對于埋地的燃氣管道來講，對其進行防腐處理，將其外層加上防腐層對陰極進行保護措施，其防腐層主要就是對埋地的燃氣管道進行均勻的腐蝕進行處理，保障燃氣管道能夠和土壤不直接接觸，規避燃氣管道出現電化學反應的腐蝕;陰極保護模式主要就是運用點保護為主，若燃氣管道的防腐層出現破損的狀況，就能夠充分地降低燃氣管道出現腐蝕的速度。防腐層外加上陰極的保護模式，能夠對燃氣管道進行雙重的保護，從而有效地保障埋地的燃氣管道具有較強的抗腐蝕效果。

二、在不同狀況下管道對陰極保護產生的影響

（一）套管和管道無電解質

陰極保護電流通路主要包含離子通路、土壤、電子通路（導線）。在離子通路中，陰極保護中傳統電流的流向是從套管到管道，電流最后會通過土壤穿過防腐層，從而作用于到管道的表面。若管道的兩端都被堵死，密封性相對較好的時候，外接土壤內的水，泥土等都不會進入到主管道和管道之間，這個時候主管道與管道之間就會形成較強的空氣層，陰極保護電流沒有辦法穿過空氣層直接接觸到埋地燃氣管道的表面，這個位置的管道將不會受到陰極保護的作用，也就是屬于陰極保護中屏蔽的區域。被屏蔽的區域內，埋地燃氣管道會直接與較為濕潤的空氣進行接觸，出現大氣的腐蝕狀況。但是，套管外部的管道電流則是可以穿過防腐層抑或是出現破損的地點進入到管道的表面，而被陰極進行保護。

（二）套管和管道間有電解質

在對套管進行施工的過程中，管道與套管的兩端在進行封堵的時候，有的時候不可能達到完全密封的狀態，導致在水環境和潮濕土壤環境的作用之下，套管和管道之間就會進入水分，這樣的水分具有較強的腐蝕性，水分的進入會導致埋地燃氣管道會出現兩個層面的影響：第一，降低了管道與套管間的電阻，在很大的程度上會減緩高電阻，能夠帶來的陰極保護短路出現屏蔽的效應，促使陰極保護的電流可以通過套管，到達管道的表面，管道就會受到顯著的陰極保護。第二，套管內的表層，沒有防腐層，導致腐蝕環境直接與燃氣管道進行接觸，若是管道沒有采取一定的保護措施，管道的內壁在腐蝕物質的作用之下出現腐蝕的狀況，管道在外力影響的作用下，會存在應力腐蝕以及腐蝕失效的風險性。

三、陰極保護電流屏蔽

針對于埋地燃氣管道穿過鐵路與公路的時候，必須要嚴格的按照施工設計進行施工。在施工的過程中，必須要在燃氣的管道上加設管套，還需要在主管和管道之間運用絕緣支架加以支撐，管道的兩端運用柔性較強的防腐材料進行封堵，從而規避地下的水，進入到管道之中，導致主管道與管道發生腐蝕。對管道的防腐狀況進行檢測的過程中發現，只是一味地嚴格按照施工的規范進行管道的施工，不能夠較好地規避管道出現腐蝕的狀況，而且越是被加設管道的地點，主管道出現腐蝕狀況就會更加的嚴重。對此相關的技術人員，要經過對資料的查閱，以及將專家聘請到實地進行勘察，最終找出問題出現的原因。管道內部的主管道可以有效得到陰極保護的必要條件就是：套管和主管道之間存在導電的介質，由于嚴格地按照施工的流程進行施工，導致主管道和管道之間的導電介質就是空氣，但是由于管道兩端被密封好，地下水不能夠進入空氣，就不會進行導電，導致其中沒有導電的介質。雖然主管道被加設了陰極的保護，但是陰極保護的電流會受到空氣層的阻斷，被全部屏蔽，根本就不能夠起到什么樣的作用，這就是對埋地燃氣管道陰極保護，電流出現了屏蔽的狀況。加之，主管道穿越管套進行施工的過程中，由于受到人工拽、拖等用力操作經常會導致主管道防腐層被破壞，若是相關的操作人員沒有在第一時間發現被破壞的防腐層，將其投入到使用之后，雖然主管道被加設了陰極保護的相關裝置，但是由于套管會對陰極保護的電流進行屏蔽，導致陰極保護不能夠起到任何的作用，這樣管道之中的主管道破損地點就會出現腐蝕自然氧化的狀況，一旦技術人員沒有發現就會導致腐蝕以及自然氧化的狀況蔓延，情況越來越嚴重[2]。

四、針對陰極保護的電流屏蔽相關解決方案

（1）針對于不可以規避運用管套的時候，可以在管套的內部運用局部陰極保護模式，也是一個較為有效的方法。具體的做法有：在管道之中的主管道上面纏繞上鎂陽極、鋅陽極抑或是安裝鐲式的陽極。

（2）若不可以規避運用套管的時候，在套管的兩端可以不必對其進行密封處理，運用防水的材料，僅僅需要在套管和主管道之間填充上較為柔軟的材料，規避砂石進入到防腐層之中，對管道進行破壞即可。由于管套之中出現泥土或是水的時候，就可以起到電解質作用，陰極保護電流運用介質產生回路，不會被其他因素所屏蔽。套管可以當作是土壤介質內的一個部分，陰極保護電流會從套管之外的外壁也流入其中，從套管的內壁之中流出，而后再從主管道的外壁流入進來，從而主管道會受到很好的陰極保護作用。若主管道與套管之間具有特定性質的電解物質，導電性能將會更好，主管道的陰極保護作用將會發揮出其最大的效果。

五、結語

綜上所述，相關的技術人員必須要對陰極保護的套管相關的屏蔽問題進行重視，在對陰極保護進行設計的過程中，需要對其進行多因素的考慮，選擇最科學、合理的防腐控制措施，從而有效地保障埋設燃氣管道具有較強的抗腐蝕性，從而為日后的防腐工作探明道路，能為燃氣管道能夠安全地運行打下夯實的基礎。

參考文獻：

[1]季廷偉，王樹立，劉波，陳玉，趙書華.套管對埋地金屬管道陰極保護電位影響的數值模擬[J].腐蝕與防護，2018，39（01）：71-77+83.

[2]伏喜斌.埋地燃氣鋼質管道頂管段非開挖檢驗技術研究[J].管道技術與設備，2017（06）：38-40+43.

作者簡介：杜志波（1986— ），男，漢族，四川金堂人，本科，中級工程師，研究方向：油氣儲運、城鎮燃氣。