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(chǎn)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(tài)。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(guān)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(jīng)被受到了較為廣泛的關(guān)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(shù)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(xiàn)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(jīng)常會運用黏結(jié)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(nèi)要管道出現(xiàn)腐蝕失效，腐蝕等問題頻發(fā)。對此，相關(guān)的技術(shù)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(fā)生反應的本質(zhì)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(fā)生氧化還原反應，導致金屬出現(xiàn)腐蝕的狀況。針對于埋地的燃氣管道來說，由于土壤內(nèi)的水分和空氣被充分地填充其中，土壤內(nèi)有含有一定的可溶性鹽，就會與土壤內(nèi)的水促使土壤具有較強的導電性，導致形成電解質(zhì)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(xiàn)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(fā)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(guī)避燃氣管道出現(xiàn)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(xiàn)破損的狀況，就能夠充分地降低燃氣管道出現(xiàn)腐蝕的速度。防腐層外加上陰極的保護模式，能夠?qū)θ細夤艿肋M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(chǎn)生的影響

（一）套管和管道無電解質(zhì)

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(tǒng)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(nèi)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(qū)域。被屏蔽的區(qū)域內(nèi)，埋地燃氣管道會直接與較為濕潤的空氣進行接觸，出現(xiàn)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(xiàn)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(zhì)

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(tài)，導致在水環(huán)境和潮濕土壤環(huán)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(xiàn)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(xiàn)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(nèi)的表層，沒有防腐層，導致腐蝕環(huán)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(nèi)壁在腐蝕物質(zhì)的作用之下出現(xiàn)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(guī)避地下的水，進入到管道之中，導致主管道與管道發(fā)生腐蝕。對管道的防腐狀況進行檢測的過程中發(fā)現(xiàn)，只是一味地嚴格按照施工的規(guī)范進行管道的施工，不能夠較好地規(guī)避管道出現(xiàn)腐蝕的狀況，而且越是被加設管道的地點，主管道出現(xiàn)腐蝕狀況就會更加的嚴重。對此相關(guān)的技術(shù)人員，要經(jīng)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(xiàn)的原因。管道內(nèi)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(zhì)，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(zhì)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(zhì)。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(xiàn)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(jīng)常會導致主管道防腐層被破壞，若是相關(guān)的操作人員沒有在第一時間發(fā)現(xiàn)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(guān)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(xiàn)腐蝕自然氧化的狀況，一旦技術(shù)人員沒有發(fā)現(xiàn)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(guān)解決方案

（1）針對于不可以規(guī)避運用管套的時候，可以在管套的內(nèi)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(guī)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(guī)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(xiàn)泥土或是水的時候，就可以起到電解質(zhì)作用，陰極保護電流運用介質(zhì)產(chǎn)生回路，不會被其他因素所屏蔽。套管可以當作是土壤介質(zhì)內(nèi)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(nèi)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(zhì)的電解物質(zhì)，導電性能將會更好，主管道的陰極保護作用將會發(fā)揮出其最大的效果。

五、結(jié)語

綜上所述，相關(guān)的技術(shù)人員必須要對陰極保護的套管相關(guān)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(shù)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(zhì)管道頂管段非開挖檢驗技術(shù)研究[J].管道技術(shù)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(zhèn)燃氣。