套管对埋地燃气管道阴极保护电流屏蔽的探讨

    

    

    摘 要：套管施工工程在埋地燃气管道工程中，应用较为广泛。但是在运用套管的过程中，会对阴极保护电流屏蔽产生显著的影响。管道和套管之间会形成短路或者断路，导致套管的表面不足以对燃气管道进行阴极电流的保护，造成管道处于缺乏保护的状态。本文将主要分析套管对埋地燃气管道阴极保护电流屏蔽的探讨。

    关键词：套管;埋地燃气管道;阴极保护;电流屏蔽;探讨

    在对管道进行施工的时候，套管已经被受到了较为广泛的关注，运用套管，能够防止燃气管道被挤压破坏。与此同时，还可以为日后的维护运行打下夯实的基础。套管可以起到较为显著的支撑作用，以便于防止外力对管道进行破坏。管道在进行穿越的时候，大多数会通过在套管和管道之间运用绝缘的垫片来阻止二者之间出现短路的状况。加之，为了能够较好地防止地下的水进入到套管之中，在套管的两端经常会运用黏结剂、沥青等材料进行堵封。虽然套管对管道起到了较好地保护与支撑作用，但是针对于管道来讲，采用套管进行保护会给其带来较大的影响，导致套管内要管道出现腐蚀失效，腐蚀等问题频发。对此，相关的技术人员必须要积极的探究套管对埋地燃气管道阴极保护电流屏蔽，从而为日后的防腐工作探明道路，保障管道具有较强的安全性。

    一、管道的腐蚀原理与阴极保护的原理

    （一）管道的腐蚀原理

    金属被腐蚀主要分为电化腐蚀以及化学腐蚀两种。电化腐蚀作为较为普通的腐蚀类型，又可以被称为西洋腐蚀以及析氢腐蚀[1]。不管是吸氧腐蚀，抑或是析氢腐蚀，其发生反应的本质就是金属，空气直接接触空气中具有气体或者液体会导致与金属发生氧化还原反应，导致金属出现腐蚀的状况。针对于埋地的燃气管道来说，由于土壤内的水分和空气被充分地填充其中，土壤内有含有一定的可溶性盐，就会与土壤内的水促使土壤具有较强的导电性，导致形成电解质的溶液。加之，钢材与土壤本身的反应就是不均衡的，这就为腐蚀原电池提供了充分的条件。埋地的燃气管道中铁原子会流失，电子会出现氧化反应，从而形成铁离子，以下是吸氧腐蚀与析氢腐蚀的反应原理：

    （二）阴极保护的原理

    阴极保护被分为，外加电流的阴极保护方式，以及牺牲阳极的阴极保护方式。例如，牺牲阳极的阴极保护方式的工作原理就是运用原电池的反应原理，主要就是將一种比铁元素更加活泼的镁元素加入其中，将镁元素的阳极和被保护钢管充分地连接在一起，由于镁元素的阳极会不断地发生氧化反应，像被保护管道传输保护的电子，促使管道能够受到保护。牺牲阳极的阴极保护模式的原理为下图。

    对于埋地的燃气管道来讲，对其进行防腐处理，将其外层加上防腐层对阴极进行保护措施，其防腐层主要就是对埋地的燃气管道进行均匀的腐蚀进行处理，保障燃气管道能够和土壤不直接接触，规避燃气管道出现电化学反应的腐蚀;阴极保护模式主要就是运用点保护为主，若燃气管道的防腐层出现破损的状况，就能够充分地降低燃气管道出现腐蚀的速度。防腐层外加上阴极的保护模式，能够对燃气管道进行双重的保护，从而有效地保障埋地的燃气管道具有较强的抗腐蚀效果。

    二、在不同状况下管道对阴极保护产生的影响

    （一）套管和管道无电解质

    阴极保护电流通路主要包含离子通路、土壤、电子通路（导线）。在离子通路中，阴极保护中传统电流的流向是从套管到管道，电流最后会通过土壤穿过防腐层，从而作用于到管道的表面。若管道的两端都被堵死，密封性相对较好的时候，外接土壤内的水，泥土等都不会进入到主管道和管道之间，这个时候主管道与管道之间就会形成较强的空气层，阴极保护电流没有办法穿过空气层直接接触到埋地燃气管道的表面，这个位置的管道将不会受到阴极保护的作用，也就是属于阴极保护中屏蔽的区域。被屏蔽的区域内，埋地燃气管道会直接与较为湿润的空气进行接触，出现大气的腐蚀状况。但是，套管外部的管道电流则是可以穿过防腐层抑或是出现破损的地点进入到管道的表面，而被阴极进行保护。

    （二）套管和管道间有电解质

    在对套管进行施工的过程中，管道与套管的两端在进行封堵的时候，有的时候不可能达到完全密封的状态，导致在水环境和潮湿土壤环境的作用之下，套管和管道之间就会进入水分，这样的水分具有较强的腐蚀性，水分的进入会导致埋地燃气管道会出现两个层面的影响：第一，降低了管道与套管间的电阻，在很大的程度上会减缓高电阻，能够带来的阴极保护短路出现屏蔽的效应，促使阴极保护的电流可以通过套管，到达管道的表面，管道就会受到显著的阴极保护。第二，套管内的表层，没有防腐层，导致腐蚀环境直接与燃气管道进行接触，若是管道没有采取一定的保护措施，管道的内壁在腐蚀物质的作用之下出现腐蚀的状况，管道在外力影响的作用下，会存在应力腐蚀以及腐蚀失效的风险性。

    三、阴极保护电流屏蔽

    针对于埋地燃气管道穿过铁路与公路的时候，必须要严格的按照施工设计进行施工。在施工的过程中，必须要在燃气的管道上加设管套，还需要在主管和管道之间运用绝缘支架加以支撑，管道的两端运用柔性较强的防腐材料进行封堵，从而规避地下的水，进入到管道之中，导致主管道与管道发生腐蚀。对管道的防腐状况进行检测的过程中发现，只是一味地严格按照施工的规范进行管道的施工，不能够较好地规避管道出现腐蚀的状况，而且越是被加设管道的地点，主管道出现腐蚀状况就会更加的严重。对此相关的技术人员，要经过对资料的查阅，以及将专家聘请到实地进行勘察，最终找出问题出现的原因。管道内部的主管道可以有效得到阴极保护的必要条件就是：套管和主管道之间存在导电的介质，由于严格地按照施工的流程进行施工，导致主管道和管道之间的导电介质就是空气，但是由于管道两端被密封好，地下水不能够进入空气，就不会进行导电，导致其中没有导电的介质。虽然主管道被加设了阴极的保护，但是阴极保护的电流会受到空气层的阻断，被全部屏蔽，根本就不能够起到什么样的作用，这就是对埋地燃气管道阴极保护，电流出现了屏蔽的状况。加之，主管道穿越管套进行施工的过程中，由于受到人工拽、拖等用力操作经常会导致主管道防腐层被破坏，若是相关的操作人员没有在第一时间发现被破坏的防腐层，将其投入到使用之后，虽然主管道被加设了阴极保护的相关装置，但是由于套管会对阴极保护的电流进行屏蔽，导致阴极保护不能够起到任何的作用，这样管道之中的主管道破损地点就会出现腐蚀自然氧化的状况，一旦技术人员没有发现就会导致腐蚀以及自然氧化的状况蔓延，情况越来越严重[2]。

    四、针对阴极保护的电流屏蔽相关解决方案

    （1）针对于不可以规避运用管套的时候，可以在管套的内部运用局部阴极保护模式，也是一个较为有效的方法。具体的做法有：在管道之中的主管道上面缠绕上镁阳极、锌阳极抑或是安装镯式的阳极。

    （2）若不可以规避运用套管的时候，在套管的两端可以不必对其进行密封处理，运用防水的材料，仅仅需要在套管和主管道之间填充上较为柔软的材料，规避砂石进入到防腐层之中，对管道进行破坏即可。由于管套之中出现泥土或是水的时候，就可以起到电解质作用，阴极保护电流运用介质产生回路，不会被其他因素所屏蔽。套管可以当作是土壤介质内的一个部分，阴极保护电流会从套管之外的外壁也流入其中，从套管的内壁之中流出，而后再从主管道的外壁流入进来，从而主管道会受到很好的阴极保护作用。若主管道与套管之间具有特定性质的电解物质，导电性能将会更好，主管道的阴极保护作用将会发挥出其最大的效果。

    五、结语

    综上所述，相关的技术人员必须要对阴极保护的套管相关的屏蔽问题进行重视，在对阴极保护进行设计的过程中，需要对其进行多因素的考虑，选择最科学、合理的防腐控制措施，从而有效地保障埋设燃气管道具有较强的抗腐蚀性，从而为日后的防腐工作探明道路，能为燃气管道能够安全地运行打下夯实的基础。

    参考文献：

    [1]季廷伟，王树立，刘波，陈玉，赵书华.套管对埋地金属管道阴极保护电位影响的数值模拟[J].腐蚀与防护，2018，39（01）：71-77+83.

    [2]伏喜斌.埋地燃气钢质管道顶管段非开挖检验技术研究[J].管道技术与设备，2017（06）：38-40+43.

    作者简介：杜志波（1986— ），男，汉族，四川金堂人，本科，中级工程师，研究方向：油气储运、城镇燃气。