套管對埋地鋼管陰極保護的屏蔽及改進

1 前言

　　地下鋼質(zhì)輸油、輸氣管道經(jīng)過溝渠、道路、橋梁等特殊地段時，為保護管道及便于日后維修，往往在主管的外面增設(shè)—層套管，套管通常是—段比主管口徑稍大一些的鋼管。按規(guī)范要求，施工時套管兩端與主管之間的環(huán)狀縫隙要用油麻絲填塞后，用瀝青嚴(yán)格密封，防止地下水的滲入。在實際操作過程中，完全的密封很難達到和長期保持。雨季時從裂紋滲入的地下水，旱季時無法流出，滯留在套管內(nèi)，形成腐蝕環(huán)境。由于屏蔽效應(yīng)，套管內(nèi)的主管又無法得到犧牲陽極的有效保護，結(jié)果導(dǎo)致主管受到嚴(yán)重腐蝕。

2 陰極保護試驗

　　為探索犧牲陽極對埋地套管內(nèi)主管的保護效果，我們設(shè)計了如下試驗，以測試套管對陰極保護電流的屏蔽情況，及套管內(nèi)主管的防腐層出現(xiàn)破損點時陰極保護電流的分布。

2．1試驗條件

圖1試驗裝置示意圖

　　試驗主管長2．5m，規(guī)格為Ф38x3．5，外防腐層采用防銹底漆加兩層聚乙烯膠帶。主管兩端封堵，其中一端通過導(dǎo)線，連接一支4kg的鎂合金犧牲陽極，陽極塊離主管間距5m。焊點做好防腐處理，犧牲陽極與主管的連線之間串接一個微安電流表。套管長2m，規(guī)格為Ф57x3．5，外有防腐層。進行有套管試驗時，將套管均衡套在主管外，兩端環(huán)隙用防腐膠帶包好。用水做管道周圍的介質(zhì)。試驗裝置示意如圖1。

2．2試驗內(nèi)容與方法

　　(1)主管防腐層完好，無套管、套管兩端不密封、套管兩端密封三種情況下，主管陰極保護總電流變化。試驗方法：主管不加套管放入水中，讀取電流讀數(shù)：再把套管加上讀取電流讀數(shù)，將套管兩端密封后讀取電流讀數(shù)。

　　(2)主管防腐層完好，無套管、套管兩端不密封兩種情況下，主管陰極保護電位分布(每隔0．20m測量一個陰極保護電位值)。試驗方法：將萬用表的負極與主管的一端連接并包好防止漏電，正極接一支參比電極(Cu／CuSO4)，從主管的一端起在主管上每隔0．20m測量一個保護電位值；再將套管加上，把參比電極放入主管和套管之間，從主管的一端起在主管上每隔0．20m測量一個保護電位值。

　　(3)主管防腐層破損，無套管、套管兩端不密封、套管兩端密封三種情況下，主管陰極保護總電流變化。試驗方法：在主管中間部位，人為制造一個10mm2的防腐層破損。主管不加套管放入水中，讀取電流讀數(shù)：再把套管加上讀取電流讀數(shù)：將套管兩端密封后讀取電流讀數(shù)。

　　(4)主管防腐層破損，無套管、套管兩端不密封兩種情況下，主管陰極保護電位分布(每隔0．20m測量一個陰極保護電位值)。試驗方法：將萬用表的負極與主管的一端連接并包好防止漏電，正極接一支參比電極(Cu／CuSO4)，從主管的一端起在主管上每隔0．20m測量一個保護電位值：再將套管加上，把參比電極放入主管和套管之間，從主管的一端起在主管上每隔0．20m測量一個保護電位值。

2．3試驗結(jié)果

　　(1)陰極保護總電流試驗結(jié)果見表l。

表1 陰極保護總電流試驗結(jié)果記錄

　　(2)陰極保護電位試驗結(jié)果(見圖2)

圖2套管不同位置陰極保護電位變化曲線

　　圖中曲線為：

　　(a)△一無套管時防腐層完好主管保護電位

　　(b)●一有套管時防腐層完好主管保護電位

　　(c)口一無套管時防腐層有破損點時主管保護電位。

　　(d)■一有套管時防腐層有破損點時主管保護電位。

3　實驗結(jié)果分析

3．1試驗數(shù)據(jù)分析

　　(1)當(dāng)主管的防腐層完好，有套管或無套管陰極保護總電流均很小，主管的陰極保護電位較負，說明陰極保護在發(fā)揮作用。有無套管無區(qū)別，證明套管在試驗條件下對陰極保護電流無影響。

　　(2)當(dāng)主管的防腐層有破損點(位于套管的中部)，有套管或無套管時陰極保護電流都有顯著的增大且增加值—樣，說明增大的陰極保護電流是主管防腐層破損點處產(chǎn)生，陰極保護電流在對防腐層破損點處主管起保護作用。說明主管在試驗條件下外面有無套管對陰極保護總電流增加值無影響。

　　(3)分析主管陰極保護電位測量曲線圖1得知，主管外面有無套管對陰極保護電位分布無顯著的影響。套管內(nèi)主管的防腐層存在破損點時，外面有無套管保護電位分布基本一樣。

　　(4)當(dāng)套管兩端密封與主管之間無導(dǎo)電介質(zhì)存在，套管內(nèi)主管的防腐層有或無破損點，陰極保護總電流沒有變化，說明破損點處沒有得到陰極保護電流保護——即套管對陰極保護電流有屏蔽作用。

3．2理論分析

　　上述試驗結(jié)果說明，套管內(nèi)主管能夠得到陰極保護，是因為主管與套管之間有導(dǎo)電介質(zhì)(水)存在，破損點與陰極保護電源能夠形成一個閉合的導(dǎo)電回路。而當(dāng)套管與主管之間密封中間是空氣介質(zhì)時，由于空氣不導(dǎo)電或?qū)щ娐蕵O小陰極保護電流受空氣層阻斷破損點處就得不到陰極保護，空氣中的氧氣使主管發(fā)生腐蝕，這時套管就產(chǎn)生了屏蔽作用。套管內(nèi)主管能夠得到有效陰極保護的必要條件是主管與套管之間存在導(dǎo)電介質(zhì)，套管內(nèi)主管的防腐層發(fā)生破損時破損點處能夠與陰極保護電源構(gòu)成閉合回路。

4 結(jié)論

　　(1)埋地管道有套管部分，只要主管周圍與套管之間有導(dǎo)電介質(zhì)存在(水或泥土)能夠與陰極保護電源形成一個閉合導(dǎo)電回路，陰極保護電流就能對套管內(nèi)的主管起到保護作用，套管不會產(chǎn)生屏蔽作用，套管長度對陰極保護效果沒有影響。

　　(2)有陰極保護的管道套管部分，套管與主管之間是空氣或兩端實施絕緣密封，當(dāng)套管內(nèi)主管的防腐層出現(xiàn)破損點時，由于破損點處與陰極保護電源形不成一個閉合回路保護電流不能流入破損點，陰極保護就不能發(fā)揮作用——即套管有屏蔽作用。

　　(3)埋入地下的管道有套管部分，在套管施工時根據(jù)情況兩端可不必密封防水，只要在主管與套管之間充填柔軟材料防止沙石進入對防腐層起機械破壞即可，有水進入套管內(nèi)且能夠充滿空隙時陰極保護能夠發(fā)揮有效作用。

　　(4)埋入地下的管道有套管部位，當(dāng)主管埋深較淺套管內(nèi)容易形成鏤空，這時對陰極保護電流具有屏蔽作用，遇到這種情況套管兩端需要密封。