摘要：

    管道穿越公路、鐵路時(shí)，基于業(yè)主單位對(duì)地基結(jié)構(gòu)的要求，一般情況下，需要安裝金屬套管。金屬套管對(duì)管道的陰極保護(hù)將產(chǎn)生不利的影響，而目前普遍采用的套管內(nèi)安裝犧牲陽(yáng)極的做法也存在一定的局限性。本文就套管對(duì)陰極保護(hù)的影響以及套管內(nèi)安裝犧牲陽(yáng)極的局限性進(jìn)行了論述，希望引起廣大陰極保護(hù)工作者的關(guān)注。

    一、陰極保護(hù)的原理

    將金屬放入電解質(zhì)后，由于金屬中帶有大量的電子，而電子又對(duì)水中的氫離子產(chǎn)生吸引作用，因此，將在金屬表面形成雙電層。受金屬結(jié)構(gòu)的差異以及所處環(huán)境條件的影響，金屬的不同部位，相對(duì)于同一參比電極的電位是不同的，如圖 1。由于金屬表面各點(diǎn)的電位不同，造成金屬內(nèi)部電子的流動(dòng)，失去電子的部位，鐵離子與電解質(zhì)中的其他陰離子發(fā)生反應(yīng)，生成腐蝕產(chǎn)物，如 Fe（OH） 2 , 發(fā)生腐蝕。

    陰極保護(hù)是利用電位更低的金屬或通過外加電流的方式，迫使金屬表面的電位降低到同一值，消除金屬表面各點(diǎn)的電位差，因而達(dá)到阻止電子流動(dòng)、防止腐蝕的目的。由于金屬相對(duì)于周圍的電解質(zhì)電位較低，電流從電解質(zhì)中流向金屬，所以，帶正電的鐵離子不會(huì)離開金屬進(jìn)入到溶液中去，腐蝕就停止了。如圖 2。陰極保護(hù)的關(guān)鍵是保證電流要從電解質(zhì)中流到被保護(hù)結(jié)構(gòu)上。

    二、鋼套管對(duì)陰極保護(hù)電流的屏蔽

    對(duì)于長(zhǎng)輸管道，大多數(shù)采用外加電流陰極保護(hù)。在套管穿越處，一般采用鋼套管，其防腐質(zhì)量一般很差，或穿越時(shí)損壞很嚴(yán)重。由于套管與主管道之間的空隙，阻礙了外加電流的流動(dòng)，不能到達(dá)套管內(nèi)主管道表面，也就是說，陰極保護(hù)電流受到屏蔽。目前，普遍做法是在套管內(nèi)安裝犧牲陽(yáng)極，并將套管兩端密封，防止土壤、水分進(jìn)入套管，而這種方式也有一定的弊端。以下，就套管與主管道短路、沒短路兩種情況進(jìn)行分析。

    1.套管與主管道沒有短路

    1） 套管內(nèi)沒有進(jìn)水或沒有土壤：

    外加陰極保護(hù)電流不能到達(dá)主管道表面，如圖 3。管道表面如果有凝析水，安裝在主管道上的犧牲陽(yáng)極會(huì)對(duì)管道起到一些保護(hù)作用，由于凝析水的電阻率很高，其保護(hù)效果還需要進(jìn)一步研究。

    2） 套管內(nèi)進(jìn)水或有土壤

    如果套管內(nèi)進(jìn)水或存在土壤，外加陰極保護(hù)電流穿過套管后通過套管內(nèi)的水、或土壤到達(dá)主管道表面，對(duì)主管道進(jìn)行保護(hù)，如圖 4。套管內(nèi)壁受到腐蝕，外壁受到保護(hù)。套管內(nèi)部安裝的犧牲陽(yáng)極相當(dāng)于主管道防腐層的一個(gè)漏點(diǎn)，將消耗部分外加陰極保護(hù)電流，根據(jù)套管內(nèi)所安裝的犧牲陽(yáng)極性能的不同以及套管穿越處與管道陰極保護(hù)站距離的不同，所散失的電流大小會(huì)有所不同。嚴(yán)重時(shí)，將影響套管附近管道的陰極保護(hù)。穿越處越是靠近外加陰極保護(hù)站，所選犧牲陽(yáng)極電位越正，其漏電流越多。所以，如果要在套管內(nèi)安裝犧牲陽(yáng)極，也要選擇電位低的陽(yáng)極材料，如鎂陽(yáng)極。目前采用的鋅陽(yáng)極甚至鋁陽(yáng)極，由于其自身電位較高，需要吸收較多的外加陰極保護(hù)電流，對(duì)管道的陰極保護(hù)有害而無益。選擇低電位犧牲陽(yáng)極時(shí)，有可能對(duì)套管內(nèi)的主管道提供一些保護(hù)，但此時(shí)，外加陰極保護(hù)電流也可以透過套管到達(dá)主管道表面，所以，犧牲陽(yáng)極的作用不是必需的。

    2.套管與主管道短路

    受土壤下沉以及管道自身蠕動(dòng)的影響，套管與主管道的短路經(jīng)常發(fā)生。主、套管短路后，相當(dāng)于管道防腐層有一個(gè)巨大的漏點(diǎn)，吸納很大的陰極保護(hù)電流，經(jīng)常會(huì)造成套管附近很長(zhǎng)一段主管道得不到充分保護(hù)，如圖 5。

    1） 套管內(nèi)沒有進(jìn)水或沒有土壤：

    此時(shí)，外加陰極保護(hù)電流到達(dá)套管后，沿套管流動(dòng)并在主、套管短路處匯入主管道。管道表面如果有凝析水，安裝在主管道上的犧牲陽(yáng)極會(huì)起到一些保護(hù)作用，但由于凝析水的電阻率很高，其保護(hù)效果還需要進(jìn)一步研究。

    2） 套管內(nèi)進(jìn)水或有土壤

    此時(shí)，安裝在套管內(nèi)主管道上的犧牲陽(yáng)極會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生保護(hù)作用，但由于套管已經(jīng)與主管道短路，相當(dāng)于一個(gè)整體，犧牲陽(yáng)極也同時(shí)保護(hù)套管內(nèi)壁。如果主管道防腐層漏點(diǎn)和犧牲陽(yáng)極的間距大于犧牲陽(yáng)極和套管的間距，相信，到達(dá)防腐層漏點(diǎn)處的保護(hù)電流會(huì)很小，無法起到保護(hù)作用，大部分陰極保護(hù)電流會(huì)消耗在保護(hù)套管內(nèi)壁上。由于套管內(nèi)壁防腐層很差甚至沒有防腐層，將大量消耗犧牲陽(yáng)極，所以，犧牲陽(yáng)極將很快耗盡，不能達(dá)到預(yù)期的壽命，如圖 6。

    三、結(jié)論

    在套管內(nèi)安裝犧牲陽(yáng)極，不但增加了主、套管短路的機(jī)率，也增加了施工難度，而且，不論主、套管是否短路，其保護(hù)效果都值得懷疑。當(dāng)套管內(nèi)有水、土?xí)r，主、套管沒短路，則外加電流照樣起作用，不需要犧牲陽(yáng)極；主、套管短路時(shí)，犧牲陽(yáng)極大部分作用在套管內(nèi)壁上，很快就消耗盡，達(dá)不到預(yù)期效果。

    綜上所述，建議如下：

    1. 盡量避免采用鋼套管穿越，通過增加主管道壁厚來滿足強(qiáng)度上的要求。

    2. 不采用金屬套管，而代之以混凝土套管。

    3. 如果一定采用鋼套管，則套管內(nèi)不安裝犧牲陽(yáng)極，但加密絕緣墊塊，防止主、套管短路。取消套管兩端的密封頭，允許地下水、土壤進(jìn)入套管，使外加電流陰極保護(hù)對(duì)其起作用。

    4. 套管采用高質(zhì)量涂層，以延長(zhǎng)套管使用壽命。在套管上安裝接地極或在套管兩端保留裸露段，為主管道陰極保護(hù)提供電流通路。套管內(nèi)部用導(dǎo)電介質(zhì)，如石膏粉加膨潤(rùn)土或不導(dǎo)電介質(zhì)等填充，防止套管內(nèi)部干濕交替造成的陰極保護(hù)失效及腐蝕。

    ●  作者簡(jiǎn)介

    李軍，男，1993 年 7 月參加革命工作，防腐專業(yè)工程師。2014 年畢業(yè)于三峽大學(xué)管道儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)。現(xiàn)主要從事原油長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)和防腐工作，2016 年獲得國(guó)際陰保 CP2 證書。從事該專業(yè) 15 年以來，參加過管道儲(chǔ)運(yùn)公司多項(xiàng)長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)專項(xiàng)工程，對(duì)于管道檢測(cè)具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和獨(dú)特的見解，是公司兼職陰極保護(hù)和防腐講師。