摘　要：分析套管对城镇燃气埋地钢管阴极保护电流产生屏蔽的原因，提出了解决方法。

关键词：阴极保护；  腐蚀控制；  电流屏蔽；  套管

Discussion on Effect of Sleeve on Cathodic Protection Current Shielding of Buried Gas Pipeline

Abstract：The shielding reasons of sleeve on cathodic protection current of city gas buried steel pipeline are analyzed，and the method to solve this problem is presented．

Keywords：cathodic protection；corrosion control；current shieldin9；sleeve

1　概述

现行国家标准GB／T 21448—2008((埋地钢质管道阴极保护技术规范》规定：“新建管道应采用防腐层加阴极保护的联合防护措施或其他业已证明有效的腐蚀控制技术”。淄博绿博燃气有限公司天然气主管道的防腐即采用3PE防腐层外加牺牲阳极阴极保护的腐蚀控制措施。该主管道自2002年投入运行以来，一直安全运行。随着该管道投用年限的逐渐增加，为及时掌握埋地管道的腐蚀情况，排除安全隐患，近几年公司生产运行部每年都对在役埋地管道的防腐情况进行检测。几年来的检测证明，采取防腐层辅以阴极保护的腐蚀控制措施，总体来说效果很好，埋地钢管得到了有效的保护，但在每年的检测中都会发现管道发生腐蚀、锈蚀的情况。我们对埋地管道的腐蚀情况进行了记录、整理、分析，发现在穿越公路、铁路等加设套管的地方，天然气主管道发生腐蚀的情况比其他地方严重。本文针对加设套管后主管道反而易发生腐蚀的情况进行探讨。

2　管道腐蚀原理及阴极保护原理

2.1　管道腐蚀原理

金属腐蚀分为化学腐蚀和电化腐蚀，电化腐蚀是我们常见的腐蚀类型，又分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。无论析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，其本质是金属与接触到的气体或液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。埋地钢管周围的土壤被空气和水填充，土壤中含有一定量的可溶性盐，与土壤中的水一起，使土壤具有了一定的导电性，形成电解质溶液；再加上土壤和钢材本身的电化学不均匀性，这就构成了腐蚀原电池的条件^[1]。埋地钢管铁原子失去电子发生氧化反应，变成铁离子，具体析氢腐蚀、吸氧腐蚀反应原理如下：

析氢腐蚀的阳极反应：

Fe-2e^-9Fe²⁺

析氢腐蚀的阴极反应：

2H⁺+2e^-9H2­

析氢腐蚀的总反应方程式：

Fe+2H⁺9Fe²⁺+H2­

吸氧腐蚀的阳极反应：

Fe-2e^-9Fe²⁺

吸氧腐蚀的阴极反应：

2H2O+O2+4e^-94OH^-

吸氧腐蚀的总反应方程式：

2Fe+2H2O+O292Fe(OH)2

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3

2.2　阴极保护原理

阴极保护分牺牲阳极阴极保护法和外加电流阴极保护法。绿博公司主管道采用的是牺牲阳极阴极保护法，其原理就是原电池的原理，是将一种比铁更活泼的镁阳极与被保护的钢管相连接，通过镁阳极的不断氧化反应，向被保护的钢管提供保护电子，使其获得保护。牺牲阳极阴极保护原理见图l。

阳极的反应方程式：

Mg-2e^-9Mg²⁺

阴极的反应方程式：

2H⁺+2e^-9H2­(析氢腐蚀)

或者2H2O+O2+4e^-94OH^-(吸氧腐蚀)

总反应方程式：Mg+2H⁺9Mg²⁺+H2­

或者2Mg+2H2O+O292Mg(OH)2

埋地钢管防腐采用防腐层外加阴极保护的防护措施，防腐层主要是针对埋地管道均匀腐蚀，主要作用是隔绝钢管和土壤的接触，避免钢管电化学腐蚀；阴极保护则主要以点保护为主，当钢管防腐层漏损时，能充分减缓钢管的腐蚀速度^[1]。防腐层外加阴极保护的双重保护，有力地保证了埋地钢管的防腐蚀效果。

3　阴极保护电流的屏蔽

穿越公路、铁路的燃气管道按照设计要求，施工时要加设套管，并且套管与主管之间要用绝缘的支架支撑，套管两端用柔性的防水材料封堵，防止地下水进入套管内使主管道发生腐蚀。在对管道防腐情况的检测中我们发现，严格按照规范要求施工的管道，并不能阻止管道腐蚀的发生，并且越是加设套管的地方，主管道发生腐蚀的情况越严重。为了查明原因，根据检测情况，我们有针对性地挖出几处腐蚀严重的地方，通过查阅相关资料，并聘请专家现场实地踏勘、分析，终于弄清了问题的症结。套管内主管道能够得到有效阴极保护的必要条件是主管道与套管之间存在导电介质，而我们严格按照规范施工的管道，套管与主管道之间设绝缘支架，套管两端防水密封良好，套管与主管道之间的介质是空气，然而正是由于两端密封好，地下水不能进入，空气也不能导电，导致没有导电介质。主管道虽然加设阴极保护，但阴极保护电流受空气层阻断被完全屏蔽，不能起到任何作用，这就是套管对阴极保护电流产生了屏蔽^[2]。另外，主管道在穿越套管施工时，人工拖、拽等操作经常破坏主管道的防腐层，如果我们没有及时发现并修补防腐层，管道埋地投用后，主管道虽然加设了阴极保护装置，但因为套管对阴极保护电流的屏蔽，阴极保护不起作用，这样套管内主管道的破损处会处于自然氧化、腐蚀的状态，进而腐蚀会逐步蔓延，这就是越加设套管的地方，主管道腐蚀越严重的原因。套管对阴极保护电流屏蔽的原理见图2。

4　阴极保护电流屏蔽的解决方案

①穿越公路、铁路的管道，从腐蚀控制的角度，如果埋深足够尽量避免使用套管，可以通过加大壁厚及增加埋深来替代套管穿越方案^[3]。

②不可避免使用套管时，可在套管内部采取局部的阴极保护也是一种很有效的办法。具体做法是：在套管内的主管道上缠绕镁阳极带或锌阳极带或安装镯式阳极^[4]。当主管道外防腐层为3PE防腐时，推荐使用缠绕镁阳极带的局部阴极保护。安装镁阳极带时，可采用机械打磨的方法，露出里面的钢管约3～5cm癌主管道上开凿一个合适的焊点，采用电焊、铝热焊等焊接方式把镁阳极带一端焊接到主管道上，根据不同的管径按照一定的角度和间距，贴着管道的外壁紧紧缠绕。针对不同管径，镁阳极带有不同的缠绕角度：当燃气管道外径≤219mm时，镁阳极带沿管道外壁等距且与管道轴向成30°角缠绕；当燃气管道外径为219～377mm时，沿管道外壁等距且与管道轴向成45°角缠绕；当燃气管道外径≥377mm时，沿管道外壁等距且与管道轴向成600角缠绕^[4]。镁阳极带另一端也要和起点一样，焊接在主管道上，而且两个焊点都要做好绝缘防腐。镁阳极带缠绕施工完毕，套管两端应采用柔性的防腐、防水材料密封，并保证密封良好，防止水或其他杂物的进入。缠绕镁阳极带法的优点是施工简单方便，缺点是镁的电位较负，保护年限不是很长^[4]。带状牺牲阳极的安装见图3。

③不可避免加设套管时，套管两端可不必密封防水材料，只要在主管道与套管之间充填柔软材料防止沙石进入对防腐层起破坏作用即可。因为当套管内有水或泥土存在时，能起到导电介质的作用，阴极保护电流通过介质形成回路，不会被屏蔽。套管可视为土壤介质的一部分，阴极保护电流从套管外壁流入，从套管内壁流出，再从主管道外部流入，主管道将受到很好的阴极保护^[2]。如果套管与主管道间有特定性能的电解质物质，导电性能会更好，主管道阴极保护的效果会更好，其原理见图4。

5　结语

阴极保护中套管对电流的屏蔽问题应该给予足够的重视，设计人员做阴极保护设计时，应充分考虑多重因素对阴极保护的影响，选择正确的腐蚀控制措施。施工人员要严格按照设计要求施工，保证施工质量，只有这样才能保证管道的阴极保护达到预期的效果，为燃气管道的安全运行打下良好的基础。

参考文献：

[1]许俊城，宋新志，陈国华．城市埋地钢制燃气管道腐蚀原因及对策[J]．理化检验：物理分册，2007，43(4)：171-175．

[2]张珂，史国福，宁尚锋，等．钢制套管对埋地管道阴极保护的影响[J]．腐蚀与防护，2007，28(11)：580-582．

[3]李帆，茅斌辉．燃气钢质管道牺牲阳极阴极保护实践[J]．煤气与热力，2010，30(11)：A20-A24．

[4]朴贞花，袁赓，童高田，等．钢制燃气管道的腐蚀与防护[J]．煤气与热力，2005，25(5)：22-23．

本文作者：孙慧洁  王文化

作者单位：淄博绿博燃气有限公司

  淄博绿能燃气工程有限公司