套管对埋地钢管阴极保护的屏蔽及改进

1 前言

　　地下钢质输油、输气管道经过沟渠、道路、桥梁等特殊地段时，为保护管道及便于日后维修，往往在主管的外面增设—层套管，套管通常是—段比主管口径稍大一些的钢管。按规范要求，施工时套管两端与主管之间的环状缝隙要用油麻丝填塞后，用沥青严格密封，防止地下水的渗入。在实际操作过程中，完全的密封很难达到和长期保持。雨季时从裂纹渗入的地下水，旱季时无法流出，滞留在套管内，形成腐蚀环境。由于屏蔽效应，套管内的主管又无法得到牺牲阳极的有效保护，结果导致主管受到严重腐蚀。

2 阴极保护试验

　　为探索牺牲阳极对埋地套管内主管的保护效果，我们设计了如下试验，以测试套管对阴极保护电流的屏蔽情况，及套管内主管的防腐层出现破损点时阴极保护电流的分布。

2．1试验条件

图1试验装置示意图

　　试验主管长2．5m，规格为Ф38x3．5，外防腐层采用防锈底漆加两层聚乙烯胶带。主管两端封堵，其中一端通过导线，连接一支4kg的镁合金牺牲阳极，阳极块离主管间距5m。焊点做好防腐处理，牺牲阳极与主管的连线之间串接一个微安电流表。套管长2m，规格为Ф57x3．5，外有防腐层。进行有套管试验时，将套管均衡套在主管外，两端环隙用防腐胶带包好。用水做管道周围的介质。试验装置示意如图1。

2．2试验内容与方法

　　(1)主管防腐层完好，无套管、套管两端不密封、套管两端密封三种情况下，主管阴极保护总电流变化。试验方法：主管不加套管放入水中，读取电流读数：再把套管加上读取电流读数，将套管两端密封后读取电流读数。

　　(2)主管防腐层完好，无套管、套管两端不密封两种情况下，主管阴极保护电位分布(每隔0．20m测量一个阴极保护电位值)。试验方法：将万用表的负极与主管的一端连接并包好防止漏电，正极接一支参比电极(Cu／CuSO4)，从主管的一端起在主管上每隔0．20m测量一个保护电位值；再将套管加上，把参比电极放入主管和套管之间，从主管的一端起在主管上每隔0．20m测量一个保护电位值。

　　(3)主管防腐层破损，无套管、套管两端不密封、套管两端密封三种情况下，主管阴极保护总电流变化。试验方法：在主管中间部位，人为制造一个10mm2的防腐层破损。主管不加套管放入水中，读取电流读数：再把套管加上读取电流读数：将套管两端密封后读取电流读数。

　　(4)主管防腐层破损，无套管、套管两端不密封两种情况下，主管阴极保护电位分布(每隔0．20m测量一个阴极保护电位值)。试验方法：将万用表的负极与主管的一端连接并包好防止漏电，正极接一支参比电极(Cu／CuSO4)，从主管的一端起在主管上每隔0．20m测量一个保护电位值：再将套管加上，把参比电极放入主管和套管之间，从主管的一端起在主管上每隔0．20m测量一个保护电位值。

2．3试验结果

　　(1)阴极保护总电流试验结果见表l。

表1 阴极保护总电流试验结果记录

　　(2)阴极保护电位试验结果(见图2)

图2套管不同位置阴极保护电位变化曲线

　　图中曲线为：

　　(a)△一无套管时防腐层完好主管保护电位

　　(b)●一有套管时防腐层完好主管保护电位

　　(c)口一无套管时防腐层有破损点时主管保护电位。

　　(d)■一有套管时防腐层有破损点时主管保护电位。

3　实验结果分析

3．1试验数据分析

　　(1)当主管的防腐层完好，有套管或无套管阴极保护总电流均很小，主管的阴极保护电位较负，说明阴极保护在发挥作用。有无套管无区别，证明套管在试验条件下对阴极保护电流无影响。

　　(2)当主管的防腐层有破损点(位于套管的中部)，有套管或无套管时阴极保护电流都有显著的增大且增加值—样，说明增大的阴极保护电流是主管防腐层破损点处产生，阴极保护电流在对防腐层破损点处主管起保护作用。说明主管在试验条件下外面有无套管对阴极保护总电流增加值无影响。

　　(3)分析主管阴极保护电位测量曲线图1得知，主管外面有无套管对阴极保护电位分布无显著的影响。套管内主管的防腐层存在破损点时，外面有无套管保护电位分布基本一样。

　　(4)当套管两端密封与主管之间无导电介质存在，套管内主管的防腐层有或无破损点，阴极保护总电流没有变化，说明破损点处没有得到阴极保护电流保护——即套管对阴极保护电流有屏蔽作用。

3．2理论分析

　　上述试验结果说明，套管内主管能够得到阴极保护，是因为主管与套管之间有导电介质(水)存在，破损点与阴极保护电源能够形成一个闭合的导电回路。而当套管与主管之间密封中间是空气介质时，由于空气不导电或导电率极小阴极保护电流受空气层阻断破损点处就得不到阴极保护，空气中的氧气使主管发生腐蚀，这时套管就产生了屏蔽作用。套管内主管能够得到有效阴极保护的必要条件是主管与套管之间存在导电介质，套管内主管的防腐层发生破损时破损点处能够与阴极保护电源构成闭合回路。

4 结论

　　(1)埋地管道有套管部分，只要主管周围与套管之间有导电介质存在(水或泥土)能够与阴极保护电源形成一个闭合导电回路，阴极保护电流就能对套管内的主管起到保护作用，套管不会产生屏蔽作用，套管长度对阴极保护效果没有影响。

　　(2)有阴极保护的管道套管部分，套管与主管之间是空气或两端实施绝缘密封，当套管内主管的防腐层出现破损点时，由于破损点处与阴极保护电源形不成一个闭合回路保护电流不能流入破损点，阴极保护就不能发挥作用——即套管有屏蔽作用。

　　(3)埋入地下的管道有套管部分，在套管施工时根据情况两端可不必密封防水，只要在主管与套管之间充填柔软材料防止沙石进入对防腐层起机械破坏即可，有水进入套管内且能够充满空隙时阴极保护能够发挥有效作用。

　　(4)埋入地下的管道有套管部位，当主管埋深较浅套管内容易形成镂空，这时对阴极保护电流具有屏蔽作用，遇到这种情况套管两端需要密封。