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(shí)，為保護(hù)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(shí)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(shí)際操作過程中，完全的密封很難達(dá)到和長(zhǎng)期保持。雨季時(shí)從裂紋滲入的地下水，旱季時(shí)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(hù)，結(jié)果導(dǎo)致主管受到嚴(yán)重腐蝕。
2 陰極保護(hù)試驗(yàn)
為探索犧牲陽極對(duì)埋地套管內(nèi)主管的保護(hù)效果，我們?cè)O(shè)計(jì)了如下試驗(yàn)，以測(cè)試套管對(duì)陰極保護(hù)電流的屏蔽情況，及套管內(nèi)主管的防腐層出現(xiàn)破損點(diǎn)時(shí)陰極保護(hù)電流的分布。
2．1試驗(yàn)條件
圖1試驗(yàn)裝置示意圖
試驗(yàn)主管長(zhǎng)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(diǎn)做好防腐處理，犧牲陽極與主管的連線之間串接一個(gè)微安電流表。套管長(zhǎng)2m，規(guī)格為Ф57x3．5，外有防腐層。進(jìn)行有套管試驗(yàn)時(shí)，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(yàn)裝置示意如圖1。
2．2試驗(yàn)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(hù)總電流變化。試驗(yàn)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(hù)電位分布(每隔0．20m測(cè)量一個(gè)陰極保護(hù)電位值)。試驗(yàn)方法：將萬用表的負(fù)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(cè)量一個(gè)保護(hù)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(cè)量一個(gè)保護(hù)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(hù)總電流變化。試驗(yàn)方法：在主管中間部位，人為制造一個(gè)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(hù)電位分布(每隔0．20m測(cè)量一個(gè)陰極保護(hù)電位值)。試驗(yàn)方法：將萬用表的負(fù)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(cè)量一個(gè)保護(hù)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(cè)量一個(gè)保護(hù)電位值。
2．3試驗(yàn)結(jié)果
(1)陰極保護(hù)總電流試驗(yàn)結(jié)果見表l。
表1 陰極保護(hù)總電流試驗(yàn)結(jié)果記錄
(2)陰極保護(hù)電位試驗(yàn)結(jié)果
圖2套管不同位置陰極保護(hù)電位變化曲線 圖中曲線為：
(a)△一無套管時(shí)防腐層完好主管保護(hù)電位
(b)●一有套管時(shí)防腐層完好主管保護(hù)電位
(c)口一無套管時(shí)防腐層有破損點(diǎn)時(shí)主管保護(hù)電位。
(d)■一有套管時(shí)防腐層有破損點(diǎn)時(shí)主管保護(hù)電位。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
3．1試驗(yàn)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(hù)總電流均很小，主管的陰極保護(hù)電位較負(fù)，說明陰極保護(hù)在發(fā)揮作用。有無套管無區(qū)別，證明套管在試驗(yàn)條件下對(duì)陰極保護(hù)電流無影響。
(2)當(dāng)主管的防腐層有破損點(diǎn)(位于套管的中部)，有套管或無套管時(shí)陰極保護(hù)電流都有顯著的加大且增加值—樣，說明加大的陰極保護(hù)電流是主管防腐層破損點(diǎn)處產(chǎn)生，陰極保護(hù)電流在對(duì)防腐層破損點(diǎn)處主管起保護(hù)作用。說明主管在試驗(yàn)條件下外面有無套管對(duì)陰極保護(hù)總電流增加值無影響。
(3)分析主管陰極保護(hù)電位測(cè)量曲線圖1得知，主管外面有無套管對(duì)陰極保護(hù)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(diǎn)時(shí)，外面有無套管保護(hù)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(diǎn)，陰極保護(hù)總電流沒有變化，說明破損點(diǎn)處沒有得到陰極保護(hù)電流保護(hù)——即套管對(duì)陰極保護(hù)電流有屏蔽作用。
3．2理論分析
上述試驗(yàn)結(jié)果說明，套管內(nèi)主管能夠得到陰極保護(hù)，是因?yàn)橹鞴芘c套管之間有導(dǎo)電介質(zhì)(水)存在，破損點(diǎn)與陰極保護(hù)電源能夠形成一個(gè)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(shí)，由于空氣不導(dǎo)電或?qū)щ娐蕵O小陰極保護(hù)電流受空氣層阻斷破損點(diǎn)處就得不到陰極保護(hù)，空氣中的氧氣使主管發(fā)生腐蝕，這時(shí)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(hù)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(shí)破損點(diǎn)處能夠與陰極保護(hù)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(hù)電源形成一個(gè)閉合導(dǎo)電回路，陰極保護(hù)電流就能對(duì)套管內(nèi)的主管起到保護(hù)作用，套管不會(huì)產(chǎn)生屏蔽作用，套管長(zhǎng)度對(duì)陰極保護(hù)效果沒有影響。
(2)有陰極保護(hù)的管道套管部分，套管與主管之間是空氣或兩端實(shí)施絕緣密封，當(dāng)套管內(nèi)主管的防腐層出現(xiàn)破損點(diǎn)時(shí)，由于破損點(diǎn)處與陰極保護(hù)電源形不成一個(gè)閉合回路保護(hù)電流不能流入破損點(diǎn)，陰極保護(hù)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(shí)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(jìn)入對(duì)防腐層起機(jī)械破壞即可，有水進(jìn)入套管內(nèi)且能夠充滿空隙時(shí)陰極保護(hù)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(shí)對(duì)陰極保護(hù)電流具有屏蔽作用，遇到這種情況套管兩端需要密封。
