,,2, , ,

(1. 常州大學(xué) 石油工程學(xué)院，常州 213016； 2. 江蘇省油氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,常州 213016)

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，能源和交通方面的建設(shè)需求不斷提高，導(dǎo)致油氣管道與越來(lái)越多人類公共走廊交叉穿越，埋地管道在穿越河流、鐵路和公路時(shí)，為了避免外界對(duì)管道的損壞，常采用在套管內(nèi)敷設(shè)管道的方法來(lái)保護(hù)管道[1]。套管內(nèi)主管道排除了第三方和外界作用力的破壞，但由于套管的存在屏蔽了陰極保護(hù)電流，增加了主管道的外部腐蝕概率。2003年7月1日，由大慶至大連輸油管線在穿越沈陽(yáng)市102國(guó)道某路段時(shí)，管道在套管處發(fā)生腐蝕穿孔造成地面冒油事故[2]。2007年12月14日，哥倫比亞海灣運(yùn)輸公司的天然氣管線在德黑拉穿越某公路時(shí)發(fā)生泄漏，造成1輛汽車損毀，1人死亡，1人燒傷。事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)套管內(nèi)主管道是因?yàn)榇髿飧g而導(dǎo)致的管道開裂。根據(jù)美國(guó)DOT數(shù)據(jù)調(diào)查結(jié)果,1984年8月7日至2006年11月8日間，美國(guó)國(guó)內(nèi)管道在套管處發(fā)生11起安全事故[3]。我國(guó)西氣東輸管道干線有5次大型河流穿越，76次中型河流或沖溝穿越，589次穿越公路，34次穿越干線鐵路。由于套管環(huán)境的特殊性，管道正面臨著新的外腐蝕威脅。因此準(zhǔn)確分析套管內(nèi)管道陰極保護(hù)的各影響因素以及其規(guī)律將可能成為確保陰極保護(hù)設(shè)計(jì)合理、保障管道安全長(zhǎng)久運(yùn)行、延長(zhǎng)管道使用壽命的關(guān)鍵技術(shù)。近年來(lái)，隨著電化學(xué)理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬計(jì)算成為了陰極保護(hù)研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。數(shù)值模擬技術(shù)在一定程度上彌補(bǔ)了理論計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)估計(jì)的不足，減少了實(shí)際測(cè)量帶來(lái)的繁重的測(cè)量工作和昂貴的測(cè)量費(fèi)用，通過(guò)數(shù)值計(jì)算能夠得到被保護(hù)體構(gòu)建物表面各個(gè)點(diǎn)的保護(hù)電位和電流密度[4]。杜艷霞[5]、董龍偉[6]、郝宏娜[7]等利用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)長(zhǎng)輸和海底管道陰極保護(hù)有深入的研究，HASSANEIN等[8]采用有限元法模擬了鋼筋混凝土陰極保護(hù)系統(tǒng)中的電流分布，DEGIORGI等[9-12]采用邊界元法模擬了船外側(cè)推進(jìn)器保護(hù)系統(tǒng)的電位分布。套管的存在，使得管道的陰極保護(hù)情況與無(wú)套時(shí)的有區(qū)別，且不同長(zhǎng)度的套管對(duì)套管內(nèi)管道的影響也不一樣。套管的密封性是否良好對(duì)套管內(nèi)管道的陰極保護(hù)有一定的影響。涂層的狀況不僅對(duì)金屬管道的防腐蝕作用有影響，而且與陰極保護(hù)效果也有一定的聯(lián)系。套管內(nèi)犧牲陽(yáng)極對(duì)該段管道陰保的影響也是需要探索的一個(gè)內(nèi)容。本工作利用數(shù)值模擬分析套管內(nèi)管道陰極保護(hù)的各影響因素和保護(hù)狀態(tài)。

1 模型的建立

1.1 數(shù)學(xué)模型和邊界條件

實(shí)際土壤狀況復(fù)雜，為了便于研究埋地金屬套管段管道陰極保護(hù)電位，對(duì)數(shù)學(xué)模型做如下簡(jiǎn)化：土壤中管道所處的周圍介質(zhì)均勻一致，陰極保護(hù)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，陰極保護(hù)電流遵守歐姆定律，土壤介質(zhì)服從電中性原理。

在土壤介質(zhì)中的微元體模型如圖1所示。根據(jù)經(jīng)典電場(chǎng)理論，土壤介質(zhì)遵循歐姆定律，見(jiàn)式(1)。

(1)

式中:Qc為電場(chǎng)中某一邊界流過(guò)的電荷量,C;σ為電導(dǎo)率，S/m;A為邊界區(qū)域的面積，m2;φ為電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)，V;x為單位長(zhǎng)度，m；t為時(shí)間，s。

圖1 電場(chǎng)微元體模型Fig. 1 The electric field infinitesimal body model

當(dāng)所考察微元體內(nèi)部不包含源點(diǎn)和匯點(diǎn)時(shí)，由微元體左側(cè)流入的電荷量和從右側(cè)流出的電荷量相同。由式(1)推導(dǎo)可得土壤電解質(zhì)區(qū)域內(nèi)電位分布滿足如下方程

(2)

即

Δ2?=0

(3)

該方程即為表征陰極保護(hù)電位分布的控制方程。

邊界條件的確定：陽(yáng)極表面，給出固定的陽(yáng)極開路電位。管道表面以及套管內(nèi)外表面，給出涂層所需保護(hù)電流密度。地面絕緣以及套管兩端是否密封，若密封，電流無(wú)法流入，反之，則電流流入。對(duì)土壤下表面以及管道平行方向的地面表面，設(shè)置無(wú)限尺寸。其余邊界條件的電流為零，零電流邊界條件可定義為：φi=0。

基于金屬材料管道的腐蝕與防護(hù)要求，對(duì)管道采用涂層法和陰極保護(hù)，根據(jù)SY/T 0036-2000《埋地鋼制管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)中保護(hù)電流防腐蝕層的選取原則，選定好、中、差涂層的埋地管道保護(hù)電流密度分別為0.01 mA/m2、0.05 mA/m2、0.1 mA/m2。模擬方案是對(duì)多個(gè)試驗(yàn)工況進(jìn)行改變，以尋求其對(duì)管道電位的影響，見(jiàn)表1。

表1 套管模擬工況Tab. 1 Simulation working condition of casing

1.2 物理模型和模型求解

取長(zhǎng)度為2 000 m的管道，管徑為φ610 mm。在管道長(zhǎng)度方向的中間位置設(shè)置犧牲陽(yáng)極，犧牲陽(yáng)極為圓柱體，長(zhǎng)5 m，直徑φ0.2 m。在距離犧牲陽(yáng)極左右各300 m處，分別設(shè)置20 m長(zhǎng)和10 m長(zhǎng)的套管，套管管徑813 mm，壁厚10 mm。套管內(nèi)的鐲式犧牲陽(yáng)極為主半徑0.31 m、小半徑0.05 m的圓環(huán)。土壤區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)方體，尺寸為2 200 m(長(zhǎng))×50 m(寬)×20 m(高)。分別建立套管、管道、陽(yáng)極以及兩端密封模型，而后建立土壤環(huán)境。管道和犧牲陽(yáng)極的埋深都為2 m，且犧牲陽(yáng)極距離管道中心距離為3 m。其中犧牲陽(yáng)極材料選用鋅陽(yáng)極，開路電位為-1.05 V；土壤電阻率取20 Ω·m。

對(duì)所建立的模型進(jìn)行管道陰極保護(hù)電位的計(jì)算和結(jié)果分析，步驟如下：(1) 網(wǎng)格剖分,對(duì)已生成的模型采用自由剖分四面體網(wǎng)格劃分，管道與套管以及陽(yáng)極邊界網(wǎng)格劃分為極端細(xì)化，其他土壤求解域劃分為特別細(xì)化，降低求解成本，網(wǎng)格劃分圖如圖2所示。(2) 求解器設(shè)置,采用穩(wěn)態(tài)求解器進(jìn)行求解，設(shè)置精度要求為小于0.001，如果達(dá)不到精度要求，重新設(shè)置求解器配制參數(shù)，增加迭代次數(shù)，反復(fù)修改，直到求解結(jié)果的精度達(dá)到最終要求。(3) 后處理, 利用軟件自帶的后處理功能獲得后續(xù)對(duì)比分析所需要的數(shù)據(jù)和圖形。

圖2 網(wǎng)格劃分Fig. 2 Meshing

2 結(jié)果與討論

2.1 套管對(duì)管道陰保電位的影響

套管兩端密封，套管內(nèi)部電解質(zhì)電導(dǎo)率為0.5 S/m，管道和套管表面涂層的保護(hù)電流密度都為0.05 mA/m2,有無(wú)套管對(duì)管道陰保電位的影響見(jiàn)圖3。

圖3 套管對(duì)管道陰保電位的影響Fig. 3 The effect of the presence of casing on pipe CP potential

由圖3可見(jiàn)：無(wú)套管時(shí)，管道的陰保電位隨著與犧牲陽(yáng)極間距離的增大而正向偏移，且距離犧牲陽(yáng)極越遠(yuǎn)，偏移趨勢(shì)越平緩。有套管時(shí)，管道的電位整體有一個(gè)微小的偏移，但在套管處，管道的陰保電位正向偏移明顯，可以看出左邊套管處偏移約40 mV，右邊套管處偏移大于100 mV，且右邊套管附近的管道陰保電位偏移比左邊明顯。這表明管道安裝套管后，其陰保電位尤其是套管段會(huì)受到套管的影響，且套管越長(zhǎng)影響越大，這主要是因?yàn)樘坠軐?duì)陰保電流有屏蔽作用，致使陰保電流無(wú)法順利流入管道，且套管越長(zhǎng)，屏蔽作用越明顯。而除套管段的其他位置管道陰保電位的偏移主要是由于套管外表面積大于管道外表面積，而陽(yáng)極所能提供的電容量固定不變，再加上管道和套管表面涂層所需保護(hù)電流密度相等，因此相比于沒(méi)有套管的狀態(tài)，在套管段消耗的保護(hù)電流較多，浪費(fèi)了一部分陰保電流，致使非套管段的管道得到的陰極保護(hù)沒(méi)有之前充足，而產(chǎn)生一個(gè)微小的偏移。所以在穿越工程中，是否需要安裝套管應(yīng)綜合考慮各種因素，滿足不安裝要求的盡量不安裝，盡量縮短套管安裝長(zhǎng)度。

2.2 套管兩端是否密封對(duì)管道陰保電位的影響

套管內(nèi)部電解質(zhì)電導(dǎo)率為0.5 S/m，管道和套管表面涂層保護(hù)電流密度都為0.05 mA/m2,套管兩端是否密封對(duì)管道陰保電位的影響見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)：除套管段管道外，其他部分電位分布一致。套管兩端密封時(shí)，陰保電位的正向偏移量比不密封時(shí)的大很多，這是因?yàn)樵谔坠軆啥瞬幻芊馇覂?nèi)部有電解質(zhì)的情況下，陰極保護(hù)電流能有一部分通過(guò)套管兩端經(jīng)過(guò)內(nèi)部電解質(zhì)到達(dá)內(nèi)部管道外涂層表面，對(duì)管道有一定的陰極保護(hù)作用。但是套管兩端不密封會(huì)導(dǎo)致土壤、地下水、淤泥等進(jìn)入套管內(nèi)，雖然這會(huì)使套管內(nèi)管道的陰極保護(hù)電位偏負(fù)，但其作用較小，而且各種雜質(zhì)使得管道很容易發(fā)生腐蝕，所以保持套管密封性良好是套管處腐蝕防護(hù)的重要前提之一。

由圖5可見(jiàn)：套管密封時(shí)在套管兩端處電位有明顯的變化，表現(xiàn)的是一個(gè)瞬間變化的過(guò)程，而且套管內(nèi)管道電位分布較均勻。而套管不密封時(shí)套管兩端處電位并沒(méi)有特別明顯的變化，表現(xiàn)出的是一個(gè)逐漸變化的過(guò)程，而且相比于密封時(shí)，套管內(nèi)管道電位分布不均勻。這主要是因?yàn)樘坠懿幻芊鈺r(shí)兩端有陰保電流流入，所以在兩端處電位的變化不會(huì)特別明顯，而是越靠近套管中間位置，到達(dá)管道表面的陰保電流就越小。套管密封的情況下，由于套管對(duì)陰極保護(hù)的屏蔽作用相同，所以在套管管道內(nèi)部電位相對(duì)均勻，而套管端部由于套管內(nèi)管道有明顯屏蔽作用，外管道無(wú)屏蔽，所以變化明顯。

圖4 套管兩端是否密封對(duì)管道陰保電位的影響Fig. 4 The effect of casing's tightness on pipe CP potential

(a) 套管兩端密封

(b) 套管兩端不密封圖5 套管處管道陰保電位分布云圖Fig. 5 Nephogram of pipe CP potential distribution on both left and right casing:(a) sealed on both ends of the casing; (b) not sealed on both ends of the casing

2.3 涂層質(zhì)量對(duì)管道陰保電位的影響

2.3.1 套管表面涂層質(zhì)量

套管兩端密封，套管內(nèi)部電解質(zhì)電導(dǎo)率為0.5 S/m，管道涂層保護(hù)電流密度為0.05 mA/m2。套管表面涂層質(zhì)量對(duì)管道陰保電位的影響如圖6所示。由圖6可見(jiàn):套管外表面不同涂層質(zhì)量對(duì)管道陰保電位有較大的影響。當(dāng)套管表面涂層的保護(hù)電流密度為0.01 mA/m2，左右套管段管道都沒(méi)有偏移到高于-0.85 V的陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn),處于陰極保護(hù)狀態(tài)。當(dāng)套管表面涂層的保護(hù)電流密度為0.05 mA/m2，右邊套管偏移到高于-0.85 V。當(dāng)套管表面涂層的保護(hù)電流密度為0.1 mA/m2，左右套管段管道都偏移到高于-0.85 V，且右邊套管段管道大部分都不處于陰極保護(hù)狀態(tài)下，最高偏移到-0.72 V。除套管段外的管道其他部分的陰保電位隨著管道涂層質(zhì)量變差，也有微小正向偏移。

圖6 套管表面涂層質(zhì)量對(duì)管道陰保電位的影響Fig. 6 The effect of coating quality of casing outside surface on pipe CP potential

由圖6還可見(jiàn):套管涂層質(zhì)量對(duì)套管段的管道陰保電位是有影響的，隨著套管涂層所需陰保電流的增多，管道的電位變正，這主要是因?yàn)殛?yáng)極所提供的保護(hù)電流無(wú)法改變，套管表面所需保護(hù)電流越多的情況下，穿過(guò)套管和內(nèi)部電解質(zhì)到管道表面的保護(hù)電流越少，管道陰極保護(hù)效果變差。而其他部分管道的陰保電位變化主要是因?yàn)樘坠芡繉淤|(zhì)量越差，其所消耗的陰極保護(hù)電流就越多，致使其他部分管道得到的保護(hù)電流變少，管道陰保電位向正方向偏移。

2.3.2 管道外表面涂層質(zhì)量

套管兩端密封，套管內(nèi)部電解質(zhì)電導(dǎo)率為0.5 S/m，套管表面涂層保護(hù)電流密度為0.05 mA/m2,管道外表面涂層質(zhì)量對(duì)管道陰保電位的影響如圖7所示。由圖7可見(jiàn):管道外表面不同涂層質(zhì)量對(duì)管道陰保電位有很大的影響。當(dāng)管道表面涂層的保護(hù)電流密度為0.01 mA/m2，雖然在套管段管道也有正向偏移,但管道整體都處于陰極保護(hù)狀態(tài)下。當(dāng)管道表面涂層的保護(hù)電流密度為0.05 mA/m2，右邊套管段管道電位偏移到高于-0.85 V，且管道整體電位相對(duì)好涂層時(shí)偏移量較大。當(dāng)管道表面涂層的保護(hù)電流密度為0.1 mA/m2，只有大約300 m的管道處于陰極保護(hù)狀態(tài)下，而且套管段管道的正向偏移量最大，右套管段管道陰保電位正向偏移大約200 mV。

圖7 管道表面涂層質(zhì)量對(duì)管道陰保電位的影響Fig. 7 The effect of coating quality of pipe on pipe CP potential

產(chǎn)生圖7結(jié)果的原因主要是涂層質(zhì)量變差時(shí)，管道所需的陰保電流就越多，但由于陽(yáng)極所提供的保護(hù)電流無(wú)法改變，所以致使管道的極化電位就朝著正方向移動(dòng)，陰極保護(hù)效果減弱。所以當(dāng)管道涂層變差時(shí)，采用陰極保護(hù)就不合理。犧牲陽(yáng)極法陰極保護(hù)情況下，由于保護(hù)電位固定，所以會(huì)導(dǎo)致極化電位上不去，金屬管道未處在有效的陰保范圍之內(nèi)；強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)時(shí)，則因所需保護(hù)電流過(guò)大，使得對(duì)管道進(jìn)行有效陰極保護(hù)所消耗的電量過(guò)大而不經(jīng)濟(jì)。陰極保護(hù)和涂層保護(hù)結(jié)合的方法中，涂層是第一道屏障，結(jié)合圖7的結(jié)果可以得出采用好涂層對(duì)管道進(jìn)行保護(hù)很重要。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，通常對(duì)套管內(nèi)管道涂層采取加強(qiáng)級(jí)防護(hù)，一方面可以減少管道在穿越過(guò)程中被巖石劃損，另一方面防止套管內(nèi)發(fā)生大氣腐蝕、液/固相腐蝕，同時(shí)保證管道在有效的陰極保護(hù)范圍之內(nèi)。

2.4 套管內(nèi)電解質(zhì)對(duì)管道陰保電位的影響

套管兩端密封，套管表面和管道外表面涂層保護(hù)電流密度為0.05 mA/m2，套管內(nèi)部電解質(zhì)電導(dǎo)率分別為0.5,1,2 S/m時(shí)，套管內(nèi)電解質(zhì)對(duì)管道陰保電位的影響如圖8所示。由圖8可見(jiàn)：套管段管道電位正向偏移量越小，套管外部的管道電位保持不變。

圖8 環(huán)形空間內(nèi)電解質(zhì)對(duì)管道陰保電位的影響Fig. 8 The effect of electrolyte inside casing on pipe CP potential

以上結(jié)果說(shuō)明套管內(nèi)部電解質(zhì)電導(dǎo)率的大小對(duì)該管段管道的陰保電位有一定的影響。內(nèi)部電解質(zhì)的電導(dǎo)率越大，管道正向偏移越小，這主要是因?yàn)樘坠軆啥嗣芊鈺r(shí)，陰極保護(hù)電流進(jìn)入管道的唯一通道是通過(guò)套管內(nèi)外壁面和內(nèi)部電解質(zhì)到達(dá)管道外表面，所以此時(shí)電解質(zhì)電導(dǎo)率的大小表示對(duì)陰保電流傳輸能力的強(qiáng)弱。在實(shí)際工程中可以通過(guò)在套管環(huán)形空間內(nèi)填充電解質(zhì)來(lái)解決套管段陰極保護(hù)屏蔽問(wèn)題，選電解質(zhì)材料時(shí)電解質(zhì)電導(dǎo)率是需要考慮的主要因素之一。

2.5 套管內(nèi)是否安裝犧牲陽(yáng)極對(duì)管道陰保電位的影響

套管表面和管道外表面涂層保護(hù)電流密度為0.05 mA/m2，套管內(nèi)部電解質(zhì)電導(dǎo)率為0.5 S/m,套管兩端密封和不密封時(shí)在套管內(nèi)安裝犧牲陽(yáng)極對(duì)管道陰保電位的影響如圖9所示。由圖9可見(jiàn):無(wú)論套管是否密封，在左右套管處安裝犧牲陽(yáng)極后，該段的管道陰保電位不僅沒(méi)有正向偏移，反而負(fù)向偏移到峰值-1.05 V，完全處在陰極保護(hù)范圍內(nèi)。由圖9還可見(jiàn)：不密封套管安裝陽(yáng)極前后，套管外部管道陰保電位的差值和幅值比密封情況下的要大，這主要是因?yàn)樘坠軆?nèi)部犧牲陽(yáng)極發(fā)出的陰保電流可以通過(guò)不密封套管的兩端影響到套管外部管道。同時(shí)可以看出在套管內(nèi)安裝犧牲陽(yáng)極很有必要，它對(duì)該管段的陰極保護(hù)有一定的積極作用。

(a) 密封

(b) 不密封圖9 套管兩端密封時(shí)套管內(nèi)安裝犧牲陽(yáng)極對(duì)管道陰保電位的影響Fig. 9 The effect of sacrificial anode inside casing on pipe CP potential when casing was sealed (a) or not sealed (b) on both ends

套管內(nèi)安裝犧牲陽(yáng)極時(shí)左右套管處管道陰保電位分布云圖如圖10所示。通過(guò)左右套管段處安裝犧牲陽(yáng)極情況下管道陰保電位的云圖對(duì)比可以看出，套管密封時(shí)在套管兩端處電位有明顯的變化，表現(xiàn)的是一個(gè)瞬間變化的過(guò)程，而且套管內(nèi)管道陰保電位分布較均勻。而套管不密封時(shí)套管兩端處電位并沒(méi)有一個(gè)特別明顯的變化，表現(xiàn)的是一個(gè)逐漸變化的過(guò)程，而且相比于密封時(shí)，套管內(nèi)管道電位分布不均勻。這主要是因?yàn)樘坠懿幻芊鈺r(shí)套管內(nèi)犧牲陽(yáng)極對(duì)套管外管道也有一定的保護(hù)作用，所以在兩端處電位的變化不會(huì)特別明顯，而是越靠近套管中間位置，到達(dá)管道表面的陰保電流就越小。套管密封的情況下，由于套管內(nèi)犧牲陽(yáng)極只作用于套管內(nèi)管道，所以在套管管道內(nèi)部電位相對(duì)均勻，而套管端部由于套管內(nèi)犧牲陽(yáng)極作用明顯，套管的屏蔽和兩端絕緣性使得它不作用于套管外部管道，所以變化明顯。

2.6 套管內(nèi)外管道涂層缺陷點(diǎn)對(duì)管道陰保電位的影響

在密封套管未安裝犧牲陽(yáng)極的幾何模型基礎(chǔ)上，在套管內(nèi)外分別制造4個(gè)半徑為0.1 m，深度為0.02 m的涂層缺陷點(diǎn)。為了探討在陰極保護(hù)下套管段管道和非套管段管道表面產(chǎn)生涂層缺陷點(diǎn)的情況對(duì)管道陰保電位的影響，在左邊套管內(nèi)，制造2個(gè)距套管兩端2 m的缺陷點(diǎn)，在右邊套管內(nèi)、外，分別制造2個(gè)距套管兩端4 m的缺陷點(diǎn)，其他邊界條件不變，分別模擬管道無(wú)缺陷點(diǎn)和缺陷點(diǎn)處電流密度為1 mA/m2、10 mA/m2時(shí)管道的陰保電位，結(jié)果如圖11所示。由圖11可見(jiàn):在陰極保護(hù)的作用下，套管外管道的缺陷點(diǎn)對(duì)管道陰保電位幾乎沒(méi)有影響,但在套管內(nèi)部，缺陷點(diǎn)的存在使得管道陰保電位正向偏移嚴(yán)重，導(dǎo)致套管內(nèi)管道大部分都不處于陰極保護(hù)狀態(tài)之下，且缺陷點(diǎn)處保護(hù)電流密度越大，即涂層缺陷越嚴(yán)重，管道正向偏移量越大。產(chǎn)生這一結(jié)果的主要原因是套管對(duì)陰保電流的屏蔽作用，導(dǎo)致套管內(nèi)部產(chǎn)生缺陷點(diǎn)時(shí)，不能得到充足的陰保電流，且缺陷點(diǎn)所需保護(hù)電流密度相對(duì)管道其他部分大的多，其所消耗的到套管內(nèi)管道表面的少量電流使得套管內(nèi)管道其他部分電位也正向偏移，而且，涂層缺陷越嚴(yán)重，偏移越大。

(a) 套管兩端密封

(b) 套管兩端不密封圖10 套管內(nèi)安裝犧牲陽(yáng)極時(shí)左右套管處管道陰保電位分布云圖Fig. 10 Nephogram of pipe CP potential distribution on both left and right casing with sacrificial anode inside casing:(a) sealed on both ends of the casing; (b) not sealed on both ends of the casing

圖11 套管內(nèi)外管道涂層缺陷點(diǎn)對(duì)管道電位的影響Fig. 11 The effect of outside and inside casing pipe coating holidays on pipe CP potential

在工程檢測(cè)中，理論上可以通過(guò)DCVG(直流電壓梯度儀)和CIPS(密間隔電位梯度儀)檢測(cè)到涂層缺陷點(diǎn)，但要滿足缺陷點(diǎn)處的電位變化差值足夠大，其一需要排除套管的屏蔽反饋到地表面，其二需要克服電流在突然中的IR降。所以套管內(nèi)缺陷點(diǎn)不僅危害大而且難檢測(cè)，在工程上對(duì)套管內(nèi)管道涂層需要采取加強(qiáng)級(jí)保護(hù)，盡量避免產(chǎn)生缺陷點(diǎn)。

3 結(jié)論

(1) 套管密封性對(duì)管道陰保電位有較大影響。雖然套管在不密封情況下,由于陰保電流能通過(guò)套管兩端進(jìn)入套管內(nèi)管道，對(duì)陰極保護(hù)有一定促進(jìn)作用，但是其作用較小，套管不密封時(shí)土壤、地下水、淤泥等雜質(zhì)容易進(jìn)入套管內(nèi)使管道更容易發(fā)生腐蝕，所以套管兩端密封性良好是套管內(nèi)管道防腐蝕的重要前提。

(2) 套管表面和套管內(nèi)管道的涂層質(zhì)量對(duì)管道陰保電位有較大影響。涂層質(zhì)量越好，陰保電位就越負(fù)，管道所需的陰保電流就越少，強(qiáng)制電流法則所耗的電能越少，犧牲陽(yáng)極則使用壽命就越長(zhǎng)。因此在現(xiàn)場(chǎng)施工中，有必要對(duì)套管內(nèi)管道涂層采取加強(qiáng)級(jí)防護(hù)。

(3) 套管內(nèi)電解質(zhì)電導(dǎo)率的大小對(duì)管道陰保電位有一定的影響。內(nèi)部電解質(zhì)的電導(dǎo)率越大，管道的保護(hù)電位就越負(fù)，因此在套管內(nèi)充滿電解質(zhì)情況下對(duì)電解質(zhì)材料的研究需要重點(diǎn)考慮電解質(zhì)材料的電導(dǎo)率良好，以保證套管內(nèi)管道能得到足夠的陰極保護(hù)作用。

(4) 套管內(nèi)安裝犧牲陽(yáng)極對(duì)該特殊管段的陰極保護(hù)有積極的作用。套管內(nèi)管道由于陰保電流被屏蔽，所以內(nèi)部安裝犧牲陽(yáng)極有利于實(shí)現(xiàn)該特殊段的陰保電位，達(dá)到陰保的效果，而且在安裝犧牲陽(yáng)極的同時(shí),為了保證套管內(nèi)犧牲陽(yáng)極使用壽命，保證套管密封性良好很重要。

(5) 當(dāng)套管內(nèi)外管道有涂層缺陷點(diǎn)時(shí)，套管內(nèi)管道涂層的缺陷對(duì)管道陰保電位影響極大，且涂層缺陷越嚴(yán)重，管道陰保電位正向偏移越大。管內(nèi)缺陷點(diǎn)不僅危害大而且難檢測(cè)，所以在工程上對(duì)套管內(nèi)管道涂層需要采取加強(qiáng)級(jí)保護(hù)，盡量避免產(chǎn)生缺陷點(diǎn)。

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