廖增建，袁余輝

（1.重慶氣礦鄰水采輸氣作業(yè)區(qū)，四川鄰水 638500；2.重慶氣礦渝北運銷部，重慶 401120）

0 引言

電化學(xué)腐蝕是一種常見的腐蝕現(xiàn)象，陰極保護(hù)是運用電化學(xué)反應(yīng)對埋地金屬采取的一種防護(hù)措施。陰極保護(hù)以及防腐蝕層聯(lián)合保護(hù)都是是常見的腐蝕防護(hù)措施。陰極保護(hù)是系統(tǒng)工程，與多種外部因素緊密聯(lián)系，對天然氣管道穿越段腐蝕控制措施有十分重要的影響。

管道通常指鋼制管道，用于穿越橋梁、道路等特殊地段。由于業(yè)主對地基有結(jié)構(gòu)要求，為確保管道后續(xù)維護(hù)，通常在主管外增設(shè)套管。套管口徑大于主管口徑，為鋼管材質(zhì)，若缺乏絕緣相當(dāng)于缺乏陰極保護(hù)。國內(nèi)普遍采用絕緣措施，施工過程中采用石棉、水泥或者柔性密封材料填塞主管和套管之間的環(huán)狀縫隙，防止?jié)B入地下水，然而這種工藝很難實現(xiàn)主管和套管的絕對密封絕緣。在穿越鐵路、公路、河流等部位需要架設(shè)套管管道，而這些地方發(fā)生腐蝕的情況相比其他地方嚴(yán)重的多，增加金屬套管之后主管道很容易腐蝕，甚至出現(xiàn)穿孔。

根據(jù)天然氣管理局對于所管轄管道的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近年來發(fā)現(xiàn)的較嚴(yán)重的腐蝕穿孔問題中，有40%出現(xiàn)于穿越管涵套管位置。由于涵套管穿越工程涉及多個專業(yè)，設(shè)計過程中往往沒有綜合分析多方面因素，進(jìn)而影響整個陰極保護(hù)的有效性，也為后續(xù)使用埋下安全隱患，甚至給社會帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

1 天然氣管線腐蝕影響因素分析

1.1 自然環(huán)境影響

由于天然氣管線通常為淺埋方式，很容易受到土壤、水分、空氣等自然環(huán)境影響，導(dǎo)致管線產(chǎn)生腐蝕，腐蝕形式主要包括細(xì)菌感染、電流腐蝕以及土壤腐蝕。由土壤構(gòu)造導(dǎo)致的腐蝕為土壤腐蝕，是由膠質(zhì)體、水分、空氣中存在的固、液、氣三種形式影響，配合多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)的鹽分，具有離子導(dǎo)電性能差的特點，加上土壤中含有多種物理和化學(xué)成分形成電化學(xué)反應(yīng)而形成土壤腐蝕。

通常管道外的防腐蝕層能減輕管線腐蝕程度，需要采取較高質(zhì)量的材料，做好管道外層防腐設(shè)計。我國一些成熟天然氣管線采取陰極保護(hù)和防腐蝕覆蓋層的雙重保護(hù)措施，其中，外防腐層是關(guān)鍵。要確保天然氣管道與防腐覆蓋層緊密貼合，避免陰極剝離或出現(xiàn)陰極保護(hù)死區(qū)。一旦出現(xiàn)局部剝離，要及時調(diào)整電極保護(hù)參數(shù)，直到滿足相應(yīng)的天然氣管線防腐蝕要求。

天然氣管道外的防腐蝕層是防止管道腐蝕的重要措施，可看作外界影響因素，而導(dǎo)致管線腐蝕的影響因素是其本身的材料問題。天然氣管線通常采用鋼制螺旋焊管材料，該材料鋼管非金屬成分高，包括磷元素、硫元素等，具有較強(qiáng)的易腐蝕性，同時硅元素、碳元素會導(dǎo)致管道開裂。此外，如果鋼管表面有劃痕或者不平整的問題，將會導(dǎo)致其在使用過程中出現(xiàn)腐蝕斷裂問題。

1.2 涵套管對埋地管道的影響

根據(jù)埋地管道出現(xiàn)腐蝕的保護(hù)原理，通常采用陰極保護(hù)和防腐蝕層雙重保護(hù)。防腐層保護(hù)埋地管道的均勻腐蝕，通過隔絕土壤與管道的直接接觸，避免管道出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕。陰極保護(hù)是以點腐蝕保護(hù)為主，緩解管道防腐層破損時的腐蝕效率。通過采用雙重保護(hù)措施，能夠進(jìn)一步確保管道的防腐蝕性能。

涵套管對陰極保護(hù)的影響分為以下4 種情況：

（1）涵套管與管道絕緣且不存在導(dǎo)電介質(zhì)，涵套管對陰極電流有一定的屏蔽效果，陰極保護(hù)電流對涵套管中介質(zhì)不產(chǎn)生腐蝕作用，無法腐蝕內(nèi)管道。如果管道表面存在凝結(jié)水，涵套管中的管道又安裝有犧牲陽極，凝結(jié)水會增加電阻率，這一保護(hù)措施的效果還需繼續(xù)分析。

（2）若涵套管與管道絕緣間存在導(dǎo)電介質(zhì)，沒有安裝犧牲陽極，并且外部增加了陰極保護(hù)電流，電流穿過涵套管之后可通過管道中的導(dǎo)電介質(zhì)（包括土壤或者水）達(dá)到導(dǎo)管表面，進(jìn)而能夠?qū)?dǎo)管起到保護(hù)作用。導(dǎo)管內(nèi)壁會受到腐蝕，外壁會受到保護(hù)，但涵套管對陰極保護(hù)電流有一定的屏蔽性能，因此涵套管內(nèi)的管道無法充分實現(xiàn)陰極保護(hù)，也會面臨腐蝕的可能。涵套管中安裝高定位犧牲陽極，氧氣會消耗一部分陰極保護(hù)電流，而所消耗的電流值是與套管中犧牲陽極的性能，以及涵套管穿越處與陰極保護(hù)之間的距離有聯(lián)系的。如果所消耗的陰極保護(hù)電流較大，則會影響涵套管周邊管道陰極保護(hù)性能；如果涵套管中所安裝的犧牲陽極電位較低，此時犧牲陽極能夠?qū)坠芄艿榔鸬奖Ｗo(hù)作用。但需要注意的是，外部陰極保護(hù)電流同樣能穿過涵套管到達(dá)導(dǎo)管表面，因此，犧牲陽極所起的作用并不明顯。

（3）若涵套管與管道短路且存在導(dǎo)電介質(zhì)，如果涵套管中沒有安裝犧牲陽極，且涵套管對于陰極保護(hù)電流具有一定屏蔽作用，且僅發(fā)生于管道短路和套管中，并且套管內(nèi)存在導(dǎo)電介質(zhì)，這種情況下涵套管管道會自由腐蝕。如果此時涵套管安裝犧牲陽極，會對管道形成保護(hù)效果，但涵套管與管道短路是作為一個整體，犧牲陽極此時也會保護(hù)涵套管的內(nèi)壁。如果防腐蝕層漏點和犧牲陽極距離大于涵套管與犧牲陽極的距離，到達(dá)防腐蝕層漏點的陰極保護(hù)電流較小，無法起到良好的保護(hù)效果，并且大多數(shù)陰極保護(hù)電流會消耗在涵套管內(nèi)壁上。涵套管的防腐層幾乎不會消耗，全部的犧牲陽極在短時間內(nèi)犧牲，陽極耗盡，無法達(dá)到預(yù)期的使用壽命。

（4）涵套管與管道短路且不存在介質(zhì)，如果管道存在凝結(jié)水，并且涵套管中安裝犧牲陽極，由于存在凝結(jié)水導(dǎo)致電阻率升高，具體的保護(hù)效果還需繼續(xù)分析。

2 涵套管穿越段局部陰極保護(hù)

選擇局部硬件保護(hù)方案。在使用管道時通常采用局部應(yīng)激保護(hù)的方法，對天然氣管道進(jìn)行腐蝕防護(hù)。在設(shè)計方案時可選擇涵套管管道上纏繞鋅陽極或鎂陽極，通常采用纏繞的方式進(jìn)行局部陰極保護(hù)，安裝示意圖如圖1 所示。具體陰極保護(hù)犧牲陽極的用量可以通過其面積進(jìn)行計算獲得。

圖1 犧牲陽極帶的安裝示意

2.1 鎂陽極帶纏繞的保護(hù)方式

在鎂陽極帶安裝過程中，可以使用機(jī)械打磨的方式暴露出部分管道，開鑿焊點，使用電焊、鋁熱焊等多種方式連接管道與鎂陽極，根據(jù)不同管徑的間距、角度，將鎂陽極帶纏繞在管道外部，這兩個焊點需要做好相應(yīng)的絕緣防腐蝕保護(hù)。完成鎂陽極帶纏繞后，涵套管兩端使用柔性防腐蝕材料進(jìn)行密封，以確保良好的密封效果，防止其他雜物進(jìn)入。這種方法操作簡便，但由于鎂電位較負(fù)，后續(xù)保護(hù)時間較短。

2.2 鋅陽極帶纏繞的保護(hù)方法

國內(nèi)鋅陽極帶相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不完善，不同廠家生產(chǎn)的鋅陽極帶類型不同，需根據(jù)涵套管穿越段的情況計算用量。鋅陽極帶纏繞是利用鋅材質(zhì)電位高、使用時間長、具有一定經(jīng)濟(jì)性的特質(zhì)，然而安裝比較困難，材料本身較脆。

2.3 鐲式陽極安裝的局部保護(hù)

利用這種方法能夠獲得一定的使用年限，且操作簡便。該方法使用鋁鎂合金材料的雙半圓環(huán)，每套陽極為兩個半環(huán)，半環(huán)之間使用螺栓連接，緊貼于管道上。電纜焊接于管壁中，做好全套防腐蝕工作。設(shè)計過程中根據(jù)涵套管穿越的實際情況，計算所需要的規(guī)格和用量，確保陽極均勻分布在套管中。

2.4 套管穿越處的防腐蝕處理

部分天然氣套管在江河穿越過程中，如果加設(shè)的波紋管存在導(dǎo)電金屬，需要使管道與金屬絕緣，且不能損壞管道外部的防腐蝕層。對于端部柔性密封類管材，在選擇材質(zhì)時要綜合分析多種因素，完成相應(yīng)的施工設(shè)計要求。管道和涵套管要直而圓，并且在穿越主管段使用高級別的防腐蝕層，如果涵套管中使用局部陰極保護(hù)措施，需要將管道與涵套管隔離，借助絕緣支架保證間距，確保涵套管內(nèi)壁不會與犧牲陽極接觸，以防陽極失效。如果在安裝過程中出現(xiàn)絕緣支架損壞，需及時更換支架。涵套管內(nèi)所有雜物在穿越段之前要清理干凈。

3 天然氣管道腐蝕防護(hù)的其他措施分析

天然氣管道不僅與天然氣安全運輸有關(guān)，還涉及人員生命安全，需要高度重視管道的維護(hù)工作，尤其是管道耐腐蝕保護(hù)，需要進(jìn)行腐蝕檢測，做好陰極保護(hù)改造。還需要強(qiáng)化管道的日常管理，能夠及時發(fā)現(xiàn)腐蝕位置，及時采取措施處理。做好管道的日常維護(hù)工作，首先要根據(jù)天然氣管道防腐要求，構(gòu)建相應(yīng)的防腐管理機(jī)制，除定期抽檢外，重點檢查易腐蝕地段，及時發(fā)現(xiàn)和維修。腐蝕嚴(yán)重時做好全面防護(hù)改造方案，避免出現(xiàn)安全事故，高度重視管道的日常維護(hù)和巡檢。將長輸天然氣管道防護(hù)納入日常生產(chǎn)管理中，強(qiáng)化日常巡檢和維護(hù)力度，將安全隱患遏制于搖籃中。做好管道的防腐蝕工作，增加資金投入，實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，可降低運維成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。由于天然氣管道受到自然環(huán)境影響，材料本身的制約會導(dǎo)致管道出現(xiàn)腐蝕，未來還需進(jìn)一步研發(fā)創(chuàng)新，提高管道的質(zhì)量安全性，提高防腐研發(fā)，提高腐蝕的測量準(zhǔn)確度。

天然氣管道防腐是近年來管道項目建設(shè)的重點、難點，不僅影響天然氣的安全，還涉及生命財產(chǎn)安全，做好天然氣管道的防腐蝕工作，要從多角度上采取多種措施，以延長管道的使用壽命。