摘要：

    管道穿越公路、鐵路時，基于業主單位對地基結構的要求，一般情況下，需要安裝金屬套管。金屬套管對管道的陰極保護將產生不利的影響，而目前普遍采用的套管內安裝犧牲陽極的做法也存在一定的局限性。本文就套管對陰極保護的影響以及套管內安裝犧牲陽極的局限性進行了論述，希望引起廣大陰極保護工作者的關注。

    一、陰極保護的原理

    將金屬放入電解質后，由于金屬中帶有大量的電子，而電子又對水中的氫離子產生吸引作用，因此，將在金屬表面形成雙電層。受金屬結構的差異以及所處環境條件的影響，金屬的不同部位，相對于同一參比電極的電位是不同的，如圖 1。由于金屬表面各點的電位不同，造成金屬內部電子的流動，失去電子的部位，鐵離子與電解質中的其他陰離子發生反應，生成腐蝕產物，如 Fe（OH） 2 , 發生腐蝕。

    陰極保護是利用電位更低的金屬或通過外加電流的方式，迫使金屬表面的電位降低到同一值，消除金屬表面各點的電位差，因而達到阻止電子流動、防止腐蝕的目的。由于金屬相對于周圍的電解質電位較低，電流從電解質中流向金屬，所以，帶正電的鐵離子不會離開金屬進入到溶液中去，腐蝕就停止了。如圖 2。陰極保護的關鍵是保證電流要從電解質中流到被保護結構上。

    二、鋼套管對陰極保護電流的屏蔽

    對于長輸管道，大多數采用外加電流陰極保護。在套管穿越處，一般采用鋼套管，其防腐質量一般很差，或穿越時損壞很嚴重。由于套管與主管道之間的空隙，阻礙了外加電流的流動，不能到達套管內主管道表面，也就是說，陰極保護電流受到屏蔽。目前，普遍做法是在套管內安裝犧牲陽極，并將套管兩端密封，防止土壤、水分進入套管，而這種方式也有一定的弊端。以下，就套管與主管道短路、沒短路兩種情況進行分析。

    1.套管與主管道沒有短路

    1） 套管內沒有進水或沒有土壤：

    外加陰極保護電流不能到達主管道表面，如圖 3。管道表面如果有凝析水，安裝在主管道上的犧牲陽極會對管道起到一些保護作用，由于凝析水的電阻率很高，其保護效果還需要進一步研究。

    2） 套管內進水或有土壤

    如果套管內進水或存在土壤，外加陰極保護電流穿過套管后通過套管內的水、或土壤到達主管道表面，對主管道進行保護，如圖 4。套管內壁受到腐蝕，外壁受到保護。套管內部安裝的犧牲陽極相當于主管道防腐層的一個漏點，將消耗部分外加陰極保護電流，根據套管內所安裝的犧牲陽極性能的不同以及套管穿越處與管道陰極保護站距離的不同，所散失的電流大小會有所不同。嚴重時，將影響套管附近管道的陰極保護。穿越處越是靠近外加陰極保護站，所選犧牲陽極電位越正，其漏電流越多。所以，如果要在套管內安裝犧牲陽極，也要選擇電位低的陽極材料，如鎂陽極。目前采用的鋅陽極甚至鋁陽極，由于其自身電位較高，需要吸收較多的外加陰極保護電流，對管道的陰極保護有害而無益。選擇低電位犧牲陽極時，有可能對套管內的主管道提供一些保護，但此時，外加陰極保護電流也可以透過套管到達主管道表面，所以，犧牲陽極的作用不是必需的。

    2.套管與主管道短路

    受土壤下沉以及管道自身蠕動的影響，套管與主管道的短路經常發生。主、套管短路后，相當于管道防腐層有一個巨大的漏點，吸納很大的陰極保護電流，經常會造成套管附近很長一段主管道得不到充分保護，如圖 5。

    1） 套管內沒有進水或沒有土壤：

    此時，外加陰極保護電流到達套管后，沿套管流動并在主、套管短路處匯入主管道。管道表面如果有凝析水，安裝在主管道上的犧牲陽極會起到一些保護作用，但由于凝析水的電阻率很高，其保護效果還需要進一步研究。

    2） 套管內進水或有土壤

    此時，安裝在套管內主管道上的犧牲陽極會對管道產生保護作用，但由于套管已經與主管道短路，相當于一個整體，犧牲陽極也同時保護套管內壁。如果主管道防腐層漏點和犧牲陽極的間距大于犧牲陽極和套管的間距，相信，到達防腐層漏點處的保護電流會很小，無法起到保護作用，大部分陰極保護電流會消耗在保護套管內壁上。由于套管內壁防腐層很差甚至沒有防腐層，將大量消耗犧牲陽極，所以，犧牲陽極將很快耗盡，不能達到預期的壽命，如圖 6。

    三、結論

    在套管內安裝犧牲陽極，不但增加了主、套管短路的機率，也增加了施工難度，而且，不論主、套管是否短路，其保護效果都值得懷疑。當套管內有水、土時，主、套管沒短路，則外加電流照樣起作用，不需要犧牲陽極；主、套管短路時，犧牲陽極大部分作用在套管內壁上，很快就消耗盡，達不到預期效果。

    綜上所述，建議如下：

    1. 盡量避免采用鋼套管穿越，通過增加主管道壁厚來滿足強度上的要求。

    2. 不采用金屬套管，而代之以混凝土套管。

    3. 如果一定采用鋼套管，則套管內不安裝犧牲陽極，但加密絕緣墊塊，防止主、套管短路。取消套管兩端的密封頭，允許地下水、土壤進入套管，使外加電流陰極保護對其起作用。

    4. 套管采用高質量涂層，以延長套管使用壽命。在套管上安裝接地極或在套管兩端保留裸露段，為主管道陰極保護提供電流通路。套管內部用導電介質，如石膏粉加膨潤土或不導電介質等填充，防止套管內部干濕交替造成的陰極保護失效及腐蝕。

    ●  作者簡介

    李軍，男，1993 年 7 月參加革命工作，防腐專業工程師。2014 年畢業于三峽大學管道儲運專業。現主要從事原油長輸管道陰極保護和防腐工作，2016 年獲得國際陰保 CP2 證書。從事該專業 15 年以來，參加過管道儲運公司多項長輸管道陰極保護專項工程，對于管道檢測具有豐富的實踐經驗和獨特的見解，是公司兼職陰極保護和防腐講師。