3PE防腐管道陰極保護應注意的幾個問題

      按照現行國家標準GB／T 21448—2008《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》規定：“新建管道應采用防腐層加陰極保護的聯合防護措施或其他業已證明有效的腐蝕控制技術”。從上世紀90年代起，我國建設的油氣管道大部分采用較先進的3PE防護涂層。3PE 防護和陰極保護的聯合應用是埋地鋼質管道腐蝕防護普遍采用的一項技術，已在國內數萬公里管道上應用，并取得了顯著效果。根據大量工程和管道后期運行情況分析，筆者認為在3PE防腐管道陰極保護設計施工中應注意以下幾方面的問題。
 陰極保護方法選擇
       油氣管道陰極保護有強制電流法和犧牲陽極法兩種方法。不論何種方法，合理有效的陰極保護系統都可以獲得良好的保護效果，防止腐蝕發生。兩種方法各有優缺點，在實踐中應區別情況使用。選擇陰極保護方法時考慮的主要因素有：管道防腐層性能、工程規模、保護電流大小、環境條件、土壤電阻率、管網現狀、交直流干擾情況、有無經濟方便的電源及工程造價等。 目前的習慣是，強制電流陰極保護主要適用于郊區等地下管網單一地區的油氣主管道或城鎮燃氣環網。犧牲陽極陰極保護主要適用于人口稠密地區和城鎮內各種壓力級制燃氣管道。
 采用絕緣性能優良的3PE防腐層管道需要的陰極保護電流比較小，大量資料表明，強制陰極保護中過負的陰極極化電位會造成電解質更容易滲透防腐層引起陰極剝離，致使防腐層提早失效，而采用犧牲陽極陰極保護則不會出現這種情況，再加上施工和維護成本等因素，在實踐中3PE管道一般采用犧牲陽極陰極保護法，其設計主要按照SY/T 0019—97《埋地鋼質管道犧牲陽極陰極保護設計規范》要求進行。在土壤電阻率特別高，不適宜采用犧牲陽極的地方，建議采用強制電流法。
   套管對陰極保護電流的屏蔽
          穿越公路、鐵路的3PE燃氣管道，按照設計要求 ，施工時要加設套管，并且套管與主管之間要用絕緣的支架支撐，套管兩端用柔性的防水材料封堵，防止地下水進入套管內使主管道發生腐蝕。但通過對管道防腐情況的檢測發現，加設套管并不能阻止管道腐蝕的發生，而且加設套管的管段，主管道發生腐蝕的情況越嚴重。原因是套管內主管道能夠得到有效陰極保護的必要條件是主管道與套管之間存在導電介質，而嚴格按照規范施工的管道，套管與主管道之間設絕緣支架，套管兩端防水密封良好，地下水不能進入，套管與主管道之間的介質是空氣，導致沒有導電介質。主管道雖然加設陰極保護，但陰極保護電流受空氣層阻斷被完全屏蔽，起不到任何作用，這就是套管對陰極保護電流產生了屏蔽。另外，在穿越套管施工時，人工拖、拽等操作往往會破壞主管道的防腐層，如果未及時發現并修補，管道埋地投用后，因為套管對陰極保護電流的屏蔽，陰極保護不起作用，套管內主管道防腐層的破損處會處于自然氧化、腐蝕的狀態，并逐步蔓延。
 解決陰極保護電流屏蔽的方法是：
 （1）穿越公路、鐵路的管道，為控制腐蝕，可以加大壁厚及增加埋深，盡量避免使用套管。
 （2）不可避免使用套管時，可在套管內部采取局部的陰極保護。具體做法是：在套管內的主管道上纏繞鎂陽極帶或鋅陽極帶或安裝鐲式陽極。當主管道外防腐層為3PE防腐時，推薦使用纏繞鎂陽極帶的局部陰極保護。安裝鎂陽極帶時，可采用機械打磨的方法，露出里面的鋼管3～5cm，主管道上開鑿一個合適的焊點，采用電焊、鋁熱焊等焊接方式把鎂陽極帶一端焊接到主管道上，根據不同的管徑按照一定的角度和間距，貼著管道的外壁緊緊纏繞（如圖1所示）。針對不同管徑，鎂陽極帶有不同的纏繞角度：當燃氣管道外徑≤219mm時，鎂陽極帶沿管道外壁等距且與管道軸向成30°角纏繞；當管道外徑為219～377mm時，沿管道外壁等距且與管道軸向成45°角纏繞；當燃氣管道外徑≥377mm時，沿管道外壁等距且與管道軸向成60°角纏繞。鎂陽極帶另一端也要和起點一樣，焊接在主管道上，而且兩個焊點都要做好絕緣防腐。鎂陽極帶纏繞施工完畢，套管兩端應采用柔性的防腐、防水材料密封，并保證密封良好，防止水或其他雜物進入。纏繞鎂陽極帶法的優點是施工簡單方便，缺點是鎂的電位較負，保護年限不是很長。

（3）不可避免加設套管時，還可采取用其他柔軟材料替代防水材料填充套管兩端的辦法，只要能防止沙石等雜物進入即可。因為當套管內有水或泥土存在時，能起到導電介質的作用，陰極保護電流通過介質形成回路，不會被屏蔽。套管可視為土壤介質的一部分，陰極保護電流從套管外壁流入，從套管內壁流出，再從主管道外部流入，主管道將受到很好的陰極保護。如果套管與主管道間有特定性能的電解質物質，導電性能會更好，主管道陰極保護的效果會更好。