埋地管道阴极保护装置失效原因分析及建议

埋地管道阴极保护装置失效原因分析及
建议
摘要：随着国民经济快速发展，煤改气的推进，我国天然气用量与日俱增，
而天然气的输送主要是管道运输，燃气管道的敷设数量和范围都有了较大的增长，其中有很大一部分管道是埋地钢质管道。

由于管道长期埋在地下，随着使用时间
的增加，在土壤腐蚀、施工等因素影响下，因保护不到位产生腐蚀发生泄漏的可
能性增大，如果未能及时发现，会导致天然气泄漏聚集后爆炸，使经济和社会效
益遭受巨大损失。

对于埋地管道来讲，当前普遍选择阴极保护联合外防腐层的方法，因此阴极保护装置格外重要。

下面，文章就埋地管道阴极保护装置失效原因
分析及建议展开论述。

关键词：埋地管道；阴极保护；装置失效；原因分析；对策建议
引言
由于埋地管道所面对的环境比较潮湿和复杂，因此需要采取合理的保护措施
减少管道腐蚀。

阴极保护是当前埋地管道重要的防护措施，通过以不断促进阴极
保护设施和设备管理质量的提升，彰显出管道保护的具体效益，将金属腐蚀问题
尽可能的规避，促进管道应用期限的延长，提升管道运输的效率。

1阴极保护理论介绍
1.1阴极保护系统原理
“将负电流加到被保护的金属上，再由阴极极化将其从负电势变为稳定电势，可以起到抑制金属腐蚀的作用”。

这是一种叫做阴极保护的方法。

阴极保护是一
种用于控制金属的电化学腐蚀防护。

采用阴极保护体系制成的电池，通过在阳极
上进行氧化还原，可以抑制被保护的金属对阴极的侵蚀。

而阴极防护则是以电化
学腐蚀为基础，发展起来的一种电化学防护技术。

在氯化钠溶液（或土壤）中，
铁会在金属表面发生电化学腐蚀，而在镁阳极和外部电源的作用下，阴极保护装
置可以在一定程度上改变上述反应。

这说明了不同的反应粒子与产物间的物质转
移与转化。

但由于该阴极保护系统是通过牺牲阳极或外部电源来实现的，所以可
以向该金属供给大量的电子（施加期望的负电流），由此使得该金属界面具有负
电势，并能有效地抑制氧化反应。

在此情况下，通过采用牺牲阳极或外部电源，
来达到阴极保护作用，起到抑制金属腐蚀的效果[1]。

1.2阴极保护系统的分类
（1）阴极保护装置，在诸如土壤这样的电解质环境中，牺牲阳极的电势比
被保护的物体具有更大的负电性。

这样，用电连接被保护体后，由于受到腐蚀发
生溶解现象，大量的电子被释放出来并在被保护体的表面形成一个阴极还原反应，阳极溶解情况被有效组织，被保护体得到合理的保护。

本系统具有以下特点：应用领域广泛，尤其适合于中距离、短距离、复杂的
管网；二是由于阳电极的放电电流较低，所以分离的可能性较低；三是随着管线
的铺设，施工工作量较少。

牺牲阳极法阴极保护适用于长距离输油管道阀室保护、管道内外保护等[2]。

（2）强制电流保护，通过采用外源供电，将一定的阴极电流加到被保护体上，使其表面产生足够的电子，从而有效地抑制被保护体的侵蚀。

本系统具有：
一是适合于长输管线、区域性管网保护；二是具有较高的输出电流，成本相对来
讲也比较底；三是具有相对较少的施工工作量，老旧管线可以利用阴极保护起到
一定效果；四是能够在操作过程中进行远程的自动监测和管理。

2基本情况概述
某天然气公司的天然气利用工程高压管线项目于2016年12月投运，该高压
管线在运行检查中发现部分阴极保护装置电位异常现象。

管线的基本情况如下：
该高压管线总长约6500m，管道规格为Ф813*14.3mm，管道材料为L415M，设计
压力为4.0MPa，设计温度为常温，设计介质为天然气，管道敷设方式为埋地，管
道防腐层材料为3PE加强级，管道牺牲阳极系统采用镁合金牺牲阳极。

3试片法测量电位
管道阴极保护电位有效性的评价，主要由断电电位负于-850mV且不负于-
1200mV判断，因此必须准确地测量管道的电位，否则会有可能出现误判的情况。

城镇燃气管道中，由于管道的走向相对来讲比较复杂，管道的分支和规格也比较多，无法形成一个良好的电连续性，面对这种情况通常选择牺牲阳极阴极保护方式。

在进行断电电位测量过程中，需要让所有牺牲阳极同步通断，这样才能消除
IR降的影响，但是实际上所有牺牲阳极同步断开后也会由于管道不同位置的极化
程度不同，电源中断后管道各部位之间的电流仍无法消除，也会给断电电位测量
带来误差。

针对这种情况，可以在管道上进行试片的连接，利用试片来进行管道
上防腐层的破损点模拟，利用试片的断电电位来代表管道的断电电位[3]。

4失效原因分析
对该高压管线的全部12个阴极保护装置进行测量，根据获得的数据发现，
第5个和第11个阴极保护装置虽然管道的通电电位比-850mV更负，但断电电位
不达标，第10个阴极保护装置无法得出测量数据，这3个测点所在的管段处于
欠保护的状态，管道面临腐蚀风险。

同时对该高压管线用PCM+埋地管道外防腐层
状况检测定位仪（GPS和软件）进行防腐层状况不开挖检测，发现有8处破损点。

其中第5个和第11个阴极保护装置失效的原因是运行中管道外防腐层产生
破损，破损点未得到修复，长期存在导致阴极保护电位不达标，管道处于欠保护
的状态；对第10个阴极保护装置进行开挖验证发现该阴极保护装置与管道的焊
接线脱开，失效的主要原因是管线前期建设施工工作不到位。

5检查与维护建议
定期检查测试埋地管道运行的环境较为复杂，为了能及时发现问题，应定期
进行检查测试，以确认系统是否运行正常。

一般来讲，每年应对管道至少进行阳
极运行和状态、阳极保护电位、开路电位检测、输出电流等常规检查和测试一次，在此基础上还可以对防腐层破损、阴极保护不充分、SCC、细菌腐蚀、土壤腐蚀
性等做专项检查和测试，对检查与测试所得的数据和所发现情况进行分析，针对
异常情况制定合理地改进方案、措施。

5.2运行维护管理
埋地管道运行时应对阴极保护系统进行维护，具体包括：①对电源设施或设
备进行检查，保证其完好；②对测试及监控装置开展定期检查和维护，保证其完好；③定期检测阳极地床的接地电阻，根据获取的检测结果进行电源设备的输出
电压相应调整，确保保护电流可以正常输出；④定期检查和检测地面上安装的绝
缘装置，同时做好清扫工作，防止灰尘、水分等异物造成绝缘不良或短路失效等
问题；⑤对日常使用的阴极保护检测使用的仪器、仪表等按相关标准要求进行常
规校验；⑥在系统维护中当发现没有充分进行管道阴极保护工作时，需要立即开
展调查，将保护失效的原因查明，采取措施排除故障；⑦对阴极保护系统的维护
检查与测试活动的结果都应有记录、有评价，以此作为将来验证阴极保护系统有
效性的基础[4]。

结语
综上所述，当前埋地管道应用范围日益广泛，但是腐蚀问题严重影响管道的
应用，所以必须强化防腐工作，利用阴极保护方式，将其与绝缘防腐层配合应用，以最大化管道保护效果。

必须要仔细研究埋地管道阴极保护装置失效的原因，分
析原因制定针对性解决措施，提升埋地管道阴极保护效果。

参考文献
[1]李琳,刘孟哲,王一丁.管道参比电位动态跟踪阴极保护装置的研发[J].西
安石油大学学报(自然科学版),2021,36(01):80-84.
[2]王君珂.对城市输气管网加阴极保护装置检测应用[J].全面腐蚀控
制,2019,33(09):59-63.
[3]黄平,周英钢,王志超等.长输埋地油气管道阴极保护装置供能系统[J].电
源技术,2016,40(12):2394-2396.
[4]王如涛,黄星,赵志伟等.输油管道阴极保护装置测控系统的设计与应用[J].自动化应用,2012(01):27-28+31.。