管道阴极保护技术现状与展望

管道阴极保护技术现状与展望

摘要：近年来，管道事故频繁发生，腐蚀因素是事故的主要原因之一。阴极保

护系统是重要的防腐蚀措施。根据我国阴极保护的现状分析了阴极保护原理，介

绍了阴极保护的基本参数、管道实施阴极保护的基本条件、阴极保护的具体方法

以及房展展望。

关键词：管道；极保护技术；技术；展望

前言

鉴于目前国内在管道保护电位测试技术、阴极保护判据以及保护效果评价方

面存在着一定的不足，因此对现有埋地管道阴极保护系统进行改造之前，有必要

针对目前存在的各项问题，开展研究工作，对现有保护电位测试方法、阴极保护

参数的选取以及阴极保护判据的理论和有效性进行深入研究，为阴极保护系统工

程的改造提供可靠的理论与技术支撑。

1我国阴极保护的现状

说到阴极保护的发展就要从1958年说起，那一年正是该技术诞生的时候，那个时候阴极保护还处于小规模的实验阶段，到了六十年代阴极保护展示出了它的

实用价值，在各大油田里面都用到了该技术。上个世纪七十年代，中国开始了长

输管道的建设工程，所以阴极保护技术就越发地显示出了它的重要性，它能够提

高底下管道的抗腐蚀性能，让管道的使用年限增长，使管道的安全得到了保证。

因为科技水平的限制，所以国内还没有高端的技术来进行阴极保护检测，所以在

对这些管道进行检测的时候采用的最多的还是依靠人力。由于缺少自动通/断电系统，因此最后只能测出通电电位，这里面含有IR降，这和现在通行的标准是不相符的。在遥测领域，也有不少科研专家对此进行研究，不过因为外在条件的限制，在这个方面没有取得大的突破。也有不少机构借助管体作为介质来研究遥测，甚

至在多个管道上使用这个方案。也有人试图用通信线路为通道的阴极保护遥测，

该方法虽然可行，不过也仅限于测量一般的电位。陕京线把阴极保护参数测量纳

入了数据采集及监控(SCADA）系统，从现在情况来看，该系统是国内最优秀的，

能够测出多个电位。

2阴极保护原理

目前，国内外管道的阴极保护系统采用强制电流为主、牺牲阳极为辅的阴极

保护方法。阴极保护原理：从电化学原理上讲，腐蚀电池的阴极是不发生腐蚀的，只有阳极才发生腐蚀。因此，将被保护金属变成阴极，就可以防止金属的腐蚀。

其原理是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金

属表面各点达到同一负电位，金属原子不容易失去电子变成离子而溶入溶液。如

图1-管道强制电流阴极保护。

3阴极保护的基本参数

3.1最小保护电流密度

使金属腐蚀下降到最低程度或停止时所需要的保护电流密度，称作最小保护电流密度。

新建沥青管道最小保护电流密度为30—50μA/m2，环氧粉末的管道一般为10--30μA/m2，新

建储罐罐底板最小保护电流密度为1--5mA/m2表示，老罐为5—10mA/m2。

3.2最小保护电位

为使腐蚀过程停止，金属经阴极极化后所必须达到的绝对值最小的负电位值，称之为最

小保护电位。最小保护电位也与金属的种类、腐蚀介质的组成、温度、浓度等有关。最小保

护电位值常常是用来判断阴极保护是否充分的基准。因此该电位值是监控阴极保护的重要参

数。实验测定在土壤中的最小保护电位为－0.85V（相对饱和硫酸铜参比电极）。

3.3最大保护电位

在阴极保护中，所允许施加的阴极极化的绝对值最大的负电位值，在此电位下管道的防

腐层不受到破坏。此电位值就是最大保护电位。

4管道实施阴极保护的基本条件

管道必须处于有电解质的环境中，以便能建立起连续的电路。如土壤、海水、河流等介

质中都可以进行阴极保护。管道必须电绝缘。首先，管道必须要采用良好的防腐层尽可能将

管道与电解质绝缘，否则会需要较大的保护电流密度。其次，要将管道与非保护金属构筑物

电绝缘，否则电流将流失到其他金属构筑物上，造成其他金属构筑物的腐蚀以及管道阴极保

护效果的降低。管道必须保持纵向电连续性。

5阴极保护方法探究

5.1牺牲阳极法

这种方法的作用机理是将比需要保护的金属或者合金的电位更低的金属或者合金，共同

放置于同一个溶液中，由于电位更低，所以在溶液中，比保护金属更快的溶解，释放出电流，从而保护了需要进行保护的金属，防止被腐蚀。那么该项保护技术需要在哪些条件下达到要求：金属本身能在溶液中产生稳定电流；自身的腐蚀速率要低，要能长期进行防腐；产生的

保护电流量要大；被腐蚀后产生的废物必须是无害的，不能对环境产生危害；金属材料来源

广泛，加工容易，价格低廉。

5.2强制电流法

强制电流法的作用机理是与阳极保护不同的，它主要是从外部加入电流，这样就可导致

需要被保护的金属阴极化，达到和阳极保护法相同的保护措施。强制电流法需要的基础构件

包括稳定的直流电源、连接电源的辅助阳极和连接所需要的电缆线，辅助阳极的作用就是要

把外接的电流通入到系统中，故阳极工作时处在电解状态下。按阳极的溶解性能划分，辅助

阳极可以分为不溶性阳极、可溶性阳极、微溶性阳极三大类。

5.3排流保护法

排流保护法的机理就是为有其他干扰电流的情况下，利用排除方法，对需要保护的构件

进行保护作用的一样方法。排流保护法有三种主要措施，第一种方法就是直接排流，该方法

需要外接电源，在稳定的情况下，改稳定电流可以保护金属或合金，排除其他干扰电流。改

项方法需要谨慎使用，如果采用不当，就会造成更大的干扰，甚至是危险。第二方法是极性

排流，因为二极管具有单向通过性的作用，只可以通过一方电流，在有正负干扰的电流情况下，就需要插入二极管，这样就可以保证电流通过一个方向，从而保护金属体。第三种方法

是强制排流。上述二种方法只能在排流时才能对保护体施加保护，如果不是排流期间，就无

法起到保护作用。这样就需要强制排流的方法，利用恒定的整流器产生电流，从而达到需要

保护作用。

6阴极保护技术发展与展望

首先，阴极保护准则作为阴极保护技术的实施基础，有着非常重要的指导意义，但就现

阶段来说，其不能满足油气管道运行的需求，基于这样的原因，需要建立完善、科学的阴极

保护制度，并要以此为根据，制定阴极保护准则。第一，在理论计算上，应充分利用先进的、精准的数值模拟技术对管道沿线电位进行准确计算，以有效保护防腐层上存在的漏点，并要

采取相应措施修复防腐层损伤；第二，在阴极保护分析上，应当实现对下述内容上的计算，

一是单条管道电位分布，二是单条管道地电场分布，三是单条管道极化电位。是否可以对这

些问题进行充分分析，对阴极保护技术的设计和运行有着非常重要的影响。

其次，对于辅助试片法管道阴极保护电位这一测量技术方面来说，其能够通过周期性地

把全部阴极保护电源的输出电流中断，从而可以对阴极保护断电、通电的电位进行精准测量，其作用机制是通过实现油气管道与测试桩的连接，利用管道、断开试片相连的瞬间对断电的

电位进行测量。在油气管道阴极保护技术的未来发展过程中，也可以使用这种辅助试片法对

阴极保护管道进行测量，以对其保护效果进行更好的评估。

结束语

综上所述，随着科学技术的不断进步以及社会经济的迅速发展，应用于油气管道防腐工

作中的阴极保护技术也取得了非常多的研究成果，并在油气管道防腐工作中发挥着重要的作用，加强对阴极保护技术的研究有着重要的意义。