摘要：多年以来，腐蚀一直是引起管道事故的重要原因，也是管道管理的难题之一。每年都有大量的金属构件、设备、管道因腐蚀而损坏，甚至报废，既给国民经济带来巨大损失，也给安全生产造成极大的隐患。阴极保护是管道防腐和平稳运行的重要手段。本文对国内外的管道阴极保护技术现状进行了总结和分析。
1 国内研究现状
我国埋地油气管道的阴极保护始于1958年，当时仅限于小规模的试验。60年代初，新疆、大庆、四川等油气川也陆续试用。1965年，大庆油川、哈尔滨工业大学、华中工学院等单位合作，开展了牺牲阳极法管道阴极保护的现场试验。同年，科学院原催化电化学研究所相继在鱼雷快艇、高速炮艇、护卫舰及500t货轮上进行强制电流恒电位阴极保护试验。1968年，该所还对全长80km、直径426mm、外加沥青绝缘防腐层的螺纹钢管进行了外加电流阴极保护的设计和施工。从70年代起，我国的长输管道开始推广应用阴极保护技术。在强制电流阴极保护所需的电源设备方面，福建二明无线电一厂生产的KKG系列恒电位仪于1976年底通过技术鉴定，并获得了1978年全国科学大会奖。80年代后期，该厂又开发出KSW型及PS型微机管理恒电位仪。1978年，管道设计院和南通炭素厂联合研制的石墨阳极通过技术鉴定，结束了国内一直沿用的钢铁阳极的时代。1991年，理地型绝缘接头应用于新疆轮一库输油管道上，打破了绝缘法兰一统天下的局面。
阴极保护系统优化设计方法的研究在我国也开始起步。天津大学、天津港湾工程研究所、天津纺织工学院、大港油田等单位联合开展了区域性阴极保护优化设计的研究，建立了保护系统的物理模型和数学模型，应用柱面单元二维边界元法和分段线性拟合法求解数学模型，编制出BEMU软件，并将这一技术用于工程设计[1]。
中国科学院上海冶金研究所用有限元法计算了码头钢管桩在几种条件下的电位分布和电流分布情况，研究结果可供设计钢管桩阴极保护时参考。他们还用有限元法研究了带状牺牲阳极对埋地钢管实施阴极保护时的电位和电流分布。但国内外阴极保护技术的应用都是仅限于海水、土壤、化学介质等连续相的电解质环境中。对于直接暴露在气相环境中的金属设备或构件，以及各种储罐、管道位于水线以上的部位、以及气液两相交界的地带，由于腐蚀介质是非连续相分散的高阻抗薄液膜，利用传统的阴极保护方法时，外加电流无法达到被保护金属的全部表面。所以在气、液两相联合阴极保护技术中，着重要解决的是气相环境中的阴极保护方法。
近年来，随着我国西气东输、南水北调工程的实施以及海洋开发新一轮高潮的兴起、越来越多的各种钢质管道及其它钢结构大量在土壤、海水等自然环境下使用，随之而来的腐蚀问题，对这些钢结构的安全运行和人民的生命财产安全构成严重威胁。阴极保护技术成为目前广泛采用的，控制土壤、海水等自然介质中钢铁材料腐蚀的经济、有效的技术之一。大型重点工程、大型油田开发，特大型码头、跨海大桥的建设，储备油库建设，炼油厂，核电、电厂、城市管网基础设施的新建或改建，使阴极保护技术面临新的技术配套要求和研究命题，也有力促进了阴极保护行业的形成和规范化。由于不同工程的工况要求，又提出了许多难题和技术要求，电子、通讯、计算机技术的发展又促进了阴极保护技术与其他学科的整合，也提供了针对我国国情进行自主科技创新的平台和可能，这些对于提升我国阴极保护技术逐步和国际接轨都有其深远和现实的意义。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2 国外研究现状
1970年底，美国已有64万公里的油气管道采用了阴极保护，而原西德、原苏联等在修建管道的同时就安装了阴极保护。与此同时，阴极保护的应用领域不断扩大。1973年，Strufull等人将外加电流阴极保护应用到美国50号国道位于加州斯莱公园的钢筋混凝土公路桥上，开辟了阴极保护在钢筋混凝土结构中的应用，此后，这种方法在国外得到迅速发展和广泛应用，目前美国混凝土协会已经认可将该技术用于钢筋混凝土结构的维修和保护。美国联邦高速公路管理局(FIIWA)自1975年起，开始将阴极保护技术应用于钢筋混凝土的停车库、桥梁和隧道中[2]，并于1982年指出:“阴极保护是已经被证实的唯一能够制止盐污染桥面板腐蚀的维修技术，无论混凝土中的氯化物含量如何”。
阴极保护在得到广泛应用的同时，相关技术也在不断提高。1971年，混合型金属氧化物阳极首次应用于海水中，埋在海床泥浆中发挥着阴极保护作用。1973年，太阳能电池开始为阴极保护装置提供能源。1979年布劳尔(Brauer)发表了使用有限元法进行阴极保护设计的第一篇论文，1982年菲尤发表了第一篇关于边界元法在阴极保护设计上应用的文章。1985年在加拿大安大略省的一座桥面板的阴极保护中首次使用了混合金属氧化物钛阳极。1988年美国加州公路局Apostolos首先在旧金山海湾一座跨海混凝土桥墩和桥面板上试用喷锌层阴极保护。
目前国外阴极保护技术已做到了法律化、标准化，比较重要的有《美国气体管道联邦最低安全标准》、德国的《长输管道运输危险液体的规定》，MACE《埋地及水下金属管道外腐蚀控制推荐作法》。中国的第一部管道防腐蚀技术标准是SYJ 7- 84 ((钢质管道储罐防腐蚀工程设计规范》。第一部法规是国务院1989年颁布的《石油、天然气管道管理条例》，条例首次将管道阴极保护的要求列入了管理的内容。
3 现有阴极保护技术难点
阴极保护是否有效?其本质问题是电位测试，当能测试出管道极化电位或去极化电位，那么控制管道电位就很容易。在有阴极保护的管道上仅用管道对电解质电位达到-0.85V保护管道，管道仍会发生严重的腐蚀，其主要原因是阴极保护的失效。这种失效有宏观失效和微观失效两种。宏观失效主要包括：CP系统电连续性差或局部有短路故障，管道所处环境差，测试管道对电解质电位中的IR降过高，造成虚假的保护电位，涂层整体老化严重。微观失效主要包括:涂层剥离、阴极剥离、环境屏蔽、涂层局部失效。
针对这个问题，国内外专家已经开始关注阴极保护电流技术在防腐层评估中的应用，迄今为止，尚无开发出系统的技术方法和应用软件，本项目尝试从阴极保护电流技术入手评估防腐层，可以填补这方面的空白。
阴极保护有效性评价技术早在80年代国际上就非常成熟，应用十分广泛。在国内受硬件、认识水平的制约、一些技术应用较为迟缓，在80年代已采用管道挂片评价阴极保护度，IR降的研究已有10多年历史，更有人用断电法测试管道的极化电位，到90年代中期阴极保护有效性评价技术已被应用。现在很多的先进测试技术如：PCM电流测绘系统、SCM杂散电流测试仪、DCVG- CIPS电位梯度密间距测试仪等都可用于CP有效性评价。但是到目前为止，系统应用各种技术综合评价阴极保护有效性的研究还较少见到[3]。
参考文献
[1] 田飞，埋地管道阴极保护相关技术研究.天津大学硕士学位论文，2005.
[2] 葛燕，朱锡褪.海洋环境钢筋混凝土的腐蚀和阴极保护技术.中国港湾建设，2004 (3).
[3] 韩兴平，阴极保护有效性评价技术的应用研究.全面腐蚀控制，2002，10：10-11.
论文作者:孙鹏
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/29
标签：阴极论文; 管道论文; 技术论文; 电位论文; 电流论文; 阳极论文; 美国论文; 《科学与技术》2019年第22期论文;