管道阴极保护的现状及其方法

徐锋

摘要 钢管在我的使用非常普遍，而对于钢管的防腐措施一般都采用阴极保护，在我国大多数光管上都采用了这个技术，而且收获颇多。本文就对阴极保护的原理以进行了介绍，并结合国内外阴极保护的应用状况进行分析。虽然阴极保护在中国使用非常广泛，但是不得不说还存在不少问题，本文针对实际情况提出了阴极保护发展的不足之处和改进措施，希望能够阴极保护技术的发展贡献—份力量。

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.阴极保护的原理

前苏联学者H.Ⅱ.托马晓夫对阴极保护的阐述是借助了三电极模型。在这个模型里面，腐蚀体系充当的是短路二元电池的角色，在该体系上增加一个新的电极，也就是第三个电极，因为它的出现，原来的二元电池就和之前的有所不同了，新的电极zn替代了A（阳极），向K（阴极）提供电子，便使A不再腐蚀。铁的E2pH图也是构成了化学保护的一个知识内容。从热力学理论获得的E2pH图中可以看出，当pH的数值处于7，铁呈现的状态是活化腐蚀，它的电位可能会向上也可以向下，不管是哪种情况，都可以起到很好的保护作用。而这种借助阳极保护或者阴极保护来实现的原理，能够让金属的抗腐蚀性变得更好，从而降低腐蚀的程度，这就是所谓的化学保护。当金属的电位平衡之后，再通过阴极电流，金属的电位就会发生变化，从原先的状态向负偏移转变，这样金属就处于保护的状态，不再被腐蚀了。因为这里面通过的电流是阴极电流，所以这样的方法也被成为阴极保护，实现阴极保护的手段有两种，施加强制电流或者牺牲阳极都可以达到目的。

3.阴极保护的方法

3.1牺牲阳极法

牺牲阳极法就是让被保护的金属和另一种金属或者合金链接在一起，被链接的金属或合金的电位比被保护的金属更负。牺牲阳极的性质比较活泼。所以在电解液里面它开始溶解的速度非常快，很快就能释放电流让金属金属阴极极化，这样就可以让金属得到保护。

3.2强制电流法

强制电流法被保护的电流因为外部直流电源的输入而产生阴极电流，于是就出现了阴极极化的状态，这样就能够让金属得到保护。强制电流法和众多的因素密切相关，比如阳极、参比电极、直流电源和连接电缆都是必不可少的。通过辅助阳极能偶让电流进入到被保护的金属当中，所以阳极工作的时候就是处于电解环境里面。

3.3排流保护

所谓的排流保护指的是在电流比较散杂的情况下，对这些电流进行排除对被保护构筑物施加阴极保护。一般而言，有三种方式都可以用来进行排流保护：

第一个方法是直接排流。

如果散杂电流干扰电位极性没有太大波动的时候，可以借助电缆把被保护金属和干扰因素连接在一起，让杂散的电流能够排除。这个方案虽然操作便捷，但是要是判断的不够精准，那么很可能适得其反让杂散的电流更多。

第二个方法是极性排流。当杂散电流干扰电位极性正负交变时，能够借助二极管让杂散电源回到干扰源，因为二极管在输送电流的时候只能单方向输送，把杂散电流朝正向排出，而负向的就用被当做阴极保护。现在，极性排流法比较常用。

第三个方法就是强制排流。前面提到的直接排流法和极性排流都是在排流的过程当中才能实现保护作用，而没有进行排流的时候，金属就不能得到很好的保护作用。针对这个弊端，于是就有了强制排流这个方法。在无杂散电流时通过整流器供给保护电流，如果出现杂散电流就借助排流来实现保护。一般情况下，强制排流采用的都是恒电位仪，在进行排流保护的时候也会有一部分的保护电流输出。

4.阴极保护条件

要进行阴极保护，需要满足一下几个特质：

首先，腐蚀介质要具备导电性，这样才能产生完整的电路。举例来说，我们常见的土壤、水还有酸碱盐溶液都具有导电性能够进行阴极保护。但是气体则没有导电性，所以不能进行阴极保护。但是近年来科技不断发展，科研力度也在加强，在特定的情况下气体也能进行阴极保护。从本质上来说，是在被保护的金属表面上涂上一层导电的固体电解质，才能够进行阴极保护。

其次，被保护的金属在进行阴极保护的时候进行阴极极化的速度要快，如果速度太慢那么就会消耗很多电量，对于阴极保护的进行就会非常不利。不少金属都能够用来阴极保护，比如说钢铁、铜、铝、铅等。在这个过程里面，阴极反应会让极附近溶液的PH指上升。一些和铝、铅这样的两性金属极有可能很快被腐蚀，产生不良后果。所以，在对两性金属进行阴极保护的时候，负电位一几何上的”屏蔽作用”，避免出现各种负效应。举例来说，对于大型储罐的官邸进行保护，采用周边浅埋阳极时，会出现罐底边缘电位过负的状况，但是罐中心的部分没有达到最小保护电位。

还有，要想进行阴极保护就必须要满足电绝缘的条件，要想让电流的密度下降，就需要用到盖层绝缘。如果被保护的金属和没有被保护的金属没有进行电绝缘，那么很多电流就会浪费，为了避免这样的状况，电绝缘就必须要用到，这就可见电绝缘是非常重要的。同时，在阴极保护当中，被保护金属之间的点连续性也是不可缺少的。因为阴极保护的进行会涉及到安全问题，所以它的应用范围会受到一定的限制。

5.小结

对于管道来说，防腐蚀工作必须要做好，因此阴极保护就显示出了它的重要作用。该技术在我国的发展有高有低，在石油管道方面阴极保护工作做的相当不错。现在，中国的科技不断发展，阴极保护技术也有了很大的提高，在国际上有了一定的地位。虽然进步很大，但是不得不承认在这方面我们还有很多不足之处，比如软件和设备方面都跟不上。

参考文献

[1]彭洁，于恩林，姜伟.螺旋槽管换热过程的三维速度场与温度场耦合数值模拟[J].热能动力工程，2 0 0 7，2 2（4）：3 9 5—3 9 8.

[2]李占锋，杨学忠.螺旋槽管管内湍流流动与换热的三维数值模拟[J].制冷技术，2 0 0 8，3 6（1 1）：5 6—6 0.

[3]王福军.计算流体动力学分析c F D软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2 0 0 4.

[4]韩占忠.F Lu ENT一流体工程仿真计算实例与分析[M].北京：北京理工大学出版社，2 0 O 9.