阴极保护在石化行业中的应用

王 涛

（中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266101）

0 引言

随着我国石油的开发，油田含水量越来越高，且目前进口原油主要是含硫高、含盐高的低品质原油，导致油气在生产、存储、运输等过程中，炼油装置、输送管道存在严重的腐蚀现象，对炼油装置、压力容器及输送管道的安全运行带来严重考验，同时也会造成巨大的经济损失。因此需要不断加强防腐能力，提高防腐水平，采取合适有效的防腐方法，减少腐蚀的发生。

1 阴极保护

目前在石油管道防腐方法中，应用最比较广泛的是防腐层与阴极防腐方法相结合的方式[1]。阴极保护主要有牺牲阳极保护和外加电流的阴极防护[1-3]。

1.1 牺牲阳极保护

该方法是利用原电池原理，不同材料具有不同的电位，在电化学反应中，电位较高的材料不容易失去电子，电位较低的材料更容易失去电子，进而保护电位较高的材料，如图1所示。将被保护的对象作为电化学系统的阴极，比保护对象电位更负的其他材料作为阳极，在反应中，阳极材料不断失去电子被消耗，而阴极得到保护。该方法操作简单，安装费用少，投运后不需要维护，不需要额外的电源，基本不产生腐蚀干扰，被广泛应用到低电阻率的环境下保护金属材料，保护电流不可调节，对于高电阻率环境下不适用，适用寿命短。

图1 牺牲阳极保护法示意图

1.2 外加电流的阴极保护

该方法是属于主动防腐，由外加电源向被保护对象施加一定的阴极电流，将被保护对象变成一个大阴极，消除由于材料的不同造成的电位差，使阴极得到保护，如图2所示。被保护对象与外加电源的负极相连接，这样对保护对象就会成为外加电源系统的阳极，工作时，对保护对象发生阴极反应，从而防止对保护对象的腐蚀[2]。该方法适用范围广，不受环境电阻率的限制，适用于条件苛刻、高电阻率的环境中，对于大规模工程来说经济性更好，但需要外部电源，对周围环境有干扰，维护复杂。

图2 外加电流的阴极保护

2 阴极保护在石化行业中的应用分析

2.1 阴极保护在输油管道中的应用分析

在长距离埋地管道保护中，一般采用外加电流和牺牲阳极相结合的阴极保护方式[3]。阳极多采用钢铁、石墨、高硅铸铁等。高硅铸铁外形与铸铁相近，输出电流大，消耗率低，易埋设、维护及返修，但是质地脆，接地电阻受湿度影响较大，对土壤湿度要求比较高，受限于季节和降雨量影响，保护范围变化较大。对于长距离输油管道阳极安装方式有浅埋式和深井式[4]。为保证外加电源正常工作，对于浅埋式必须保证埋设土层常年为湿土层。深井式适用于可能对临近建筑物产生干扰的地区。

塔里木油田在应买力油气输送管道[4]中采用外加电流阴极保护技术，取得了良好的应用效果，有效防止了管道腐蚀事故的发生。

2.2 阴极保护在油井套管中的应用

由于油井套管填充胶泥存在不完全或不连续填充，在未填充的区域可能会形成腐蚀电流，进而腐蚀油井套管；同时油井套管要贯穿整个油井，在到达油井底部时，要通过不同的土壤层，在不同土壤层的过渡区域也会存在腐蚀电流，进而腐蚀油井套管；在采油区域，有多个油井套，多个阳极装置会相互干扰，没有保护的油井套管就会受到杂散电流的干扰，进而加剧腐蚀。为了防止油井套管发生腐蚀，唯一的方法就是采用外加电流的阴极保护。

2.3 阴极保护在海洋平台中的应用

由于海洋平台处于含盐高的海水中，对于一般的材料来说腐蚀性很强，所以海洋平台的防腐措施极其重要。在海洋平台防腐中，阴极保护通常采用的牺牲阳极保护[5]。实际应用中，在海水中放置一个阳极金属，与海洋平台形成一个原电池系统，放置的金属阳极不断被消耗，而作为阴极的海洋平台得到保护。在海洋平台阴极保护设计中，首先需要了解海洋平台的工作和技术参数，有针对性的进行防腐设计，才能起到良好的保护效果。

3 结语

阴极保护主要有牺牲阳极保护和外加电流的阴极保护。根据不同的应用环境，两种方法单独或结合使用。在长距离埋地管道中，两种方法结合使用，可以更大发挥保护效果；在油井套管保护中，由于有多个油井，考虑干扰，一般采用外加电流的阴极保护；在海洋平台保护中，由于海水的腐蚀性很强，利用其高电导率，一般采用牺牲阳极的阴极保护。