阴极保护技术作为重要的防腐手段在保障油气管道输送安全方面有着重要的意义。但是长距离管道跨越不同的地域，途经的环境复杂多变。例如中缅管道跨越典型的热带季风气候区域，旱季和雨季的交替进行使管道周围的含水率频繁变化；中俄管道穿越了多年冻土区。这些新问题的出现对阴极保护技术提出了新的要求。但目前的阴极保护设计方法对这些问题的处理缺乏相应的科学依据。因此将数值模拟技术应用于阴极保护设计中，研究管道沿途环境以及涂层质量变化对阴极保护电位分布的影响，对阴极保护的科学设计，可靠安全运行有着重要意义。本文所建模型采用土壤电阻率和极化特性来描述管道途经环境的变化，且综合考虑了土壤电阻和管道电阻的影响，利用数值模拟软件对模型进行了求解。搭建室内埋地管道阴极保护系统模拟实验架，实验验证了模型及求解手段的准确性。考虑长距离管道所经过土壤的电阻率变化对阴极保护电位分布影响的重要性，对土壤电阻率的室内和室外测量方法及其影响因素进行了实验对比和分析，推荐采用交流四电极法对土壤电阻率进行室内测量；对于室外Wenner四极法测量得到的视电阻率，则通过多层土壤电阻率计算模型反推得到土壤的分层结构及各层的真实电阻率。对土壤电阻率的影响因素进行了灰关联分析，确定了影响土壤电阻率的主要因素，并对主要因素对土壤电阻率的影响规律进行了室内实验研究和总结，采用BP神经网络对土壤电阻率进行了预测。分析了土壤电阻率和管道参数变化对阴极保护电位分布的影响，研究埋地管道在均匀和非均匀土壤中不同阳极布置方式时的阴极保护电位分布规律，同时研究了管道不同的转弯方式对阴极保护电位的影响，使阴极保护电位分布模拟结果更接近于实际阴极保护系统的运行情况。在研究了极化曲线参数对阴极保护电位的影响的基础上，重点开展了含水率和温度对极化特性的影响研究，进而分析总结其对阴极保护电位的影响规律。考虑到防腐层状况对极化特性有着重要的影响，通过室内电化学实验，研究了防腐层缺陷时的极化特性，在前面模型的基础上，通过改变边界条件，建立了防腐层有缺陷时的阴极保护电位分布模型，模拟研究防腐层破损和剥离的大小、位置等因素对阴极保护电位分布的影响规律。通过算例分析比较了传统的阴极保护设计方法、目前针对储罐和区域阴极保护的电位分布模型以及本文所建立的长输管道阴极保护电位分布模型计算结果的差异性，对该算例在全年不同时期的阴极保护电位分布情况进行了分析和总结，以方便适时调节阴极保护系统的输出参数，以提高阴极保护系统的安全性和效率。