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[摘要]阴极保护技术是埋地管道防腐蚀的措施之一。本文主要总结了阴极保护技术的原理、方法以及发展进程，并结合几个具体实例，针对阴极保护技术在埋地管道中的应用提出了相关见解。
[关键词]阴极保护技术；埋地管道；腐蚀
中图分类号:TU992.05 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0263-01
引言
目前，我国埋地管道的材质大多采用的是金属钢管，它们在土壤这样的特殊电解质中常常因发生电化学腐蚀而造成穿孔泄漏、人员伤亡和财产损失等事故。因此，埋地管道的腐蚀与防护越来越引起人们的重视。对于全国数万公里的埋地管道，阴极保护与外防腐层的联合保护是行之有效的防腐蚀技术，可以将管道的寿命延长一倍而投资占管道总投资的1%~2%左右，具有极其显著的经济社会效益。本文将结合几个具体实例，针对阴极保护技术在埋地管道中的应用进行浅析，并提出相关见解。
1、阴极保护技术的发展进程
1.1 国外阴极保护技术的发展
1823年，英国学者Davy接受英国海军部对木制舰船铜护套的腐蚀研究，用锡、铁和锌对铜进行保护，这就是现代腐蚀科学中阴极保护的起点。1834年，电学的奠基人法拉第奠定了阴极保护的原理；1890年爱迪生根据法拉第的原理，提出了强制电流阴极保护的思路。
1902年，柯恩在爱迪生思路的基础上，使用外加电流成功地实现了实际的阴极保护。1906年，德国建立第一个阴极保护厂；1928年，美国新奥尔良的一条长距离输气管道上安装了第一套牺牲阳极保护装置，为阴极保护的现代技术打下了基础。从1950年起，日本在港湾设施和海洋结构上广泛应用了阴极保护，至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。1973年，外加电流阴极保护应用到了美国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。
1.2 我国阴极保护技术的发展
1958年我国克拉玛依-独山子输油管道埋地11个月就开始穿孔漏油，为此防腐蚀工作者们对其进行了阴极保护，成为我国阴极保护工作的开始。1961年将原管道停产并施加了阴极保护后，该管道连续运行了20多年未出现漏油，证实了阴极保护技术的可靠性。
1965年，大庆油田、哈工大，华中工学院等单位合作开展了对管道栖牲阳极阴极保护的试验[1]。1978年，中国栖牲阳极研究达到实用化程度。
阴极保护技术作为一项效果好、应用领域广的防腐蚀技术，其使用效果已经得到了大家的认可，伴随着科学技术的进步，阴极保护技术正处在日趋完善，不断更新之中。
2、阴极保护技术的原理及方法
2.1 阴极保护基本原理
阴极保护技术是利用电化学的腐蚀原电池原理，将被保护的金属结构作为阴极，向其通以足够的直流电流，使金属表面产生阴极极化，最终减小或消除金属材料整体上各种局部阴极和局部阳极之间的电位差，使腐蚀电流趋于零，从而控制金属的腐蚀。
2.2 阴极保护方法
在绝大多数情况下，可以通过三种方法实现阴极保护过程。
（1）牺牲阳极法是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，被保护金属作为阴极，让电位低的金属向阴极材料不间断地提供电子。牺牲阳极因较活泼而优先溶解遭到强烈腐蚀，此时阴极材料首先极化，在其表面富集电子，不再产生离子，进而减缓并停止结构腐蚀进程，达到保护阴极材料的目的。
（2）强制（外加）电流法是通过外加直流电源以及辅助阳极，直接向被保护的金属结构施加阴极电流或给辅助阳极施加阳极电流，使被保护金属发生阴极极化，同样达到保护阴极金属结构的目的。
（3）排流保护法是以排除杂散电流为目的的阴极保护方法。该方法分为三种，其中直接排流和极性排流分别用于杂散电流干扰电位极性稳定不变和正负交变的情况。还有一种是强制排流，它通过整流器进行排流。当有杂散电流存在时，利用排流进行保护；当无杂散电流时，就用整流器供给保护电流，使保护体处于阴极保护状态。
2.2 陰极保护参数
在阴极保护中，判断金属能否得到完全保护，通常采用两个参数：最小保护电位和最小保护电流密度。
（1）最小保护电位
阴极保护时，使金属达到完全保护时的电位称为最小保护电位，达到有效保护的电位称为合理保护电位。2]。
（2）最小保护电流密度
在阴极保护中，使被保护金属达到最小保护电位时，所对应的保护电流电流密度称最小保护电流密度。3、阴极保护技术在埋地管道中的应用
3.1 北方某滨海地区长输管道阴极保护
北方某滨海地区的长输管道大多经过卤水盐池边或者潮汐河流边；同时，沿途伴行的自来水管道与其平行距离大多低于10m的要求；此外，现场有一多半管道位于220kV高压走廊下，且穿越变电站一座。该管道全长大约24Km，管径为D323.9×6.4（7.1） L290的螺旋缝埋弧焊接钢管；管道防腐层为三层PE，防腐等级为加强级。通过技术经济比较，对该天然气管道采用外加电流阴极保护方式，具体设计如下。
该工程共设阴极保护站1座，阴保站位于门站内，并且采用了深井阳极地床。因为管道沿线季节性雷电较多，且穿越变电站及高压走廊，所以在绝缘接头（法兰）处采用双锌接地电池进行绝缘接头电涌保护，以防止雷电或感应电压造成的电涌对绝缘接头的破坏。
针对线路部分，因为管道沿途大多经过卤水盐池，土壤中氯离子含量较高，所以根据国家最新规范[5]中明确指出的“在盐渍土、海滨土和含硫酸根离子较高的环境中，宜采用含铬高硅铸铁阳极”，在该工程中推荐采用了含铬高硅铸铁辅助阳极。
因为该工程施工工期较长，且腐蚀非常严重，所以在管道施工期间采用了一定数量的4kg镁合金牺牲阳极对已建管道进行了临时保护，这样确保了管道的设计寿命。
因为该管线沿途干扰源较多，很多区域土壤电位梯度值大于2.5mV/m，个别区域土壤电位梯度值大于10mV/m，说明管道上存在杂散电流的干扰，并且干扰程度较强[3]。所以在管道与高压线交叉及临近位置、变电站穿越两端、自来水管道伴行段均设置了15kg的锌合金排流阳极组，以降低杂散电流对管道腐蚀的影响。
由此可见，埋地管线的阴极保护设计要综合考虑周边腐蚀环境特点（如土壤含水量、pH值、含盐量以及地下水位、是否有杂散电流干扰等）、施工条件、经济效益等多个方面。对阴极保护站工作和线路部分工作要有全面、合理、经济的规划和设计。
4、结语
（1）阴极保护技术已经经历了长达180多年的历史，其保护效果和使用寿命都有了长足的进步，应用深度和广度都在日新月异的进展之中，相信它的发展能够为地下管网的腐蚀治理开辟新的篇章。
（2）阴极保护技术在埋地管网腐蚀防护中的应用极为普遍，大量工程实例证明：阴极保护与防腐涂层联合防护是埋地管道腐蚀防护的一种行之有效的方法。
（3）从原理上讲，所有的金属都可以进行阴极保护，但是在实际运用中要充分考虑环境特征、施工条件、经济效益等多重因素的限制，根据实际情况选择合理的设计方案，否则不仅达不到腐蚀防护的目的，反而会带来更大的损失。
参考文献
[1] 武烈.我国阴极保护技术的发展及其高新技术化的探索[J].腐蚀与防护,2006,27(03):136-139.
[2] 肖纪美,曹楚南.材料腐蚀学原理[M],北京:化学工业出版社,2002.
[3] GB/T21447-2008, 钢质管道外腐蚀控制规范[S].
[关键词]阴极保护技术；埋地管道；腐蚀
中图分类号:TU992.05 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0263-01
引言
目前，我国埋地管道的材质大多采用的是金属钢管，它们在土壤这样的特殊电解质中常常因发生电化学腐蚀而造成穿孔泄漏、人员伤亡和财产损失等事故。因此，埋地管道的腐蚀与防护越来越引起人们的重视。对于全国数万公里的埋地管道，阴极保护与外防腐层的联合保护是行之有效的防腐蚀技术，可以将管道的寿命延长一倍而投资占管道总投资的1%~2%左右，具有极其显著的经济社会效益。本文将结合几个具体实例，针对阴极保护技术在埋地管道中的应用进行浅析，并提出相关见解。
1、阴极保护技术的发展进程
1.1 国外阴极保护技术的发展
1823年，英国学者Davy接受英国海军部对木制舰船铜护套的腐蚀研究，用锡、铁和锌对铜进行保护，这就是现代腐蚀科学中阴极保护的起点。1834年，电学的奠基人法拉第奠定了阴极保护的原理；1890年爱迪生根据法拉第的原理，提出了强制电流阴极保护的思路。
1902年，柯恩在爱迪生思路的基础上，使用外加电流成功地实现了实际的阴极保护。1906年，德国建立第一个阴极保护厂；1928年，美国新奥尔良的一条长距离输气管道上安装了第一套牺牲阳极保护装置，为阴极保护的现代技术打下了基础。从1950年起，日本在港湾设施和海洋结构上广泛应用了阴极保护，至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。1973年，外加电流阴极保护应用到了美国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。
1.2 我国阴极保护技术的发展
1958年我国克拉玛依-独山子输油管道埋地11个月就开始穿孔漏油，为此防腐蚀工作者们对其进行了阴极保护，成为我国阴极保护工作的开始。1961年将原管道停产并施加了阴极保护后，该管道连续运行了20多年未出现漏油，证实了阴极保护技术的可靠性。
1965年，大庆油田、哈工大，华中工学院等单位合作开展了对管道栖牲阳极阴极保护的试验[1]。1978年，中国栖牲阳极研究达到实用化程度。
阴极保护技术作为一项效果好、应用领域广的防腐蚀技术，其使用效果已经得到了大家的认可，伴随着科学技术的进步，阴极保护技术正处在日趋完善，不断更新之中。
2、阴极保护技术的原理及方法
2.1 阴极保护基本原理
阴极保护技术是利用电化学的腐蚀原电池原理，将被保护的金属结构作为阴极，向其通以足够的直流电流，使金属表面产生阴极极化，最终减小或消除金属材料整体上各种局部阴极和局部阳极之间的电位差，使腐蚀电流趋于零，从而控制金属的腐蚀。
2.2 阴极保护方法
在绝大多数情况下，可以通过三种方法实现阴极保护过程。
（1）牺牲阳极法是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，被保护金属作为阴极，让电位低的金属向阴极材料不间断地提供电子。牺牲阳极因较活泼而优先溶解遭到强烈腐蚀，此时阴极材料首先极化，在其表面富集电子，不再产生离子，进而减缓并停止结构腐蚀进程，达到保护阴极材料的目的。
（2）强制（外加）电流法是通过外加直流电源以及辅助阳极，直接向被保护的金属结构施加阴极电流或给辅助阳极施加阳极电流，使被保护金属发生阴极极化，同样达到保护阴极金属结构的目的。
（3）排流保护法是以排除杂散电流为目的的阴极保护方法。该方法分为三种，其中直接排流和极性排流分别用于杂散电流干扰电位极性稳定不变和正负交变的情况。还有一种是强制排流，它通过整流器进行排流。当有杂散电流存在时，利用排流进行保护；当无杂散电流时，就用整流器供给保护电流，使保护体处于阴极保护状态。
2.2 陰极保护参数
在阴极保护中，判断金属能否得到完全保护，通常采用两个参数：最小保护电位和最小保护电流密度。
（1）最小保护电位
阴极保护时，使金属达到完全保护时的电位称为最小保护电位，达到有效保护的电位称为合理保护电位。2]。
（2）最小保护电流密度
在阴极保护中，使被保护金属达到最小保护电位时，所对应的保护电流电流密度称最小保护电流密度。3、阴极保护技术在埋地管道中的应用
3.1 北方某滨海地区长输管道阴极保护
北方某滨海地区的长输管道大多经过卤水盐池边或者潮汐河流边；同时，沿途伴行的自来水管道与其平行距离大多低于10m的要求；此外，现场有一多半管道位于220kV高压走廊下，且穿越变电站一座。该管道全长大约24Km，管径为D323.9×6.4（7.1） L290的螺旋缝埋弧焊接钢管；管道防腐层为三层PE，防腐等级为加强级。通过技术经济比较，对该天然气管道采用外加电流阴极保护方式，具体设计如下。
该工程共设阴极保护站1座，阴保站位于门站内，并且采用了深井阳极地床。因为管道沿线季节性雷电较多，且穿越变电站及高压走廊，所以在绝缘接头（法兰）处采用双锌接地电池进行绝缘接头电涌保护，以防止雷电或感应电压造成的电涌对绝缘接头的破坏。
针对线路部分，因为管道沿途大多经过卤水盐池，土壤中氯离子含量较高，所以根据国家最新规范[5]中明确指出的“在盐渍土、海滨土和含硫酸根离子较高的环境中，宜采用含铬高硅铸铁阳极”，在该工程中推荐采用了含铬高硅铸铁辅助阳极。
因为该工程施工工期较长，且腐蚀非常严重，所以在管道施工期间采用了一定数量的4kg镁合金牺牲阳极对已建管道进行了临时保护，这样确保了管道的设计寿命。
因为该管线沿途干扰源较多，很多区域土壤电位梯度值大于2.5mV/m，个别区域土壤电位梯度值大于10mV/m，说明管道上存在杂散电流的干扰，并且干扰程度较强[3]。所以在管道与高压线交叉及临近位置、变电站穿越两端、自来水管道伴行段均设置了15kg的锌合金排流阳极组，以降低杂散电流对管道腐蚀的影响。
由此可见，埋地管线的阴极保护设计要综合考虑周边腐蚀环境特点（如土壤含水量、pH值、含盐量以及地下水位、是否有杂散电流干扰等）、施工条件、经济效益等多个方面。对阴极保护站工作和线路部分工作要有全面、合理、经济的规划和设计。
4、结语
（1）阴极保护技术已经经历了长达180多年的历史，其保护效果和使用寿命都有了长足的进步，应用深度和广度都在日新月异的进展之中，相信它的发展能够为地下管网的腐蚀治理开辟新的篇章。
（2）阴极保护技术在埋地管网腐蚀防护中的应用极为普遍，大量工程实例证明：阴极保护与防腐涂层联合防护是埋地管道腐蚀防护的一种行之有效的方法。
（3）从原理上讲，所有的金属都可以进行阴极保护，但是在实际运用中要充分考虑环境特征、施工条件、经济效益等多重因素的限制，根据实际情况选择合理的设计方案，否则不仅达不到腐蚀防护的目的，反而会带来更大的损失。
参考文献
[1] 武烈.我国阴极保护技术的发展及其高新技术化的探索[J].腐蚀与防护,2006,27(03):136-139.
[2] 肖纪美,曹楚南.材料腐蚀学原理[M],北京:化学工业出版社,2002.
[3] GB/T21447-2008, 钢质管道外腐蚀控制规范[S].