管道陰極保護的現狀及其方法

徐鋒

摘要 鋼管在我的使用非常普遍，而對于鋼管的防腐措施一般都采用陰極保護，在我國大多數光管上都采用了這個技術，而且收獲頗多。本文就對陰極保護的原理以進行了介紹，并結合國內外陰極保護的應用狀況進行分析。雖然陰極保護在中國使用非常廣泛，但是不得不說還存在不少問題，本文針對實際情況提出了陰極保護發展的不足之處和改進措施，希望能夠陰極保護技術的發展貢獻—份力量。

1.我國陰極保護的現狀

說到陰極保護的發展就要從1958年說起，那一年正是該技術誕生的時候，那個時候陰極保護還處于小規模的實驗階段，到了六十年代陰極保護展示出了它的實用價值，在各大油田里面都用到了該技術。上個世紀七十年代，中國開始了長輸管道的建設工程，所以陰極保護技術就越發地顯示出了它的重要性，它能夠提高底下管道的抗腐蝕性能，讓管道的使用年限增長，使管道的安全得到了保證。因為科技水平的限制，所以國內還沒有高端的技術來進行陰極保護檢測，所以在對這些管道進行檢測的時候采用的最多的還是依靠人力。由于缺少自動通/斷電系統，因此最后只能測出通電電位，這里面含有IR降，這和現在通行的標準是不相符的。在遙測領域，也有不少科研專家對此進行研究，不過因為外在條件的限制，在這個方面沒有取得大的突破。也有不少機構借助管體作為介質來研究遙測，甚至在多個管道上使用這個方案。也有人試圖用通信線路為通道的陰極保護遙測，該方法雖然可行，不過也僅限于測量一般的電位。陜京線把陰極保護參數測量納入了數據采集及監控（sCADA）系統，從現在情況來看，該系統是國內最優秀的，能夠測出多個電位。

2.陰極保護的原理

前蘇聯學者H.Ⅱ.托馬曉夫對陰極保護的闡述是借助了三電極模型。在這個模型里面，腐蝕體系充當的是短路二元電池的角色，在該體系上增加一個新的電極，也就是第三個電極，因為它的出現，原來的二元電池就和之前的有所不同了，新的電極zn替代了A（陽極），向K（陰極）提供電子，便使A不再腐蝕。鐵的E2pH圖也是構成了化學保護的一個知識內容。從熱力學理論獲得的E2pH圖中可以看出，當pH的數值處于7，鐵呈現的狀態是活化腐蝕，它的電位可能會向上也可以向下，不管是哪種情況，都可以起到很好的保護作用。而這種借助陽極保護或者陰極保護來實現的原理，能夠讓金屬的抗腐蝕性變得更好，從而降低腐蝕的程度，這就是所謂的化學保護。當金屬的電位平衡之后，再通過陰極電流，金屬的電位就會發生變化，從原先的狀態向負偏移轉變，這樣金屬就處于保護的狀態，不再被腐蝕了。因為這里面通過的電流是陰極電流，所以這樣的方法也被成為陰極保護，實現陰極保護的手段有兩種，施加強制電流或者犧牲陽極都可以達到目的。

3.陰極保護的方法

3.1犧牲陽極法

犧牲陽極法就是讓被保護的金屬和另一種金屬或者合金鏈接在一起，被鏈接的金屬或合金的電位比被保護的金屬更負。犧牲陽極的性質比較活潑。所以在電解液里面它開始溶解的速度非常快，很快就能釋放電流讓金屬金屬陰極極化，這樣就可以讓金屬得到保護。

3.2強制電流法

強制電流法被保護的電流因為外部直流電源的輸入而產生陰極電流，于是就出現了陰極極化的狀態，這樣就能夠讓金屬得到保護。強制電流法和眾多的因素密切相關，比如陽極、參比電極、直流電源和連接電纜都是必不可少的。通過輔助陽極能偶讓電流進入到被保護的金屬當中，所以陽極工作的時候就是處于電解環境里面。

3.3排流保護

所謂的排流保護指的是在電流比較散雜的情況下，對這些電流進行排除對被保護構筑物施加陰極保護。一般而言，有三種方式都可以用來進行排流保護：

第一個方法是直接排流。

如果散雜電流干擾電位極性沒有太大波動的時候，可以借助電纜把被保護金屬和干擾因素連接在一起，讓雜散的電流能夠排除。這個方案雖然操作便捷，但是要是判斷的不夠精準，那么很可能適得其反讓雜散的電流更多。

第二個方法是極性排流。當雜散電流干擾電位極性正負交變時，能夠借助二極管讓雜散電源回到干擾源，因為二極管在輸送電流的時候只能單方向輸送，把雜散電流朝正向排出，而負向的就用被當做陰極保護。現在，極性排流法比較常用。

第三個方法就是強制排流。前面提到的直接排流法和極性排流都是在排流的過程當中才能實現保護作用，而沒有進行排流的時候，金屬就不能得到很好的保護作用。針對這個弊端，于是就有了強制排流這個方法。在無雜散電流時通過整流器供給保護電流，如果出現雜散電流就借助排流來實現保護。一般情況下，強制排流采用的都是恒電位儀，在進行排流保護的時候也會有一部分的保護電流輸出。

4.陰極保護條件

要進行陰極保護，需要滿足一下幾個特質：

首先，腐蝕介質要具備導電性，這樣才能產生完整的電路。舉例來說，我們常見的土壤、水還有酸堿鹽溶液都具有導電性能夠進行陰極保護。但是氣體則沒有導電性，所以不能進行陰極保護。但是近年來科技不斷發展，科研力度也在加強，在特定的情況下氣體也能進行陰極保護。從本質上來說，是在被保護的金屬表面上涂上一層導電的固體電解質，才能夠進行陰極保護。

其次，被保護的金屬在進行陰極保護的時候進行陰極極化的速度要快，如果速度太慢那么就會消耗很多電量，對于陰極保護的進行就會非常不利。不少金屬都能夠用來陰極保護，比如說鋼鐵、銅、鋁、鉛等。在這個過程里面，陰極反應會讓極附近溶液的PH指上升。一些和鋁、鉛這樣的兩性金屬極有可能很快被腐蝕，產生不良后果。所以，在對兩性金屬進行陰極保護的時候，負電位一幾何上的”屏蔽作用”，避免出現各種負效應。舉例來說，對于大型儲罐的官邸進行保護，采用周邊淺埋陽極時，會出現罐底邊緣電位過負的狀況，但是罐中心的部分沒有達到最小保護電位。

還有，要想進行陰極保護就必須要滿足電絕緣的條件，要想讓電流的密度下降，就需要用到蓋層絕緣。如果被保護的金屬和沒有被保護的金屬沒有進行電絕緣，那么很多電流就會浪費，為了避免這樣的狀況，電絕緣就必須要用到，這就可見電絕緣是非常重要的。同時，在陰極保護當中，被保護金屬之間的點連續性也是不可缺少的。因為陰極保護的進行會涉及到安全問題，所以它的應用范圍會受到一定的限制。

5.小結

對于管道來說，防腐蝕工作必須要做好，因此陰極保護就顯示出了它的重要作用。該技術在我國的發展有高有低，在石油管道方面陰極保護工作做的相當不錯。現在，中國的科技不斷發展，陰極保護技術也有了很大的提高，在國際上有了一定的地位。雖然進步很大，但是不得不承認在這方面我們還有很多不足之處，比如軟件和設備方面都跟不上。

參考文獻

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