新型柔性带状阳极在某埋地钢制管道防腐的应用

【摘　要】外加电流阴极保护是工程管道防腐的重要手段，辅助阳极是保护系统中及其重要的组成部分。由于目前国内常规牺牲阳极大多为铸造成型，且性用范围较为局限，因此本文介绍一种新型柔性带状阳极，其应用范围较广，性能更强，本文通过分析其实际应用情况，进一步证明其先进性。

【关键词】阴极保护；管道防腐；牺牲阳极

1.管道防腐与外加电流阴极保护

1.1管道腐蚀与防腐

各种埋地管道是现代工业石油气输送的主要途径，是油气田建设和工业体系建设的重要内容。随着我国各大型管道输送网络的建设与扩大，大型埋地管道的防腐显得尤为重要。卖地管道在地下容易受到来自各个方面的腐蚀[1]，总体说来分为以下几类：

（1）管道外微生物腐蚀。管道外的土壤中一些微生物生长过程常伴有各种氧化还原反应，会造成管线的腐蚀。

管道外土壤腐蚀。土壤中含有的水分以及盐离子，会在土壤和管线表面构成原电池，发生电化学反应，造成腐蚀。

（2）管道外杂乱电流腐蚀。大地中存在着各种杂乱电流，会造成管线和土层的电位差，形成电化学反应，造成腐蚀。

（3）管道内H2S腐蚀。管道内流体所含H2S具有极强的腐蚀性，且由于H2S的渗氢作用，导致钢材发生氢脆，影响管道安全性能。

目前针对管道腐蚀，主要防腐手段有[2]管道外涂层防腐、管道内缓蚀剂防腐、管道内涂层防腐以及外加电流阴极保护法等。

1.2外加电流阴极保护法

外加电流阴极保护是指通过在管道外提供外加电源从而保证所需要的外加电流，是被保护的管道成为电化学反应的阴极，而选用特定材料作为牺牲的辅助阳极，从而达到保护管道不受腐蚀，增加管道使用寿命的防腐方法。目前，外加电流阴极保护已经最为有效地管道防腐方法。

外加电流保护系统[3]一般由以下几个部分组成：（1）恒电位仪；（2）辅助阳极地床；（3）参比电极；（4）接地电池保护器；（5）测试桩；（6）导线。如下图1所示。

图1　管道外加电流阴极保护系统示意图

2.新型柔性带状阳极及其应用

2.1外加电流牺牲阳极

牺牲阳极是靠自身发生电化学腐蚀而保护阴极材料提供阴极保护电流的材料。在牺牲阳极主要发生的电化学反应为：

2H2O—O2+4H2+4e （1）

被消耗掉的阳极会导致地层中氯气的生成。其反应方程为：

2Cl-—Cl2+2e （2）

在地下设施中阳极反应海报扩它本身的电解溶解。

目前，国内大量使用的辅助阳极材料大多数为铸造成型的大尺寸锭状、棒状、网状阳极，其形状较为单调，尺寸较大，且应用过程中对管道要求较多，仅限于应用于低电阻率和防腐涂层优良的管道上，对于管道的外加电流阴极保护技术造成的限制。因此，为提高外加电流保护应用范围，增强其工作效率，本文介绍一种新型柔性带状阳极材料。

2.2新型柔性带状阳极及其应用

此新型柔性带状阳极有美国瑞侃公司开发，不同于常规镁材料，采用导电塑料制成，导电材料包裹在铜芯外层，外层再包覆焦炭粉填包。其结构如下图2所示。

图2　新型柔性阳极材料示意图

新型带状阳极能够大大提高保护效率，解决阴极保护中经常出现的干扰问题、高电阻率问题等。

实际应用:

某油田推广该阳极材料应用到其输油管道工程，其柔性阳极一个分为3组，每组材料长度为1000m，单位重量为0.33k/m，高电位为柔性阳极，截面积：19x9.5mm；实际电容量330A.h/m。安装阳极采用并联方式，与输油管道相隔20cm平行铺设，在外加电流保护系统中每相邻的两根测试桩安装两根长度为250m的带状柔性阳极，布置示意如下图3。

图3　某油田地下管道阴极保护阳极布置示意图

其测试站监测数据如下表1。

表1　各站该系统各站测量自然电位数据表（单位：V）

表中数据显示，各点保护电位较自然电位明显负移，达到了阴极保护的要求。半年之后进行抽检测试，结果表明其性能良好，根据现场测试结果按每千米阳极材料输出电流1A计算，该材料寿命可达32年。

此种柔性带状阳极，其应用范围较广，性能更强，本文通过分析其实际应用情况，进一步证明其先进性，建议在各地下埋藏管道系统广泛采用。

【参考文献】

［１］卢绮敏.石油工业中的腐蚀与防护[M]．北京化学工业出版社.2001,38~70．

［２］徐赣川，杜磊．防腐涂料在石油天然气管道中的应用[J]．上海涂料，2008，46(6)：23～26．

［３］翁永基.阴极保护电位分布体系阳极位置优化的研究[J].腐蚀科学与防护技术，1999,11（33）．