浅谈阴极保护之柔性阳极的应用

【摘要】柔性阳极可有效应用于覆盖层老化的旧管道、 错综复杂的管网和储罐罐底板外壁的阴极保护中；长距离、小间距平行的管道、高电阻率环境等。以其辅助阳极材料的特点具有良好的电化学性能、输出电流和保护电位分布均匀、耐电流冲击能力强、寿命长、可靠性高、耐防腐蚀安装方便等优点。

【关键词】柔性阳极 阴极保护 高电阻 输出电流 保护电位 腐蚀

柔性阳极亦称缆形阳极，早期主要解决覆盖层老化的老龄管道的阴极保护问题，目前广泛应用于新建和已建管道及储罐的阴极保护中。柔性阳极中辅助阳极材料主要有导电塑料、MMO/Ti（混合金属氧化物）和铂铌合金三种。 其中，采用导电塑料为辅助阳极的柔性阳极具有安装方便，配套技术完善，价格合理的特点，使用最为广泛。

1 实地应用

结合四川山区的地理地貌在普光气田，P304～P202集气管段，采用MMO/Ti 柔性阳极作为阴极保护系统的辅助阳极。普光主体地面集输工程2号～3号线连通线管道起于P304站场，止于P202站场，管线自P304集气站出站后，沿着半山破敷设至P202集气站，管道全长约2.8km，海拔高程在360～490m之间，桩号PL23-01～PL23-26，地貌属丘陵及丘陵间冲沟谷地地貌，地层表层为第四纪风化岩残积土，呈粉质粘土状，部分含较多破碎基岩块，部分地段基岩直接出露，为强～中等风化粉砂质泥岩，局部为砂岩。地下水水位较深，在勘探深度范围内未见。该段由于冲沟发育，部分呈“V”型，故布设跨越1处，穿越位置与名称分别为：桩号PL23-16～PL23-18为冲沟跨越。穿越处详细岩土工程参数详见跨越岩土工程勘察报告。沿管道全线同沟敷设柔性阳极，有效避免管道周围地下金属构筑物的影响，确保阴极保护电流的均匀。分别在P304集气站出站处、管道跨越处采用阳极电缆将各段间柔性阳极进行连接，柔性阳极与阳极电缆采用专用柔性阳极接线盒连接，桁架跨越处的阳极电缆采用钢套管进行保护，绝缘电缆相链接.柔性阳极的连接包括柔性阳极与柔性阳极的连接与防腐、柔性阳极与阳极电缆的连接与防腐，主要连接方式为I型连接、T型连接，柔性阳极两端需采用热收缩带或绝缘胶带密封。现对其技术特点和应用情况总结出以下几点供同道参考。

2 柔性阳极的发展

阳极从20世纪 80年代问世后，迅速得到认可并全面推广，在 1990年美国第 40 届管道腐蚀会议上，就有多家公司计划用柔性阳极解决传统方法保护不方便。目前，柔性阳极已在美国、欧洲、俄罗斯、印度及伊朗等国家，以及我国石油、石化及电力等行业全面推广应用，并纳人世界各权威防腐行业标准中。

3 设计计算调试及验收

3.1 保护电流的确定

根据保护管道的防腐层状况，选择保护电流密度，用保护面积乘以电流密度得到；对于旧防腐层，通过馈电试验实现不了时，保护电流密度可取 l ～3 m A/m 。

3.2 阳极长度的确定

阳极长度是指从汇流点算起的阳极最大长度。根据工程经验，对旧管道和覆盖层破损严重的管道敷设，建议阳极敷设长度与管道等长；对于新建管道，可以采取间断敷设，既节省了投资也能达到良好的保护作用。

3.3 回路总电阻的确定

保证整个长度上提供电流分布并保证分布均匀，回路长度的最大值可以通过汇流点开始算起就可以得到阳极的最大长度。以后的电流馈电点可以根据回路长度的最大值来算。

3.4 选取配件，以接线的方式作为依据

柔性阳极最佳的填充材料是焦炭粉，要选择含碳量大于百分之八十五，颗粒度小于3mm的最为合适。

3.5阴 极保护调试前应对管道自然电位、土壤电阻率进行测试，并做好记录，做为竣工资料提交给建设单位

3.6 阴极保护设备和以太网投运后，应对测试桩数据采集及传输等功能进行检查。并对远程检测系统的测试数据与人工测试数据进行核对

3.7 阴极保护系统投运后，应对管线保护电位进行测量，应符合GB/T 21448中的相关要求

（1）管道阴极保护电位（即管/地界面极化电位）应为-850mV（相对于铜/饱和硫酸铜参比电极，消除IR降后）或更负。

（2）阴极保护状态下管道的极限保护电位不能比-1200mV（相对于铜/饱和硫酸铜参比电极，消除IR降后）更负。

（3）在厌氧菌或SRB及其他有害菌土壤环境中，管道阴极保护电位应为-950mV（相对于铜/饱和硫酸铜参比电极，消除IR降后）或更负。

（4）在土壤电阻率100Ω・m至1000Ω・m环境中的管道，阴极保护电位宜负于-750mV（相对于铜/饱和硫酸铜参比电极，消除IR降后）；在土壤电阻率大于1000Ω・m环境中的管道，阴极保护电位宜负于-650mV（相对于铜/饱和硫酸铜参比电极，消除IR降后）。

4 安装技术

4.1 测试电缆的敷设

（1） 测试电缆的敷设应符合GB 50217的规定；柔性阳极应与管道同沟敷设，安装在管沟底部实现不了时，保护电流密度可取l～3 m A。

（2） 测试电缆采用铝热焊与管道连接。焊接前应将管子绝缘层除去，边缘切成坡口形，坡角

（3）电缆焊接完后，地面、地下（10%伸缩余量）均应留足余量，以防土壤下沉时拉断电缆。在测量点旁应将电缆敷设成一个大的蝴蝶结，并用封口胶带将其固定在管子上，以减轻拉力。

（4）电缆焊后应除去焊渣并对焊点进行牢固性试验。合格后方可进行密封防腐处理。首先清除干净焊接处的焊渣等杂物，采用粘弹体防腐胶泥对防腐层缺陷处进行填充，再用100mm宽粘弹体防腐带贴补紧密，确保其与补伤处防腐层搭接不小于100mm，最后再用补口热收缩带外包覆。

（5）焊接位置不应在弯头上或管道焊缝两侧200mm范围内。

5 应用的领域可以概括

（1）长输管线或集输管线的局部管段涂层严重劣化，在该段要求较大的保护电流才能达到正常的阴极保护电位，井要求防止对邻近的管段或邻近通电点的局部管线产生“过保护 ”即涂层剥离 ）；因此对涂层严重劣化的局部管段采取柔性阳极的阴极保护是一项可行的方案，既可以达到要求的正常保护.又可以避免对涂层由于“过保护造成的阴极剥离”；同时对于面临大修的老管线，采用柔性阳极的阴极保护是延长管线运行寿命的有效措施。

（2）油罐罐底的阴极保护一直较难达到要求.原因是油罐所在的区域一般是高电阻率的地带.而且受气候变化的影响，该地带的土壤电阻率经常发生变化，采取普通强制电流集中式阳极的阴极保护，虽然可以通过调整输出电压暂时得到所需的保护电位.但易产生“过保护”的危脸，而且容易造成电流分布的不均匀，罐底有些地方经常“欠保护”；采取牺牲 阳极的阴极保护虽然不会造成“过保护”，但“欠保护”现象十分明显，而且由于牺牲阳极的寿命较短，更换牺牲阳极往往是十分困难的，故采用普通强制电流集中阳极与牺牲阳极的阴极保护都是不可行的 ；而采用柔性阳极的阴极保护，对罐底既可以达到要求的保护水准，又可以长期有效地安全工作。

（3）在沙漠、山区新建管线（或现有管线）阴极保护一直是难题，在沙漠、山区环境下土壤的

高电阻率严重阻碍了阳极的电流输 出，巨大的“IR ”降造 成被保护 管线达不到 正常 的保护电位，加大电压虽然可使局部区域的保护电位得到提高，但对邻近通 电点 区域 易“过保护”，对管线涂层十分有害。因此在管道沿线埋设柔性阳极，既 可以提供均匀的保护 电流达到要求的保护电位，又可以避免“过保护”。

（4）对于站场或管线集中区域.预防杂散电流干扰腐蚀也是腐蚀保护工作经常遇到的，而

采用柔性阳极的阴极保护既可以避免产生干扰电流.叉可以有效地防止外来干扰电流的腐蚀，达到阴极保护要求 。

（5）柔性 阳极 的阴极保护对 于多条平行管线的保护具有很大的经济效益；将柔性阳极的阴极保护与集中阳极阴极保护联合采用，既可解决局部管段像护达不到要求的难题，又可以有效地杜绝 过保护”现象。

6 总结

由于M M O柔性阳极的技术特点，其在储罐底板外表面、埋地密集管网和特殊管段的阴极保护方面，表现出了巨大的技术优势。因此，有效地推动其在我国的应用；对于促进阴极保护技术的发展，发挥其有效的腐蚀防护作用，有着较大的现实意义。

参考文献

[1] 戴家齐.管道跨越结构的分类及选型[J].油气储运，1999（05）

[2] 胡士信.管道阴极保护技术现状与展望[J].腐蚀与防护，2004（03）

[3] 徐乃欣，邱枫，张承典.阴极保护系统中电位分布的数值计算[J].腐蚀与防护.1995（06）

[4] 龙学渊.埋地管线阴极保护站输出参数调整研究[D].西南石油大学，2007

[5] 王长勇.基于阴极保护的埋地钢质管道外覆盖层缺陷检测与评价方法研究[D].北京工业大学，2007

[6] 孙正国.储油罐顶对壳的弱连接结构[J].油气储运，1991（01）

[7] 邱于兵，王昊，郭稚孤.油井套管方波脉冲电流阴极保护模拟研究[J].油气田地面工程，2000（06）

[8] 韩兴平.阴极保护有效性评价技术的应用研究[J].全面腐蚀控制，2002（05）