解析输油管道阴极保护防腐技术

摘要：随着我国经济的发展，石油的开采和使用不断增加，输油管道的管线数量也随着增多，其防腐问题也越来越受到有关部门科研人员的重视。在管道的防腐过程中，阴极保护法具有较好的防腐效果，得到了广泛应用。本文对于输油管道阴极保护防腐技术国内外发展现状及方法进行了分析和探讨。

关键词：输油 管道 阴极 保护 防腐

中图分类号：TE973文献标识码： A

1 国内外发展现状

腐蚀是金属和所处导电环境，发生电化学反应而导致的一种破坏蚀。造成管道腐蚀的主要原因有：管道自身的性质，比如材质、选料等方面会影响腐蚀程度；管道所处土壤环境、地形不同，例如土壤潮湿、悬空管道的应力腐蚀、土壤电阻率低等等；施工不当，例如在输油管道深埋入地下之前，已经造成管道的防腐层破换，安装过程中的违规操作使得管道应力集中。当管道防护层破坏时，表面就首先会老化，然后发脆、剥离，最后脱落造成破坏，使管道接触外界介质产生越来越严重的腐蚀现象，造成“小阳极和大阴极”，使防腐层损坏处产生点蚀，腐蚀加速最终产生孔蚀破坏整个管道，一般输油管道点蚀较为严重，严重时会造成管道壁厚逐渐变薄、强度降低、出现裂纹，造成原油的泄露。阴极保护是根据电化学腐蚀原理，在管道上连接一种比管道金属电位更低的金属为牺牲阳极或给管道加外电流为强制电流法，当管道受到阴极极化时，电位会负移到阳极平衡电位，消除了电化学产生的作用，达到保护管道的目的。

目前，阴极保护技术在国内外已被广泛应用，近年来我国不断研究金属阴极保护，特别在工程应用中越来越广泛，相关部门也制订了管道施加涂层防腐和阴极保护的相关法令条文。由于设计、施工和外界干扰等因素，我国管道的腐蚀保护率仅为78.3%。美国环保局已经对于地下储罐、输油管道等的腐蚀泄漏导致的污染问题，下达指令要求埋地储罐和多数输油输气管道，必须实施阴极保护等防腐措施。为适应不同环境下的阴极保护，阴极保护的产品逐渐变的多样化，如恒电位仪、恒电流仪、恶劣地区无电情况下阴极保护电源用的整流器等，产品质量好，使用寿命长。

2 阴极保护防腐技术

阴极保护技术的发展主要表现在：外加电流保护下的变压器―整流器等电源运转类型、模式；阴极保护数据的采集、储存和分析。牺牲阳极和强制电流法是阴极保护两种重要方法，以强制电流法为主、牺牲阳极为辅的阴极保护法适用于直径较大的长输油管道：当在一个回路中串接直流电源，再借助辅助阳极，将直流电通向被保护管道，这样强制电流阴极保护技术就能够使得保护金属变成阴极。对输油管道进行阴极保护防腐时，其必须具备一定条件：腐蚀介质必须是能导电的，在其导电环境下才会形成电化学原理；管道所在环境必须适合阴极极化的进行，只有这样才能使极化曲线变化分析腐蚀速率的变化；要考虑管道几何上的“屏蔽作用”，尽量防止不均匀性保护电流的存在，不均匀时会造成局部腐蚀较为严重；只有管道上的电流均匀性良好，才能更好的测试防腐过程中参数的变化情况，进行更好的定性、定量防腐。

2.1 牺牲阳极法

牺牲阳极材料保护是用阳极材料的腐蚀来替换管道、设备金属的腐蚀，将还原性较强的金属作为阳极，与管道相连构成原电池，阳极材料发生氧化反应而被消耗减少，从而达到延长管道、设备的使用寿命，提高安全性和经济性。阳极材料包括阳极和辅助阳极材料，最新的阳极材料有：Mg-Mn、Mg-Al、Zn -Sn、Zn-Hg 和 AI-Zn-In 合金等等；常用的新型辅助阳极材料有氧化铁材料、铝银合金材料、镀铂钛材料、混合金属氧化物材料。合金中镁密度小、电位低、极化效率低、适合在土壤电阻率高的土壤工作；锌合金阳极自腐蚀程度低、极化效率高、寿命长，常在酸性和碱性土壤使用；铝电位介于镁和锌之间，表面极易钝化，常以 Zn-Al、Al-Hg合金方式使用。目前，应用的阳极材料在不断改进、更新，但是整体阳极材料存在这几个问题：阳极材料的自身调节能力差；在特殊环境下，可能出现极性逆转；辅助阳极的气阻值较高；发生屏蔽，影响阴极保护。阴极保护技术的不断发展，推动牺牲阳极材料的多样性和完善性。

2.2 强制电流法

强制电流法可提供较大的保护电流，具有保护距离长、方便调节电流和电压、使用范围广，主要适用于长输油管道以及当杂散电流引起的管地电位变化超越牺牲阳极的保护能力的情况。该方法是利用恒电位仪，将电流通过阳极输人到管道速出土壤中，流动到金属管道，从管道上连接的阴极电路汇流到恒电位仪，相应地变化电流输出值，把变化的电位稳定在控制电位范围，使通电点位置电位保持稳定，起到改变阴极电位实现阴极保护。目前应用的恒电位仪主要有：磁饱和放大式、大功率晶体管式、DC/DC 变换器式和高频开关逆变式恒电位仪等。强制电流法主要设施有：直流电源、辅助阳极、输油管道和一些附属设施等。强制电流法通过外加电流来改变金属的极化曲线，分析极化曲线变化，改变电位达到降低电化学腐蚀的效果，与阳极材料法相比系统较为复杂。在管道阴极保护中，应考虑以下几个因素：确定合理的输入电压、电流，防腐效果达到最佳；确定整个回路的电阻，有利于定量分析；确定辅助阳极的各个参数，如材料、距离、数量以及合理安装；选定参比电极。强制电流法的优点在于保护电压变化可调，可适应一些特殊情况；不受土壤电阻率限制；测试位置设置较少且测试仪安装方便。不足之处是必须有外部电源；任何情况必须与整流器正极相连，与土壤接触的连接件必须采用电绝缘；对附近的金属设备工作干扰较大；安装过程、调试比较复杂等。

2.3 附加绝缘层

一般而言，管道外表面保持干燥，就很难有电化学发生的环境，就不会出现均匀腐蚀的现象。涂漆防腐就是基于此原理将管线外表面跟土壤环境隔离，加阴极保护作用，腐蚀现象就不易发生。所以涂层材料在阴极保护中至关重要，阴极保护是利用涂层中具有牺牲特有金属的腐蚀为管道表面提供防腐保护层的方法。当漆膜保护层的管道表面与电解液发生接触时，漆膜中的对应金属首先被腐蚀，避免管道表面首先腐蚀。因此，阴极保护事实上是在管道物理隔离失效以后，对金属外表面的补充防腐保护。

管道的涂漆保护过程中，在考虑管道土壤腐蚀环境和外表面温度的同时，还得考虑到以下几点问题：（1）含锌类涂层禁止用于奥氏体不锈钢的管道或设备；（2）含锌类涂层的锌含量必须保持一定值，否则会影响进行阴极保护；（3）聚氨脂涂层不能直接涂在多孔、粗糙的管道表面。

3 结论

本文对输油管道腐蚀情况与其阴极保护理论的具体联系进行论述，综合工程实际并分析，因为影响阴极保护的因素很多，所以选择阴极保护时，应综合考虑。对于管道规模较大、土壤电阻率高、被保护管道的覆盖层较差时，应选用外加电流保护方式。通过理论与实践结合得出以下结论：（1）在现有理论的基础上，进行材料腐蚀机理和管道材料的深化研究，进一步完善腐蚀计算模型提高预测的准确性，定量防腐；（2）对不同环境下的输油管道，在实施强制电流法时，要特别注意电流大小的控制、测试距离选取、测试误差的合理分析等等；（3）对于深埋地下的输油管道，应采用外加防腐绝缘层和阴极保护法联合使用，因为阴极保护是在管道物理隔离失效以后，对金属表面的补充防腐保护。这样才能使管道防腐取得更好的效果；（4）对管道从施工到防腐整体考虑，因为外加防腐绝缘层是在管道安装过程中进行的，而阴极 保护是在输油运行过程中进行，所以在管道设计初期要全面分析腐蚀原因，科学合理的优化、设计防腐方案来降低的损失。

参考文献

[1]李晓星. 阴极保护原理与新技术[J]. 合肥学院学报,2006, 10(16): 51-53.