埋地输油管道阴极保护技术研究.doc

1、1埋地输油管道阴极保护技术研究摘要：我国石油、天然气资源长距离输送主要依靠埋地管道来实现，长距离大口径的金属管道埋入地下必然要遭受严重的腐蚀。目前国内外埋地钢质管道广泛采用阴极保护防护技术。本文详细介绍了阴极保护防护技术的基本原理及基本参数，并对当前国内外阴极保护技术的发展状况进行了系统介绍，并调研了未来的技术发展方向。 关键词：埋地金属管道防腐阴极保护 我国石油、天然气资源长距离输送主要依靠埋地管道来实现，埋地输油管道运输方向不受限制，比公路、铁路、水运等运输方式安全、有效、运输费用低，是目前最主要的油气运输方式。但埋地输油管线大多以钢管为主，长距离大口径金属管道埋入地下后必然要遭受严重的腐

2、蚀。目前，国内外埋地钢质管道广泛采用阴极保护防护技术。 1、阴极保护技术 金属发生腐蚀的实质是金属与周围环境发生电化学反应。金属腐蚀时失去电子被氧化成为金属阳离子。 腐蚀反应的阳极反应为： 阴极反应为： 金属电化学腐蚀必须具备的 4 个条件：（1）必须有阳极和阴极；（2）阳极和阴极之间必须存在电位差；（3）阳极和阴极处于有流动自由离子的同一电解质中， ；（4） 有电路连接。 2根据金属腐蚀原理，为减缓腐蚀，有效的途径是减小或消除阴阳两极间的电位差。实现阴极保护的方法主要有两种。 1.1 外加电流阴极保护法 外加电流阴极保护法是将直流电源的负极连接到被保护的金属，利用外加电流对金属进行阴极极化（

3、如图 1）1。 图 1 外加电流阴极保护原理示意图 进行阴极保护时，用辅助阳极将保护电流传递给被保护金属，被保护金属在大地电池中成为阴极，表面只发生还原反应，不发生氧化反应，从而抑制被保护金属的腐蚀。 1.2 牺牲阳极保护法 牺牲阳极保护法是在被保护金属上连接一个如镁阳极、锌阳极或铝阳极等电位更负的金属作为阳极，使之与被保护金属在电解质溶液中形成大电池，连接的金属作为阳极被腐蚀消耗掉，被保护的金属则为阴极，进行阴极极化，降低腐蚀速率。 （如图 2） 。 图 2 牺牲阳极阴极保护原理示意图 2、阴极保护基本原理 图 3 阴极保护原理的极化图 阴极保护原理用腐蚀电极的极化图进行解释。由图 3 可看

4、出，Ea 为金属腐蚀阳极初始电位，Ec 为金属腐蚀阴极初始电位。未通外电流前，阳极极化和阴极极化曲线交于点 S，点 S 电位为腐蚀电池的自腐蚀电位Ecorr 与自腐蚀电流 Icorr。在腐蚀电流作用下，金属表面阳极不断发生腐蚀破坏。对金属施加阴极电流进行阴极保护，金属自腐蚀电位向下方3移动，当金属总电位负移到 Ep，所需极化电流为 Ic，Ic 由两部分组成，一部分是外加电流的（相当于 BC 线段） ，另一部分是阳极溶解产生的电流（相当于 AB 段） 。如图可见阳极溶解的电流小于 Icorr，表明金属得到保护。外加阴极电流继续增大，则金属电位变得更负。当金属极化电位负移到阳极初始电位 Ea 时，

5、腐蚀电流趋于零，则金属完全保护，此时外加电流就是使金属达到完全保护所需电流2。 3、阴极保护参数 3.1 最小保护电位 最小保护电位是阴极保护时金属表面得到完全保护时的电位。在实际生产中，为兼顾保护程度和保护效率，给出了一个保护电位范围，允许金属在保护电位下以不大的速度进行均匀腐蚀3。我国国家标准规定了不同类型金属构筑物在水中和埋地的保护电位范围（见表 1） 。 3.2 最小保护电流密度 在阴极保护中，当被保护结构达到最小保护电位时，所对应的保护电流密度称最小保护电流密度。最小保护电流密度受金属的表面状态、环境条件及被保护金属种类等多种因素的影响4。常见金属构件最小保护电流密度见表 2。 4、

6、埋地管道阴极保护技术发展现状 1823 年，英国学者 Davy 用锌作为牺牲阳极来防止固定木船铜包皮的铁螺钉的腐蚀，开始了现代腐蚀科学中阴极保护技术的研究。1890 年，爱迪生尝试用外加阴极电流保护船舶，然而，由于当时没有合适的阳极材料和电源设备，他的设想未能成功。1902 年，K.Cohen 成功将外加直4流电流应用于阴极保护。1906 年，Herbert Geppert 建成了第一个管道阴极保护站，并于 1908 年 3 月 27 日申请了第一个有关外加电流阴极保护的德国专利5。如今，阴极保护技术经过 190 多年的发展，广泛应用于地下管道、埋地储罐、舰船、码头海洋平台等设施，是一项实用、

7、有效、简便、经济的金属防蚀措施。 我国阴极保护技术发展得比较完备，但阴极保护检测评价技术还比较落后，主要表现在以下两个方面：（1）测试方法落后，长输管线管地电位测量，普遍采用埋设测试桩来测量，这种方法在测量过程中，存在着土壤及防护层 IR 降的影响，因此，通过近参比或地表法测量的极化电位，并不是真实的管道保护电位，致使长输管道局部管段实际上处于欠保护状况。 （2）在电位测量的准确性与完整性上都需要进一步提高，部分管道基 本人工测量，没有自动通/断电系统，测得的是通电电位，含有 IR 降，这不符合现行标准要求。在遥测方面，国内也在大胆探索，但因路线和水平所限，进展缓慢。针对目前这些现状，未来阴极

8、护技术的发展大致朝以下几个方向发展6：（1）实现阴极保护的计算机辅助设计、构建保护系统数学模型，优化保护参数实现对阴极保护效果的科学预测与评估。 （2）开发研制对环境污染小、寿命长、稳定性好、高性能辅助阳极材料；（3）输出功率高、体积小、环保、节能的阴极保护系统电源的应用；（4）建立阴极保护自检测系统，以实现对阴极保护系统的远程监测与控制。 参考文献： 1 严大凡， 翁勇基， 董少华. 油气长输管道风险评价与完整性5管理M. 北京： 化学工业出版社， 2005. 45-53. 2 邓津洋， 马夏康， 引谢平.长输管道安全 M. 北京： 化学工业出版社， 2004. 68-69. 3 郭明. 阴极保护技术的研究与应用D. 大庆石油学院硕士论文，2006.8-13. 4 黄永昌. 电化学保护技术及其应用 J. 腐蚀与防护，2000，21（4） ，191-193. 5秦国治， 丁良棉， 田志明.管道防腐蚀技术M. 北京： 化学工业出版社， 2003. 6胡士信管道阴极保护技术现状与发展J.腐蚀与防护，2004，25（3）：92-98.