埋地钢质管道阴极保护效果评价与优化方法

埋地钢质管道阴极保护效果评价与优化方法

赵彬

嘉兴市天然气管网经营有限公司 浙江嘉兴 314000

摘要：本文探讨了埋地钢质管道阴极保护效果的评价与优化方法。首先，概述了阴极保护的基本原理及其对埋地钢质管道的重要性。随后，详细阐述了阴极保护效果的评价指标和评价方法，并提出了相应的优化措施。通过案例分析，展示了优化措施在实际应用中的有效性和实用性。

关键词：埋地钢质管道；阴极保护；效果评价；优化方法

埋地钢质管道是一种重要的运输工具，在能源，化工和石油工业中有着广泛的应用。但由于土壤环境复杂，管道往往面临腐蚀威胁，影响管道安全性及使用寿命。阴极保护是埋地钢质管道防腐的有效技术。本论文研究目的在于探索阴极保护效果评价及优化方法，以期对管道安全运行起到理论支持及实践指导作用。

一、埋地钢质管道阴极保护效果评价的基本原则和重要性

（一）外加电流的施加

对埋地钢质管道进行阴极保护，一个基本的原理就是外加电流的作用。土壤环境下金属管道易因电位差而成为电化学腐蚀阳极而受到腐蚀破坏，阴极保护技术是为改变这一不良电化学状态而采用外加电流将管道表面变为阴极以减少甚至消除腐蚀倾向。阴极保护系统的关键部件之一就是恒电位仪。恒电位仪可以对管道电位进行监测和调节，保证管道时刻保持在稳定负电位。恒电位仪经与管道相连的辅助阳极向土壤导入直流电构成电流回路。该电流回路在管线表面形成负电位区域使管线变为阴极以抑制腐蚀反应。施加外加电流是基于电化学“阴极保护效应”原理。金属管道变成阴极后，表面电子增加，使金属离子很难释放到管道表面，又使腐蚀速度下降[1]。另外，阴极保护可以抑制阴极析氢反应的发生，从而避免了管道周边土壤环境酸化，并进一步减小了腐蚀风险。实际使用时，外加电流的施加需依据管道具体情况及环境条件来调节。如必须综合考虑土壤电阻率，管道长度和涂层状况才能保证阴极保护系统的最佳性能。同时，还需要定期对阴极保护系统进行检查和维护，以确保其长期稳定运行。

（二）预防土壤腐蚀

土壤腐蚀对埋地钢质管道构成了重大威胁。土壤中所含的水分，氧气和多种电解质离子等多种因素的综合影响使管道表面极易受到电化学腐蚀。土壤腐蚀不但会使管道壁厚变薄，强度下降，而且会诱发泄漏事故的发生，给环境及人类的安全带来威胁。阴极保护技术是预防土壤腐蚀行之有效的方法，对埋地钢质管道起到了至关重要的作用。施加外加电流后，阴极保护可以使管道表面电化学状态发生变化，从阳极变为阴极，抑制腐蚀反应。该保护方式因其费用低廉，效果良好，维修简便而被广泛用于石油，天然气和水的运输。除了采用阴极保护措施之外，还有其他方法可以用来避免土壤受到腐蚀。如管道表面涂有防腐涂层、加有管、土隔离层等；管道四周布置阴极保护用牺牲阳极，通过阳极材料电化学活性消耗周围环境腐蚀介质；管道的定期检验与修复，腐蚀问题的发现与治理。这些措施结合阴极保护技术可构成多层次防护体系以增强埋地钢质管线防腐能力。

（三）确保管道运行

埋地钢质管道是石油，天然气及其他能源输送的主要渠道，管道的安全平稳运行对国家能源安全及经济发展有着十分重要的意义。阴极保护技术是保证管道运行最主要的方法之一，具有不可忽视的现实意义。一是阴极保护技术可以明显地延长管道使用寿命。采用预防土壤腐蚀、阴极保护等措施可延缓管道壁厚变薄、强度下降的速率，进而提高管道使用寿命。对降低管道更换及维护成本，提高能源输送效率有着十分重要的意义。

二是阴极保护技术能够减少管道泄漏事故发生的危险。在管道泄漏事故中，腐蚀是一个很重要的因素。施加外加电流和阴极保护均能抑制腐蚀反应，减小管道泄漏风险。它在保证能源安全，防治环境污染等方面起着举足轻重的作用。最后阴极保护技术也是环保的。传统防腐涂层和其他材料在应用时可能产生有害物质污染环境。并且阴极保护技术是利用电化学方法达到防腐的目的，不需要用到有害物质，在环保方面有优势。

二、埋地钢质管道阴极保护效果评价与优化的方法

（一）极化电位测量法

评价埋地钢质管道阴极保护的效果，通常采用极化电位测量法来准确地进行测量。这种方法是通过检测管道表面极化电位，从而对阴极保护系统进行性能评价。极化电位为外加电流时管道表面与参比电极之间电位变化值的大小，直接体现出管道表面对腐蚀反应抑制程度[2]。极化电位测量法实现流程包括选取适当参比电极，设定测量点、测量周期等，参比电极一般选用比较稳定的铜/硫酸铜电极或者银/氯化银电极来保证测量结果精度，测量点要沿管道布置，尤其要靠近易腐蚀区域及阴极保护系统等重要区域。测量周期视管道实际情况及保护需求而定，通常按季或按年测量。测量时要求用数字万用表、电位计等高精度电位测量仪器。先使参比电极接触管道表面并记录其初始电位值。再通过阴极保护系统对管道表面进行外加电流的作用和一定时间的等待来实现管道表面的平稳。最后重新测得管道表面电位值和极化电位值，极化电位值直接体现阴极保护系统作用，通常情况下极化电位值越负越有利于阴极保护，根据国内外标准和工程实践，通常认为极化电位值在-850mV（与铜-硫酸铜参比电极比较）以上时，管道表面处于良好的保护状态。极化电位值小于此值时可能需调节阴极保护系统参数或者增加辅助阳极个数来改善保护效果。除此之外，极化电位的测量方法也能与其他评价指标一同进行全面的综合评价。比如可对极化电位值分布及变化趋势进行分析来判断阴极保护系统是否均匀稳定。同时可考虑土壤电阻率和管道涂层状况对阴极保护的影响。

（二）电流密度测试法

电流密度测试法为评价埋地钢质管道阴极保护效果提供了又一重要手段，该法通过检测管道表面电流密度定量阴极保护强度以更加精确评价保护效果，电流密度测试法实现流程包括选用适当电流测量仪器，设定测量点，测量周期等步骤。电流测量仪器一般选用高精度电流计或者电流表来保证测量结果精度，测量点要沿管道布置，尤其要选择阴极保护系统中重要区域及易腐蚀区域。测量周期也是依据管道实际状况及保护需求来决定，测量时首先要求电流测量仪器接触管道表面并记录下初始电流值，再通过阴极保护系统对管道表面进行外加电流的作用和一定时间的等待，实现管道表面的平稳[3]。最后重新测得管道表面电流值和电流密度值，电流密度值直接体现阴极保护系统是否牢固，通常情况下电流密度值愈大，表明阴极保护强度愈大，抑制管道表面腐蚀效果愈好。从国内外标准及工程实践来看，一般认为当电流密度值达到一定范围时管道表面保护状态较好。电流密度值在此范围内较小时，可能需调整阴极保护系统参数或者添加辅助阳极个数，改善保护效果，除此之外，电流密度的测试方法也能与其他评价指标结合，以进行全面的综合评价，比如可对电流密度值分布及变化趋势进行分析来判断阴极保护系统是否均匀稳定。同时可考虑土壤电阻率和管道涂层状况对阴极保护的影响。对多项指标进行综合分析可对阴极保护系统性能进行较为全面的评价。

结束语

通过开展埋地钢质管道阴极保护成效评价及优化方法研究，能够为管道安全运营提供有效保证。展望未来，伴随着科技的持续发展和防腐技术的进步，阴极保护技术在管道防腐方面将扮演更为关键的角色。

参考文献

[1]张魁,杨绪运,孙涛,刘哲,于小欢,刘文涛,王新华.基于FPGA的埋地钢质管道牺牲阳极智能阴极保护系统研制[J].管道技术与设备,2023(05):44-51.

[2]贺小刚,杨广,花云龙.交流杂散电流对埋地钢质管道阴极保护电位的影响[J].管道技术与设备,2023(04):22-26.

[3]温宁华,吴广春,张瑶,赵芸黎,兰旭,王修云.埋地钢质管道阴极保护的研究进展[J].材料保护,2022,55(12):177-184.