目前陰極保護與涂層協(xié)同保護已經(jīng)廣泛應(yīng)用于管道的腐蝕防護上。防腐層作為管道防護的第一道防線，將管道與腐蝕性介質(zhì)隔開，并且保護管道不受外力機械損傷；而當(dāng)防腐層出現(xiàn)破損時，此時陰極保護作為第二道防線，保證管道破損處不受腐蝕影響。陰極保護主要包括外加電流陰極保護和犧牲陽極陰極保護。對于不同防腐層的管道來說，SY/T 0036中指出了所需要的最小陰極保護電流密度：就目前應(yīng)用廣泛的3PE防腐層（1 MΩ·m2）來說，金屬管道保護需要的陰極保護電流密度小于10 μA/m2。

一方面，防腐層極大地減小了陰極保護系統(tǒng)的輸出電流；另一方面，由于較高的防腐層電阻率，使得陰極保護電流更加均勻，能夠保護更長的管道。因此，下面從長輸管道陰極保護、集輸管網(wǎng)陰極保護和站場區(qū)域陰極保護三個方面進行討論，并提出了陰極保護后續(xù)需要研究的四個問題。

一、陰極保護設(shè)計

1、長輸管道陰極保護

經(jīng)過多年的發(fā)展，長輸管道的外加電流陰極保護已經(jīng)形成了完整的計算、設(shè)計體系，長輸管道的陰極保護示意圖如圖1所示。一般來說，長輸管道的陰極保護多采用外加電流的方式，站內(nèi)設(shè)置恒電位儀，在站外設(shè)置輔助陽極，而通電點設(shè)置在站外絕緣法蘭外側(cè)，由于管道防腐層的高電阻率，因此較小的電流（幾安培到幾十安培）即可保護很長的管道，站間距可達數(shù)十甚至上百公里（同樣也受土壤電阻率的影響）；其陰極保護電流流入管道向通電點匯流入恒電位儀負極，整個回路相對簡單；同時由于長輸管道多敷設(shè)在野外，因此對外加電流陰極保護的安全要求也比較低。

圖1 長輸管道的陰極保護及陰極屏蔽

在長輸管道陰極保護中，陰極保護屏蔽問題是難以發(fā)現(xiàn)和難以解決的問題。從圖1可以看出，在現(xiàn)場管道的檢測中發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域存在管道防腐層剝離的情況，防腐層剝離是由于腐蝕性介質(zhì)擴散、陰極保護電位過負、陰極保護電位震蕩等原因引起。

相關(guān)研究表明，當(dāng)縫隙內(nèi)的電阻率達到100 MΩ·cm時，陰極保護電流完全不能在管道基體表面形成有效的陰極保護，并且對于防腐層剝離管段的排查相對來說比較困難，這也為陰極保護提出了新的挑戰(zhàn)。陰極屏蔽問題也出現(xiàn)在保溫管道、穿跨越的套管管道中。

2、集輸管網(wǎng)陰極保護

與長輸管道的陰極保護相比，集輸管網(wǎng)的陰極保護設(shè)計主要有以下特點：

(1) 對于老油田來說，集輸管網(wǎng)的防腐層類型眾多，主要包括黃夾克、環(huán)氧煤瀝青和PE等，同時由于集輸管道更換頻繁，不同運行年限之間的防腐層的電阻率差異較大，所需要的陰極保護電流各不相同。

(2) 集輸管網(wǎng)多并行敷設(shè)，輸油輸氣、注水注汽等多管道并排同溝敷設(shè)，從現(xiàn)場數(shù)據(jù)來看，同溝敷設(shè)集輸管線最多可達10余條，此時中間管線受到兩側(cè)管線的屏蔽作用，難以得到陰極保護，而深井陽極的埋設(shè)方式可能是解決這一問題的唯一手段，但是施工和設(shè)計比較困難。

(3) 集輸管網(wǎng)附近現(xiàn)場生產(chǎn)和運行比較集中和頻繁，因此有大量設(shè)備的接地，多種埋地金屬構(gòu)件埋深差異性較大，這也對陰極保護的設(shè)計帶來了一系列問題。

3、站場區(qū)域陰極保護

一般來說，由于站場內(nèi)儲罐多、管道縱橫交錯，并且區(qū)域相對封閉，因此在站場內(nèi)多采用犧牲陽極+強制電流共同的陰極保護方式。

實際應(yīng)用中，若單獨采用強制電流陰極保護，由于站內(nèi)接地裝置較多，保護電流損失較大，并且容易對其他金屬構(gòu)件產(chǎn)生干擾；而單獨采用犧牲陽極的陰極保護，若想要達到理想的保護效果，所需要的陽極數(shù)量很多，在站場有限的空間內(nèi)不現(xiàn)實。因此，在站場內(nèi)，以強制電流陰極保護為主，在管道重疊、交叉等陰極保護達不到要求的位置加以輔助犧牲陽極來達到所要求的效果，如圖2所示。

圖2 站場區(qū)域陰極保護設(shè)計示意

二、最佳陰極保護電位范圍及影響因素

目前在陰極保護的設(shè)計及評價方面主要存在以下四個問題：

(1) 行業(yè)上通用的陰極保護準則規(guī)定，當(dāng)管道斷電電位處于-0.85～-1.2 V（CSE）時，管道受到完全的保護，此時其腐蝕速率處于可接受的范圍內(nèi)，同時在GB/T 21448—2008《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定了如硫酸鹽還原菌、高強鋼等特殊條件下的陰極保護電位范圍。

現(xiàn)場測試斷電電位主要通過在陰極保護系統(tǒng)上添加斷路器或采用試片法，但事實上，在日常陰極保護的檢測與維護上，在陰極保護系統(tǒng)上添加斷路器其工作量巨大，并且難以保證其同步性；對采用試片法而言，操作相對容易，但工作繁瑣。同時，隨著公共走廊內(nèi)交直流輸電線路、電氣化鐵路等的存在，地中雜散電流不可避免地會流入到管道中形成干擾，在試片法斷路測試時只能消除陰極保護帶來的土壤IR降，而對于雜散電流來說卻無法消除。因此，提出一種在雜散電流干擾下的管道斷電電位測試方法或新的評價準則是非常有必要的。

(2) 相關(guān)研究表明，在正常運行狀態(tài)下管道的保護電位不是一成不變的，其表現(xiàn)為在一定范圍內(nèi)發(fā)生振蕩。而由于管線鋼的不均勻性、涂層/金屬局部界面的差異可能會引起電位升降而形成局部的腐蝕微電池，導(dǎo)致管道的局部腐蝕穿孔。因此，在常規(guī)的-0.85～-1.2 V保護電位區(qū)間內(nèi)，劃分多個保護電位區(qū)間，確定不同保護振蕩程度下的管道局部腐蝕情況以及腐蝕機理對確定不同環(huán)境下最佳保護電位區(qū)間是非常有必要的。

(3) 目前，大多數(shù)管線陰極保護采用恒電位控制方式，而回流點（通電點）設(shè)置在站場外絕緣法蘭外側(cè)。當(dāng)雜散電流在管道上發(fā)生流入或流出時，會引起通電點處負反饋信號的改變，從而引起陰極保護電流輸出的改變，當(dāng)輸出減小時會使得整條管道保護不足，當(dāng)輸出增大時可能會引起輔助陽極附近的管段過度極化，存在氫脆的風(fēng)險。

基于保護系統(tǒng)的有效性、不對外界產(chǎn)生干擾以及不影響保護距離等原則，目前針對這一問題的主要解決辦法有三個：采用高等級防腐層、排流和采取恒電流控制。對于現(xiàn)場的日常檢測和維護來說，僅僅通過管地電位標準無法對上述措施采取有效判斷，并且上述解決措施只能單純從陰極保護角度或者雜散電流角度來考慮，無法根據(jù)現(xiàn)場管道實際的極化狀況來提出切實有效的措施。

(4) 對于并行管道的陰極保護設(shè)計，由于防腐層、土壤電阻率之間的差異，造成并行管道之間存在相互干擾問題，而并行管道陰極保護系統(tǒng)之間也存在相互干擾問題，因此如何解決這兩方面的干擾問題是并行管道陰極保護設(shè)計的關(guān)鍵。

目前對于并行管道多采用跨接線+聯(lián)合保護的方法和跨接線+共用陽極等方法，但是目前相關(guān)標準中沒有跨接線設(shè)計布置的相關(guān)準則，并且跨接管線的真實電位測試方法和評價準則目前仍無相關(guān)研究，而共用陽極方法僅僅適用于兩條防腐層質(zhì)量相似的管道，適用范圍比較小。

三、結(jié)語

陰極保護技術(shù)以保護距離長、保護效果好和性價比高等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于埋地管道的腐蝕防護上，行業(yè)上通用的陰極保護準則為斷電電位-0.85～-1.2 V（CSE）電位準則，同時規(guī)定了高強鋼、硫酸鹽還原菌等特殊條件的陰極保護范圍，其他評價準則如100 mV極化電位準則應(yīng)用相對較少。而目前從陰極保護的設(shè)計、檢測和評價來看，由于防腐層/土壤環(huán)境的復(fù)雜性、交/直流雜散電流干擾、并行管道等問題，陰極保護在管廊內(nèi)的應(yīng)用依然存在諸多問題，需要開展進一步研究。

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