学文网摘要：外加电流阴极保护作为控制管道腐蚀的一种电化学方法，是延长管道使用寿命和增加管道安全的保证。本文主要介绍了外加电流的阴极保护原理、阴极保护的方法、辅助阳极的选择与计算，各项参数的测试过程等问题，让读者能够对长距离埋管道外加电流阴极保护技术有个比较清晰的认识。
关键词：埋地管道；外加电流；阴极；阳极；施工技术
中***分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
随着我国经济发展和城市化进程的加快，各种长距离输送管道迅速增加。长距离管道输送因其运营成本低廉、不占用交通资源、节能环保等特点在能源、电力、建材的多个领域得到广泛应用。长距离输送管道因其压力特点普遍选用螺旋焊接与直缝焊接管，该钢管具有强度高、可靠性高、适应性强等优点，但耐腐蚀性差，使用寿命一般不超过25年。为延长钢管寿命目前主要采用的防腐方法为外加电流阴极保护。
1 阴极保护原理
所谓的外加电流阴极保护，既是一种控制金属电化学腐蚀的保护方法，也是一种基于电化学腐蚀原理而发展的一种电化学保护技术。在由阴极保护系统构成的电池中，氧化反应多集中发生在阳极上，从而抑制住作为阴极的被保护金属的腐蚀。由外电路向金属通入电子，以供去极化剂还原反应所需，从而使金属氧化反应（失电子反应）受到抑制。当金属氧化反应速度降低到零时，金属表面只发生去极化剂阴极反应。理解阴极保护原理可以从电极反应、极化反应等诸方面进行。
1.1电极反应方面
选择任意构成的电化学电池，其低电位的一端为电池的阳极，以发生氧化反应为主要特征；高电位的另一端为阴极，以发生还原反应为主要特征。由于电池的阳极和阴极之间存在着电位差，外部电连接的阳极和阴极之间将有电流流过电池，从而加速了阳极一端的腐蚀，同时抑制阴极的腐蚀，使阴极金属获得阴极保护。
1.2极化反应方面
根据混合电位的理论，金属表面上局部阳极和局部阴极通过各自的极化而汇聚至一个共同的混合电位，即金属的自腐蚀电位Ecorr，此时局部阳极的氧化反应速度与局部阴极的还原反应速度相等，即等于金属的自腐蚀电流icorr。当阴极极化至任意电位时的外加电流，都与此时极化后的局部阴极的还原反应电流与局部阳极氧化反应的电流之差相等。当阴极极化使金属电极电位负移至局部阳极反应的平稳电位Ee，a时，外加极化电流几乎就等于局部阴极电流，因为此时的局部阳极电流已可予以忽略不计，当然此时铁上腐蚀也就被完全抑阻了，即获得了完全阴极保护。
2 阴极保护方法及其应用
为了实现阴极保护，我们可以采用外加电流和牺牲阳极等两种方法来实现目的。两种方法的保护原理相同，只是提供阴极电流的方式不同，且由此衍生出的设备装置和技术要求都有很大不同。
2.1外加电流法阴极保护
外加电流阴极保护的方法是通过外加直流电源以及辅助阳极，迫使电流从土壤中流向被保护金属，使被保护金属结构电位低于周围环境来实现的。外加电流阴极保护主要应用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构，例如：长输埋地管道，大型罐群等。
2.2牺牲阳极的阴极保护
该方法是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下。目前，电化学保护发出应用除海水或河道中钢铁设备的保护外，还应用于防止电缆、石油管道、地下设备和化工设备等的腐蚀。牺牲阳极埋设有立式和卧式两种，埋设位置分轴向和径向，其在管道的分布宜采用单支或集中成组两种方式。阳极与管道的距离，一般情况下阳极埋设位置应距管道3～5ｍ，最小不宜小于0.3ｍ，成组埋设时，阳极间距以2～3ｍ为宜。
3 辅助阳极的选择与计算
3.1阳极位置的选择与考虑因素
由于阳极位置的选择直接关系着阴极保护的效果，所以辅助阳极在阴极保护系统中的作用是毋庸置疑的。通常情况下，管道干线阴极保护只有一组阳极地床，且它与管道的垂直距离都在数百米以上，同时与管道之间也没有屏蔽物体。因站区内保护体较多，分布范围较小，使区域性的阴极保护较为复杂的，若要减少被保护体之间的相互屏蔽，使被保护体的电位能够均匀分布，就必须设多组阳极，而阳极的位置重要性也凸显出来。在已经运行的站区阴极保护系统中，曾有过因选位存在无法克服的问题，令有的阳极床至今未能投入运行。因此，在设计过程中，不仅要考虑保护体间的屏蔽及电位均衡问题，而且还应考虑保护体的绝缘情况，应进行模拟实验后，通过计算来确定辅助阳极的位置。
在阴极保护选定的同时应在预选站址与管道的一侧选择阳极安装的位置，其考虑的因素主要有：①地下水位较高或超市低洼处；②土层厚，无块石，便于施工；③土壤电阻率小于50欧姆米；④对临近的地下金属构筑物干扰小，阳极地床与被保护管道之间不得有其他埋地金属管道；⑤考虑阳极附近低于近期发展规划避免重复搬迁。
3.2阳极数量与接地电阻
大约有60%的阴极保护电能要消耗在阳极接地电阻上，因此阳极材料的选择和埋设方式，以及场所的选择，都对减少电阻节约电能都是至关重要的。首要考虑所选择的阳极材料必须有良好的导电性能，能够在于与土壤或地下水接触时产生稳定的接地电阻，就算是在高电流密度下，有能够表面极化较小；化学稳定性好，在恶劣环境中腐蚀率小，有一定的机械轻度并便于加工和安装。
阳极数量与接地电阻成反比关系。在一定范围内增加阳极支数会起到降低接地电阻的作用。但是由于阴极的屏蔽效应，往往增加较多阳极，而降低电阻却很少。
A数值阳极接地电阻计算公式
B多支竖直阳极接地电阻计算公式
C水平阳极接地电阻公式
D网状阳极接地电阻计算公式
4 阴极保护主要参数及测量
4.1阴极保护参数
4.1.1自然电位：自然电位会随着金属结构的材质、表面情况以及土质的状况、含水量等因素不同而异，一般有涂层埋地管道的自然点在-0.4---0.7V之间在雨季土壤湿润时，自然电位会篇幅，一般取平均值0.55V
4.1.2最小保护电位：一般认为，金属在电解质溶液中，计划电位达到阳极区的开路电位，就能够达到完全保护。
4.1.3最大保护电位：保护电位不是越低越好，是有限度的，所以必须将电位控制在比析出氢气电位稍高的电位支，此点位成为最大保护电位。-0.85~-1.2v之间。
4.1.4最小保护电流密度：使金属腐蚀下降到最低程度或停止时所需要的保护电流密度，称为最小保护电流密度，统称为10----30Ma/m2
4.1.5瞬间断电电位：在切断被保护结构的外加电源或牺牲阳极0.2~0.5秒钟内读取的结构对地电位。
4.2阴极保护参数的测量：
近间距电位：本方法适用于对管道阴极保护的有效性进行全面的评价。本方法可以测得管道沿线的通电电位和断电电位，结合直流电位梯度法，可以全面评价管道的保护状况和查找防腐破损点。本方法不适用于保护电流不能同步中断的管道，以及破损点位于电解质接触位于电解质接触的管段。
5 应用范例
阴极保护行业在国内的发展已日趋成熟，随着行业及国家标准的日趋完善，阴极保护专业技术与实际性能也越来越被长输管线、及储油罐大型项目的投资者所青睐，过去投资过的项目通过几年的检测与评估确实达到了良好的效果。怎样做到投资与效果统一，必须做到设计现场实际测量考察且选择知名度较高、技术过硬的阴极保护厂家。我公司的阿根廷铁矿长距离精粉输送管道中采用了此项施工技术，经三十余年使用，管道取样检查，防腐蚀效果明显，仅管道内部经长时间冲刷有细微腐蚀外，管道外壁保护良好。
参考文献：
[1] 胡士信主编.阴极保护工手册,北京，化学工业出版社，1999.12
[2]耐蚀金属材料及防护技术，北京，化学工业出版社，2000.1
[3]刘海，长输管道牺牲阳极保护的设计，管道技术与设备，1999年2月。
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