管道陰極保護的現(xiàn)狀及其方法

徐鋒

摘要 鋼管在我的使用非常普遍，而對于鋼管的防腐措施一般都采用陰極保護，在我國大多數(shù)光管上都采用了這個技術(shù)，而且收獲頗多。本文就對陰極保護的原理以進行了介紹，并結(jié)合國內(nèi)外陰極保護的應(yīng)用狀況進行分析。雖然陰極保護在中國使用非常廣泛，但是不得不說還存在不少問題，本文針對實際情況提出了陰極保護發(fā)展的不足之處和改進措施，希望能夠陰極保護技術(shù)的發(fā)展貢獻—份力量。

1.我國陰極保護的現(xiàn)狀

說到陰極保護的發(fā)展就要從1958年說起，那一年正是該技術(shù)誕生的時候，那個時候陰極保護還處于小規(guī)模的實驗階段，到了六十年代陰極保護展示出了它的實用價值，在各大油田里面都用到了該技術(shù)。上個世紀七十年代，中國開始了長輸管道的建設(shè)工程，所以陰極保護技術(shù)就越發(fā)地顯示出了它的重要性，它能夠提高底下管道的抗腐蝕性能，讓管道的使用年限增長，使管道的安全得到了保證。因為科技水平的限制，所以國內(nèi)還沒有高端的技術(shù)來進行陰極保護檢測，所以在對這些管道進行檢測的時候采用的最多的還是依靠人力。由于缺少自動通/斷電系統(tǒng)，因此最后只能測出通電電位，這里面含有IR降，這和現(xiàn)在通行的標準是不相符的。在遙測領(lǐng)域，也有不少科研專家對此進行研究，不過因為外在條件的限制，在這個方面沒有取得大的突破。也有不少機構(gòu)借助管體作為介質(zhì)來研究遙測，甚至在多個管道上使用這個方案。也有人試圖用通信線路為通道的陰極保護遙測，該方法雖然可行，不過也僅限于測量一般的電位。陜京線把陰極保護參數(shù)測量納入了數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控（sCADA）系統(tǒng)，從現(xiàn)在情況來看，該系統(tǒng)是國內(nèi)最優(yōu)秀的，能夠測出多個電位。

2.陰極保護的原理

前蘇聯(lián)學(xué)者H.Ⅱ.托馬曉夫?qū)﹃帢O保護的闡述是借助了三電極模型。在這個模型里面，腐蝕體系充當?shù)氖嵌搪范姵氐慕巧谠擉w系上增加一個新的電極，也就是第三個電極，因為它的出現(xiàn)，原來的二元電池就和之前的有所不同了，新的電極zn替代了A（陽極），向K（陰極）提供電子，便使A不再腐蝕。鐵的E2pH圖也是構(gòu)成了化學(xué)保護的一個知識內(nèi)容。從熱力學(xué)理論獲得的E2pH圖中可以看出，當pH的數(shù)值處于7，鐵呈現(xiàn)的狀態(tài)是活化腐蝕，它的電位可能會向上也可以向下，不管是哪種情況，都可以起到很好的保護作用。而這種借助陽極保護或者陰極保護來實現(xiàn)的原理，能夠讓金屬的抗腐蝕性變得更好，從而降低腐蝕的程度，這就是所謂的化學(xué)保護。當金屬的電位平衡之后，再通過陰極電流，金屬的電位就會發(fā)生變化，從原先的狀態(tài)向負偏移轉(zhuǎn)變，這樣金屬就處于保護的狀態(tài)，不再被腐蝕了。因為這里面通過的電流是陰極電流，所以這樣的方法也被成為陰極保護，實現(xiàn)陰極保護的手段有兩種，施加強制電流或者犧牲陽極都可以達到目的。

3.陰極保護的方法

3.1犧牲陽極法

犧牲陽極法就是讓被保護的金屬和另一種金屬或者合金鏈接在一起，被鏈接的金屬或合金的電位比被保護的金屬更負。犧牲陽極的性質(zhì)比較活潑。所以在電解液里面它開始溶解的速度非常快，很快就能釋放電流讓金屬金屬陰極極化，這樣就可以讓金屬得到保護。

3.2強制電流法

強制電流法被保護的電流因為外部直流電源的輸入而產(chǎn)生陰極電流，于是就出現(xiàn)了陰極極化的狀態(tài)，這樣就能夠讓金屬得到保護。強制電流法和眾多的因素密切相關(guān)，比如陽極、參比電極、直流電源和連接電纜都是必不可少的。通過輔助陽極能偶讓電流進入到被保護的金屬當中，所以陽極工作的時候就是處于電解環(huán)境里面。

3.3排流保護

所謂的排流保護指的是在電流比較散雜的情況下，對這些電流進行排除對被保護構(gòu)筑物施加陰極保護。一般而言，有三種方式都可以用來進行排流保護：

第一個方法是直接排流。

如果散雜電流干擾電位極性沒有太大波動的時候，可以借助電纜把被保護金屬和干擾因素連接在一起，讓雜散的電流能夠排除。這個方案雖然操作便捷，但是要是判斷的不夠精準，那么很可能適得其反讓雜散的電流更多。

第二個方法是極性排流。當雜散電流干擾電位極性正負交變時，能夠借助二極管讓雜散電源回到干擾源，因為二極管在輸送電流的時候只能單方向輸送，把雜散電流朝正向排出，而負向的就用被當做陰極保護。現(xiàn)在，極性排流法比較常用。

第三個方法就是強制排流。前面提到的直接排流法和極性排流都是在排流的過程當中才能實現(xiàn)保護作用，而沒有進行排流的時候，金屬就不能得到很好的保護作用。針對這個弊端，于是就有了強制排流這個方法。在無雜散電流時通過整流器供給保護電流，如果出現(xiàn)雜散電流就借助排流來實現(xiàn)保護。一般情況下，強制排流采用的都是恒電位儀，在進行排流保護的時候也會有一部分的保護電流輸出。

4.陰極保護條件

要進行陰極保護，需要滿足一下幾個特質(zhì)：

首先，腐蝕介質(zhì)要具備導(dǎo)電性，這樣才能產(chǎn)生完整的電路。舉例來說，我們常見的土壤、水還有酸堿鹽溶液都具有導(dǎo)電性能夠進行陰極保護。但是氣體則沒有導(dǎo)電性，所以不能進行陰極保護。但是近年來科技不斷發(fā)展，科研力度也在加強，在特定的情況下氣體也能進行陰極保護。從本質(zhì)上來說，是在被保護的金屬表面上涂上一層導(dǎo)電的固體電解質(zhì)，才能夠進行陰極保護。

其次，被保護的金屬在進行陰極保護的時候進行陰極極化的速度要快，如果速度太慢那么就會消耗很多電量，對于陰極保護的進行就會非常不利。不少金屬都能夠用來陰極保護，比如說鋼鐵、銅、鋁、鉛等。在這個過程里面，陰極反應(yīng)會讓極附近溶液的PH指上升。一些和鋁、鉛這樣的兩性金屬極有可能很快被腐蝕，產(chǎn)生不良后果。所以，在對兩性金屬進行陰極保護的時候，負電位一幾何上的”屏蔽作用”，避免出現(xiàn)各種負效應(yīng)。舉例來說，對于大型儲罐的官邸進行保護，采用周邊淺埋陽極時，會出現(xiàn)罐底邊緣電位過負的狀況，但是罐中心的部分沒有達到最小保護電位。

還有，要想進行陰極保護就必須要滿足電絕緣的條件，要想讓電流的密度下降，就需要用到蓋層絕緣。如果被保護的金屬和沒有被保護的金屬沒有進行電絕緣，那么很多電流就會浪費，為了避免這樣的狀況，電絕緣就必須要用到，這就可見電絕緣是非常重要的。同時，在陰極保護當中，被保護金屬之間的點連續(xù)性也是不可缺少的。因為陰極保護的進行會涉及到安全問題，所以它的應(yīng)用范圍會受到一定的限制。

5.小結(jié)

對于管道來說，防腐蝕工作必須要做好，因此陰極保護就顯示出了它的重要作用。該技術(shù)在我國的發(fā)展有高有低，在石油管道方面陰極保護工作做的相當不錯。現(xiàn)在，中國的科技不斷發(fā)展，陰極保護技術(shù)也有了很大的提高，在國際上有了一定的地位。雖然進步很大，但是不得不承認在這方面我們還有很多不足之處，比如軟件和設(shè)備方面都跟不上。

參考文獻

[1]彭潔，于恩林，姜偉.螺旋槽管換熱過程的三維速度場與溫度場耦合數(shù)值模擬[J].熱能動力工程，2 0 0 7，2 2（4）：3 9 5—3 9 8.

[2]李占鋒，楊學(xué)忠.螺旋槽管管內(nèi)湍流流動與換熱的三維數(shù)值模擬[J].制冷技術(shù)，2 0 0 8，3 6（1 1）：5 6—6 0.

[3]王福軍.計算流體動力學(xué)分析c F D軟件原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2 0 0 4.

[4]韓占忠.F Lu ENT一流體工程仿真計算實例與分析[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2 0 O 9.