陰極保護在石化行業中的應用

王 濤

（中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101）

0 引言

隨著我國石油的開發，油田含水量越來越高，且目前進口原油主要是含硫高、含鹽高的低品質原油，導致油氣在生產、存儲、運輸等過程中，煉油裝置、輸送管道存在嚴重的腐蝕現象，對煉油裝置、壓力容器及輸送管道的安全運行帶來嚴重考驗，同時也會造成巨大的經濟損失。因此需要不斷加強防腐能力，提高防腐水平，采取合適有效的防腐方法，減少腐蝕的發生。

1 陰極保護

目前在石油管道防腐方法中，應用最比較廣泛的是防腐層與陰極防腐方法相結合的方式[1]。陰極保護主要有犧牲陽極保護和外加電流的陰極防護[1-3]。

1.1 犧牲陽極保護

該方法是利用原電池原理，不同材料具有不同的電位，在電化學反應中，電位較高的材料不容易失去電子，電位較低的材料更容易失去電子，進而保護電位較高的材料，如圖1所示。將被保護的對象作為電化學系統的陰極，比保護對象電位更負的其他材料作為陽極，在反應中，陽極材料不斷失去電子被消耗，而陰極得到保護。該方法操作簡單，安裝費用少，投運后不需要維護，不需要額外的電源，基本不產生腐蝕干擾，被廣泛應用到低電阻率的環境下保護金屬材料，保護電流不可調節，對于高電阻率環境下不適用，適用壽命短。

圖1 犧牲陽極保護法示意圖

1.2 外加電流的陰極保護

該方法是屬于主動防腐，由外加電源向被保護對象施加一定的陰極電流，將被保護對象變成一個大陰極，消除由于材料的不同造成的電位差，使陰極得到保護，如圖2所示。被保護對象與外加電源的負極相連接，這樣對保護對象就會成為外加電源系統的陽極，工作時，對保護對象發生陰極反應，從而防止對保護對象的腐蝕[2]。該方法適用范圍廣，不受環境電阻率的限制，適用于條件苛刻、高電阻率的環境中，對于大規模工程來說經濟性更好，但需要外部電源，對周圍環境有干擾，維護復雜。

圖2 外加電流的陰極保護

2 陰極保護在石化行業中的應用分析

2.1 陰極保護在輸油管道中的應用分析

在長距離埋地管道保護中，一般采用外加電流和犧牲陽極相結合的陰極保護方式[3]。陽極多采用鋼鐵、石墨、高硅鑄鐵等。高硅鑄鐵外形與鑄鐵相近，輸出電流大，消耗率低，易埋設、維護及返修，但是質地脆，接地電阻受濕度影響較大，對土壤濕度要求比較高，受限于季節和降雨量影響，保護范圍變化較大。對于長距離輸油管道陽極安裝方式有淺埋式和深井式[4]。為保證外加電源正常工作，對于淺埋式必須保證埋設土層常年為濕土層。深井式適用于可能對臨近建筑物產生干擾的地區。

塔里木油田在應買力油氣輸送管道[4]中采用外加電流陰極保護技術，取得了良好的應用效果，有效防止了管道腐蝕事故的發生。

2.2 陰極保護在油井套管中的應用

由于油井套管填充膠泥存在不完全或不連續填充，在未填充的區域可能會形成腐蝕電流，進而腐蝕油井套管；同時油井套管要貫穿整個油井，在到達油井底部時，要通過不同的土壤層，在不同土壤層的過渡區域也會存在腐蝕電流，進而腐蝕油井套管；在采油區域，有多個油井套，多個陽極裝置會相互干擾，沒有保護的油井套管就會受到雜散電流的干擾，進而加劇腐蝕。為了防止油井套管發生腐蝕，唯一的方法就是采用外加電流的陰極保護。

2.3 陰極保護在海洋平臺中的應用

由于海洋平臺處于含鹽高的海水中，對于一般的材料來說腐蝕性很強，所以海洋平臺的防腐措施極其重要。在海洋平臺防腐中，陰極保護通常采用的犧牲陽極保護[5]。實際應用中，在海水中放置一個陽極金屬，與海洋平臺形成一個原電池系統，放置的金屬陽極不斷被消耗，而作為陰極的海洋平臺得到保護。在海洋平臺陰極保護設計中，首先需要了解海洋平臺的工作和技術參數，有針對性的進行防腐設計，才能起到良好的保護效果。

3 結語

陰極保護主要有犧牲陽極保護和外加電流的陰極保護。根據不同的應用環境，兩種方法單獨或結合使用。在長距離埋地管道中，兩種方法結合使用，可以更大發揮保護效果；在油井套管保護中，由于有多個油井，考慮干擾，一般采用外加電流的陰極保護；在海洋平臺保護中，由于海水的腐蝕性很強，利用其高電導率，一般采用犧牲陽極的陰極保護。