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【摘 要】阴极保护技术通过向管道表面提供阴极电流，使管/地电位发生负向极化，从而控制管道表面腐蚀。阴极保护方法包括强制电流法和牺牲阳极法，两种方法原理相同，只是阴极保护电流来源不同：牺牲阳极法阴极保护电流来源于锌、镁、铝等牺牲阳极；强制电流法阴极保护电流来源于直流电源。油气管道通常采取以强制电流为主、牺牲阳极为辅的保护方式。
【关键词】油气管道；阴极保护；数值模拟；数字化
1阴极保护准则研究
阴极保护准则是阴极保护技术的基础，对于阴极保护设计及运行起着指导性作用。
由于现有准则不能完全满足油气管道生产运行需要，应开展相关基础研究，建立完善的阴极保护准则。
①根据我国油气管道特点，通过理论计算及实验研究，建立高温运行管道油气管道阴极保护准则，指导高温段管道阴极保护设计与运行。
②随着管道所受直流干扰越来越严重，可以通过实验研究或引进国外先进标准的方法，建立动态直流干扰下管道的阴极保护准则，指导直流干扰情况下管道的运行。
③随着管道所受交流干扰越来越普遍，对管道交流干扰腐蚀机理开展基础科学研究，建立交流干扰下管道的阴极保护准则，以保障油气管道在长期交流干扰下安全有效运行。通过上述研究不仅能够提高我国阴极保护技术水平，也有助于推动我国腐蚀电化学理论研究水平的提高。
2阴极保护数值模拟技术
阴极保护数值模拟技术是阴极保护理论计算的发展方向。一方面，为了提高阴极保护数值模拟精度，应开展真实管道管/地极化曲线测量技术研究，建立不同环境下真实管道管/地极化曲线数据库，提高阴极保护理论计算水平；
另一方面，利用其在计算分析方面的优势，在以下3 方面推动其在工程实践中的应用。在油气站场区域阴极保护方面。油气管道站场中工艺管道、管件、金属设施及接地体空间分布密集，表面涂敷状态差别大，因此，阴极保护电流空间分布复杂，金属结构表面极化状态差别大，利用传统的阴极保护计算方法无法进行准确的设计计算。
阴极保护数值模拟技术通过建立准确的站场、土壤及阴极保护系统数值模型，结合各种金属筑构物合理的极化曲线，可以比较准确地计算出阴极保护电流及电位的分布。
在线路阴极保护理论计算方面。传统阴极保护计算仅仅能进行管道沿线通电电位及电流分布的计算，而利用阴极保护数值模拟技术不仅可以进行管道沿线通电电位及极化电位（断电电位）的计算，还可以对管道防腐层不同面积漏点处的管道阴极保护效果进行分析。通过此类分析，可以评估阴极保护系统对不同面积防腐层漏点的保护能力，进一步指导管道施工及运行过程中对防腐层损伤的修复。
因此，利用阴极保护数值模拟技术不仅可以进行管道阴极保护计算，还可以对包括防腐层在内的整个管道腐蚀控制系统进行计算、分析及优化。
在复杂管网阴极保护系统分析方面。传统阴极保护计算仅能实现单条管道电位分布的计算，而利用阴极保护数值模拟技术不仅可以实现单条管道极化电位及地电场分布的计算，而且能实现对复杂管网阴极保护系统电位及电流分布的计算，并实现对公共走廊内不同管道联合保护及跨接点设置的理论分析，从而有效指导工程设计和运行。
3试片法阴极保护电位测量技术
电流同步中断电位测量技术通过同步周期性中断所有阴极保护电源输出电流，实现了管道阴极保护通电/断电电位测量。当存在直流干扰时，因测量时不能同时切断外部干扰电流，故CIPS 技术不能测出准确的断电电位。此时，可以使用试片法进行电位测量，其基本原理：试片通过测试桩与管道相连，在断开试片与管道连接的瞬间，测得试片断电电位。
4阴极保护与防腐层兼容性评价技术
防腐层与阴极保护系统共同组成管道腐蚀控制系统，两者势必相互影响。阴极保护系统为防腐层漏点处管道提供保护。宏观上，防腐层电阻率会影响阴极保护电流密度；微观上，阴极保护电流密度决定了阴极保护系统的保护能力，即能够有效保护漏点的面积。
防腐层电阻率与阴极保护电流密度成反比，阴极保护电流密度与其保护能力成正比。因此，防腐层电阻率会影响到阴极保护系统的保护能力。防腐层漏点是在管道施工及运行过程中造成的，其面积与施工、运行情况及防腐层抗机械损伤能力有关。
若使所有防腐层漏点都能得到有效保护，则需使管道受到适当密度阴极保护电流的保护，因此需要考虑防腐层物理性能对阴极保护系统输出电流的影响，即防腐层与阴极保护的兼容性。
目前，大量采用的3LPE 防腐层极大地影响了阴极保护系统的运行，造成阴极保护电流密度较低。这种情况下，阴极保护系统的小量电流输出能否对防腐层漏点提供有效保护是3LPE 防腐层与阴极保护兼容性问题的关键。
同时，若3LPE 防腐层（包括环焊缝采用的热收缩带补口）与管道之间粘结失效产生剥离，一旦水进入剥离涂层下，阴极保护电流将被防腐层屏蔽，而难以对管道提供充分保护。因此，通过统计调查防腐层失效情况，了解防腐层失效类型及漏点面积分布，研究阴极保护与防腐层兼容性评价技术，对现有防腐层与阴极保护兼容性进行评价，并期望找到提高两者兼容性的因素，从整体上优化管道腐蚀控制系统。
5数字化阴极保护系统
目前，油气管道阴极保护技术及管理主要存在两方面问题：
①现有阴极保护装备只能进行通电电位测量，不能进行断电电位测量，不能满足阴极保护准则要求；
②阴极保护电位测量依靠每月一次人工测量，数据可靠性低，数据量小，不能满足技术管理要求。为此，结合管道交直流干扰监测需求，实现阴极保护断电电位日常测量与管理，可综合利用卫星时钟同步技术、电子技术、计算机及阴极保护技术研发数字化阴极系统，从根本上提高阴极保护装备技术及管理水平。
6结束语
针对阴极保护技术发展提出如下建议：在阴极保护准则方面，应开展电化学基础理论研究以建立完善的阴极保护准则，包括高温运行管道及杂散电流干扰情况下的准则；在阴极保护计算方面，应在区域阴极保护设计、大型管网阴极保护理论分析、线路管道阴极保护及防腐涂层分析方面积极推广阴极保护数值模拟技术；在试片法阴极保护电位测量技术方面，其可以用于阴极保护能力及阴极保护电流密度评估；在阴极保护和防腐层兼容性方面，应在整体上优化管道腐蚀控制系统；在阴极保护装备方面，应根据油气管道生产需求，研发数字化阴极保护系统，从根本上提高阴极保护技术及管理水平。
参考文献：
[1] 李月娥，舒江. 埋地天然气管道阴极保护电位遥测系统及应用[J]. 化工设备与管道，2013 年，49（1）：55-57.
[2] HOLTSAUM W Brian. Cathodic protection survey procedures[M].2nd ed. Houston：NACE International，2012.
[3] 薛致远，徐承伟，罗鹏，等. 密间隔电位测量（CIPS） 中通断周期对埋地管道阴极保护系统的影响[J]. 腐蚀与防护，2012，33（2）：83-83，88.
[4] 赵富贵，孙建斌，孙强，等. 阴极保护系统在罐区和长输管道中
的应用[J]. 油气储运，2012，23（8）：31-33.
[5] 曾刚勇，韩兴平. 输气管道阴极保护电绝缘装置失效检测与预防——以中国石油西南油气田公司金山输气站绝缘装置为例[J]. 天然气工业，2012，32（2）：103-105.
[6] 薛致远，张丰，毕武喜，等. 东北管网阴极保护通电/断电电位测量与分析[J]. 油气储运，2013，29（10）：772-773，787.
[7] 薛致远，毕武喜，陈振华，等. 埋地长输管道通电/断电电位调查结果综述及影响因素分析[C]. Shanghai：NACE CorrosionShanghai 2013 Conference，2013.
【关键词】油气管道；阴极保护；数值模拟；数字化
1阴极保护准则研究
阴极保护准则是阴极保护技术的基础，对于阴极保护设计及运行起着指导性作用。
由于现有准则不能完全满足油气管道生产运行需要，应开展相关基础研究，建立完善的阴极保护准则。
①根据我国油气管道特点，通过理论计算及实验研究，建立高温运行管道油气管道阴极保护准则，指导高温段管道阴极保护设计与运行。
②随着管道所受直流干扰越来越严重，可以通过实验研究或引进国外先进标准的方法，建立动态直流干扰下管道的阴极保护准则，指导直流干扰情况下管道的运行。
③随着管道所受交流干扰越来越普遍，对管道交流干扰腐蚀机理开展基础科学研究，建立交流干扰下管道的阴极保护准则，以保障油气管道在长期交流干扰下安全有效运行。通过上述研究不仅能够提高我国阴极保护技术水平，也有助于推动我国腐蚀电化学理论研究水平的提高。
2阴极保护数值模拟技术
阴极保护数值模拟技术是阴极保护理论计算的发展方向。一方面，为了提高阴极保护数值模拟精度，应开展真实管道管/地极化曲线测量技术研究，建立不同环境下真实管道管/地极化曲线数据库，提高阴极保护理论计算水平；
另一方面，利用其在计算分析方面的优势，在以下3 方面推动其在工程实践中的应用。在油气站场区域阴极保护方面。油气管道站场中工艺管道、管件、金属设施及接地体空间分布密集，表面涂敷状态差别大，因此，阴极保护电流空间分布复杂，金属结构表面极化状态差别大，利用传统的阴极保护计算方法无法进行准确的设计计算。
阴极保护数值模拟技术通过建立准确的站场、土壤及阴极保护系统数值模型，结合各种金属筑构物合理的极化曲线，可以比较准确地计算出阴极保护电流及电位的分布。
在线路阴极保护理论计算方面。传统阴极保护计算仅仅能进行管道沿线通电电位及电流分布的计算，而利用阴极保护数值模拟技术不仅可以进行管道沿线通电电位及极化电位（断电电位）的计算，还可以对管道防腐层不同面积漏点处的管道阴极保护效果进行分析。通过此类分析，可以评估阴极保护系统对不同面积防腐层漏点的保护能力，进一步指导管道施工及运行过程中对防腐层损伤的修复。
因此，利用阴极保护数值模拟技术不仅可以进行管道阴极保护计算，还可以对包括防腐层在内的整个管道腐蚀控制系统进行计算、分析及优化。
在复杂管网阴极保护系统分析方面。传统阴极保护计算仅能实现单条管道电位分布的计算，而利用阴极保护数值模拟技术不仅可以实现单条管道极化电位及地电场分布的计算，而且能实现对复杂管网阴极保护系统电位及电流分布的计算，并实现对公共走廊内不同管道联合保护及跨接点设置的理论分析，从而有效指导工程设计和运行。
3试片法阴极保护电位测量技术
电流同步中断电位测量技术通过同步周期性中断所有阴极保护电源输出电流，实现了管道阴极保护通电/断电电位测量。当存在直流干扰时，因测量时不能同时切断外部干扰电流，故CIPS 技术不能测出准确的断电电位。此时，可以使用试片法进行电位测量，其基本原理：试片通过测试桩与管道相连，在断开试片与管道连接的瞬间，测得试片断电电位。
4阴极保护与防腐层兼容性评价技术
防腐层与阴极保护系统共同组成管道腐蚀控制系统，两者势必相互影响。阴极保护系统为防腐层漏点处管道提供保护。宏观上，防腐层电阻率会影响阴极保护电流密度；微观上，阴极保护电流密度决定了阴极保护系统的保护能力，即能够有效保护漏点的面积。
防腐层电阻率与阴极保护电流密度成反比，阴极保护电流密度与其保护能力成正比。因此，防腐层电阻率会影响到阴极保护系统的保护能力。防腐层漏点是在管道施工及运行过程中造成的，其面积与施工、运行情况及防腐层抗机械损伤能力有关。
若使所有防腐层漏点都能得到有效保护，则需使管道受到适当密度阴极保护电流的保护，因此需要考虑防腐层物理性能对阴极保护系统输出电流的影响，即防腐层与阴极保护的兼容性。
目前，大量采用的3LPE 防腐层极大地影响了阴极保护系统的运行，造成阴极保护电流密度较低。这种情况下，阴极保护系统的小量电流输出能否对防腐层漏点提供有效保护是3LPE 防腐层与阴极保护兼容性问题的关键。
同时，若3LPE 防腐层（包括环焊缝采用的热收缩带补口）与管道之间粘结失效产生剥离，一旦水进入剥离涂层下，阴极保护电流将被防腐层屏蔽，而难以对管道提供充分保护。因此，通过统计调查防腐层失效情况，了解防腐层失效类型及漏点面积分布，研究阴极保护与防腐层兼容性评价技术，对现有防腐层与阴极保护兼容性进行评价，并期望找到提高两者兼容性的因素，从整体上优化管道腐蚀控制系统。
5数字化阴极保护系统
目前，油气管道阴极保护技术及管理主要存在两方面问题：
①现有阴极保护装备只能进行通电电位测量，不能进行断电电位测量，不能满足阴极保护准则要求；
②阴极保护电位测量依靠每月一次人工测量，数据可靠性低，数据量小，不能满足技术管理要求。为此，结合管道交直流干扰监测需求，实现阴极保护断电电位日常测量与管理，可综合利用卫星时钟同步技术、电子技术、计算机及阴极保护技术研发数字化阴极系统，从根本上提高阴极保护装备技术及管理水平。
6结束语
针对阴极保护技术发展提出如下建议：在阴极保护准则方面，应开展电化学基础理论研究以建立完善的阴极保护准则，包括高温运行管道及杂散电流干扰情况下的准则；在阴极保护计算方面，应在区域阴极保护设计、大型管网阴极保护理论分析、线路管道阴极保护及防腐涂层分析方面积极推广阴极保护数值模拟技术；在试片法阴极保护电位测量技术方面，其可以用于阴极保护能力及阴极保护电流密度评估；在阴极保护和防腐层兼容性方面，应在整体上优化管道腐蚀控制系统；在阴极保护装备方面，应根据油气管道生产需求，研发数字化阴极保护系统，从根本上提高阴极保护技术及管理水平。
参考文献：
[1] 李月娥，舒江. 埋地天然气管道阴极保护电位遥测系统及应用[J]. 化工设备与管道，2013 年，49（1）：55-57.
[2] HOLTSAUM W Brian. Cathodic protection survey procedures[M].2nd ed. Houston：NACE International，2012.
[3] 薛致远，徐承伟，罗鹏，等. 密间隔电位测量（CIPS） 中通断周期对埋地管道阴极保护系统的影响[J]. 腐蚀与防护，2012，33（2）：83-83，88.
[4] 赵富贵，孙建斌，孙强，等. 阴极保护系统在罐区和长输管道中
的应用[J]. 油气储运，2012，23（8）：31-33.
[5] 曾刚勇，韩兴平. 输气管道阴极保护电绝缘装置失效检测与预防——以中国石油西南油气田公司金山输气站绝缘装置为例[J]. 天然气工业，2012，32（2）：103-105.
[6] 薛致远，张丰，毕武喜，等. 东北管网阴极保护通电/断电电位测量与分析[J]. 油气储运，2013，29（10）：772-773，787.
[7] 薛致远，毕武喜，陈振华，等. 埋地长输管道通电/断电电位调查结果综述及影响因素分析[C]. Shanghai：NACE CorrosionShanghai 2013 Conference，2013.