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陰極保護(hù)是基于電化學(xué)腐蝕原理的一種防腐蝕手段，也是國內(nèi)外公認(rèn)的防止鋼質(zhì)構(gòu)筑物腐蝕最為經(jīng)濟(jì)有效的措施。外加電流法是由外加的直流電源直接向被保護(hù)金屬構(gòu)筑物施加陰極電流使其發(fā)生陰極極化。它由輔助電極、參比電極、直流電源和相關(guān)的連接電纜所組成。目前輸氣管理處普遍采用恒電位的方式對管道進(jìn)行保護(hù)（見圖1）。

 外部電源通過埋地的輔助陽極、將保護(hù)電流引入地下，通過土壤提供給被保護(hù)金屬，被保護(hù)金屬在大地中仍為陰極，其表面只發(fā)生還原反應(yīng)，不會再發(fā)生金屬離子化的氧化反應(yīng)，腐蝕受到抑制。而輔助陽極表面則發(fā)生丟電子氧化反應(yīng)。因此，陽極地床是強(qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計中很關(guān)鍵的部分，其設(shè)計合理與否、施工是否符合要求，直接關(guān)系到陰極保護(hù)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，關(guān)系到能否對管線或設(shè)備提供有效的保護(hù)。

傳統(tǒng)保護(hù)方法問題隱現(xiàn)

近幾年，某天然氣集輸單位對管轄的天然氣管道陰極保護(hù)效果進(jìn)行了有效性評價，發(fā)現(xiàn)部分管線陰極保護(hù)電位發(fā)生異常。如某輸氣站共有兩套陰極保護(hù)系統(tǒng)，建有兩個陽極地床分別對兩條天然氣管道實(shí)施陰極保護(hù)，管線外防腐采用絕緣層和外加電流陰極保護(hù)組成的防護(hù)系統(tǒng)來承擔(dān)，其中一條管線長約97km，管線規(guī)格為Ф711х7.1，管線防護(hù)層材料為3PE，另一條管線長約100 km，管線規(guī)格為Ф720х7.1，管線防護(hù)層材料為石油瀝青，其中Ф720管線陽極地床離Ф711管線垂直距離較近（見圖2）。

關(guān)閉Ф720管線陰極保護(hù)系統(tǒng)，在Ф711管線陰極保護(hù)系統(tǒng)上架設(shè)通斷電器，采取了通12秒、斷3秒的通斷測試，Ф711管線恒電位儀輸出情況（見表1）。

此時，Ф711管線站內(nèi)通電點(diǎn)通、斷電位分別位-1450 mV、-880 mV，Ф711管線第66號檢測樁（距離Ф720管線陽極地床垂直最近）通、斷電位分別位-1620 mV、-1080 mV，有200mV左右的負(fù)偏移。

繼續(xù)使用Ф711管線陰極保護(hù)系統(tǒng)對Ф711管線供電，但將Ф711管線陽極地床換為Ф720管線的陽極地床，在恒電位儀輸出情況基本相同的情況下，Ф711管線第66號檢測樁通、斷電位分別位-1050 mV、-440 mV。斷電點(diǎn)位基本上為自然電位。

從以上實(shí)例中我們可以發(fā)現(xiàn)兩種情況：一是當(dāng)受保護(hù)管線與其他陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極地床垂直距離較近時，管線電位有一定的負(fù)偏移。二是當(dāng)受保護(hù)的管線與自身陽極地床距離較近時，管線電位較低，無法達(dá)到保護(hù)要求。

兩種原因?qū)е卤Ｗo(hù)不力

利用外部直流電源取得陰極極化電流來防止金屬遭受腐蝕的方法，稱為外加電流陰極保護(hù)。此時，被保護(hù)的金屬接在直流電源的負(fù)極上，而在電源的正極則接輔助電極（見圖3）。

當(dāng)合上開關(guān)K，接通電路后，直流電源便給被保護(hù)金屬通以陰極極化電流，使金屬表面陰極極化。當(dāng)外加電流大于腐蝕電流時，則進(jìn)入金屬的電子速度大于金屬失去電子的速度。此時金屬表面上積累了過剩的電子。金屬的電極電位向負(fù)方向移動。當(dāng)金屬的電位降到一定的負(fù)值時，金屬腐蝕電池陰、陽二極的電極電位相等或更負(fù)時，被保護(hù)金屬停止了腐蝕。這就是外加電流陰極保護(hù)的原理。其實(shí)施電路為保護(hù)電流由電源正極流出，經(jīng)導(dǎo)線至輔助電極散流入電解液，再流到被保護(hù)金屬上，又通過匯流導(dǎo)線流回電源負(fù)極。

第一種情況：外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行時，可以假設(shè)輔助陽極正電子在流向保護(hù)金屬的同時，也有一部分流向靠近的管道，導(dǎo)致距離近的管道金屬表面上積累了過剩的電子，金屬的電極電位就向更負(fù)方向移動。反映出來的現(xiàn)象就是管線電位存在一定的負(fù)偏移。

第二種情況：由于管線與自身的陽極地床距離較近，在接通電源后，經(jīng)過陽極地床的電流漫流范圍較窄，同時陽極地床距離站場陰保通電點(diǎn)較近，導(dǎo)致通電點(diǎn)的通電電位較高，將此時的高電位與地床距離管線較遠(yuǎn)時的通電電位之差假設(shè)成陽極地床對自身管線的干擾電位，由于干擾電位影響，同時恒電位儀的恒電位輸出原理，導(dǎo)致真正送到管線的電流較小，可假設(shè)自然電位-0.5V，恒電位儀上輸出電位-1.5V，正常情況下，考慮IR降的影響：-0.5V，送到管道上的電位為-0.5V，管道測得的斷電點(diǎn)位應(yīng)為-1.0 V，但由于地床干擾造成的干擾電位-0.4V，真正送到管道上的電位僅為-0.1V，管道測得的斷電點(diǎn)位為-0.6 V，斷電電位達(dá)不到陰極保護(hù)參數(shù)的最小保護(hù)電位-0.85V（相對飽和Cu／CuSO4參比電極）的技術(shù)要求同時當(dāng)提高恒電位儀輸出電位時，地床對管道的干擾也相應(yīng)增加。在斷電后，陽極地床對管道的干擾也相應(yīng)消失，則管線斷電電位很難達(dá)到保護(hù)要求。

針對性的解決方案

針對陽極地床出現(xiàn)干擾的原因，采取有效的措施，可以有效地提高陰極保護(hù)效果，減少腐蝕發(fā)生的幾率，降低腐蝕的程度。可以采取的措施有：

（1）重新設(shè)計陽極地床位置，使陽極地床對管線不會形成干擾。

（2）在綜合考慮站區(qū)現(xiàn)狀和保護(hù)需求，環(huán)境條件符合的情況下，考慮采用深埋式陽極地床對管道進(jìn)行保護(hù)。

（3）考慮采取一些措施來消除或緩減陽極地床對管道干擾的影響，如提高與陽極地床最近的管段的防腐層等級、在管線受干擾程度較大的區(qū)域?qū)嵤┡帕?、在管道與陽極地床之間埋設(shè)隔離樁等。

 對以上措施的選擇要從投資費(fèi)用、安全可靠性、用電情況、環(huán)境因素等多方面考慮。在對輸線陰極保護(hù)效果評價過程中，發(fā)現(xiàn)陽極地床干擾的情況并不是個別現(xiàn)象，通過對產(chǎn)生干擾的原因做出具體分析，提出具有針對性的解決措施，對以后陰極保護(hù)系統(tǒng)的調(diào)試、整改具有指導(dǎo)意義，同時可對新建管道提供指導(dǎo)借鑒，對延長管道的使用壽命將起到積極的作用。