油氣管道陰極保護原理

油氣管道陰極保護原理

馮洪臣

1 管道的腐蝕機理

油氣管道埋地後，防腐層不可避免的存在破損點。由於管道的不同位置，土壤的含水量、含鹽量、含氧量濃度不同，導致管道表面各缺陷點位置管地電位存在差異。電位的差異給電流的流動提供了動力。電位偏負的位置，電流從管道流出進入土壤，為陽極；電位偏正的位置，電流從土壤流入管道，為陰極。陽極位置發生腐蝕，陰極位置腐蝕便會減緩。

電子沿金屬管道向陰極跑動，正電荷（電流）在電解液中也向陰極遊動，但電子跑動速度大於離子遊動速度，滯留的正離子便導致陽極電位正向偏移。電位較正的金屬得到陽極跑動過來的電子，無法立即被溶液中的正離子消耗，導致電子積壓，所以陰極電位負向偏移。電子和正離子都朝陰極方向移動，但所經路徑不同，在金屬管道中電子導電，在電解液中離子導電，在陰、陽極和電解液接觸面氧化還原反應導電。

2 陰極保護原理

陰極保護的方法是額外增加一個電源，電流從電源流出入土壤後，再從土壤流回到管道表面。使原來的陽極轉變成陰極，整條管道都在吸收電流，成為陰極，得到保護。

陰極保護就是通過平衡金屬表面各點的電位，使金屬表面都成為陰極而進行腐蝕控制的技術，如圖 1所示，管道上原來的陰、陽極都變成了陰極。

圖1 管道表面各點對地單位

3 陰極保護方式

當電流流出金屬進入電解液的時候，金屬是陽極，會發生腐蝕。如果我們採取措施，讓電流始終是流入金屬，這時，金屬是陰極，將不再腐蝕或腐蝕減緩。

如圖 2所示，在沒有外部電源時，管道表面存在電位的差異，在電位較負的位置（陽極），電流流出管道，在電解液中流向電位較正的部位（陰極），電位較負的位置為陽極，發生腐蝕。施加外部電流後，外部電流最開始時流向管道表面電位較正的部位（陰極），隨著電流的流入，該部位電位負向偏移，從管道陽極部位流過來的電流逐步減小，隨著陰極電位的負向偏移，從陽極流過來的電流最後為零。當外部施加的電流足夠大時，電流將通過原來金屬表面的陰極部位和陽極部位都流入金屬管道，金屬表面各點都成為吸流點，都成為陰極，得到了陰極保護。

圖2 陰極保護等效電路

為迫使陰極保護電流從電解液（土壤）流向管道，使管道成為陰極，主要採用犧牲陽極陰極保護和外加電流陰極保護兩種方式。

隨著技術的進步以及公眾對環境的重視，陰極保護的應用越來越廣。從過去的船舶陰極保護，發展到今天管道、儲罐、橋梁、碼頭等都施加了陰極保護。該技術的推廣，延長了埋地管道等金屬設施的使用壽命，為安全運營提供了保障。

（馮洪臣，中國腐蝕與防護學會常務理事，陰極保護專家、高級工程師。從事陰極保護教學、設計、安裝指導、檢測近30年。先後參與印度東氣西送、中亞天然氣管道、斯裡蘭卡科倫波油庫建設；菲律賓雪弗龍油庫、敘利亞輸油管道、坦尚尼亞供水管道陰極保護檢測。曾在蘇丹、哈薩克斯坦、美國、馬來西亞、臺灣以及國內舉辦多期陰極保護技術培訓。）

來源：《管道保護》2019年第5期（總第48期）