油气管道阴极保护原理

冯洪臣

1管道腐蚀机理

油气管道埋地后，不可避免地会损坏防腐层。由于管道所处位置不同，土壤含水量、含盐量、氧浓度不同，导致管道表面各缺陷点的管道地电位存在差异。电势差为电流提供能量。在电位为负的位置，电流流出管道进入土壤，土壤为阳极；在正电位的位置，电流从土壤流入管道，管道就是阴极。当阳极位置发生腐蚀时，阴极位置的腐蚀会变慢。

电子沿着金属管向阴极运行，在电解液中正电荷也向阴极游动，但电子的运行速度比离子的游动速度快，滞留的阳离子导致阳极电位正偏差。具有正电势的金属从阳极获得电子，电子不能立即被溶液中的正离子消耗，导致电子积压，因此阴极电势发生负移。电子和正离子都向阴极移动，但它们的路径不同。电子在金属管中导电，离子在电解液中导电，氧化还原反应在阴极、阳极和电解液的界面导电。

2阴极保护原理

阴极保护的方法是增加一个额外的电源，电流从电源流入土壤，然后回到管道表面。原来的阳极变成阴极，整个管道吸收电流变成阴极，受到保护。

阴极保护是一种通过平衡金属表面各点的电位来控制腐蚀的技术，使金属表面成为阴极。如图1所示，管道上原来的阴极和阳极变成了阴极。

图1管道地面各点单位

3阴极保护模式

当电流从金属流到电解液中时，金属是阳极，会被腐蚀。如果我们采取措施，使电流始终流入金属，此时，金属是阴极，不再腐蚀或减缓腐蚀。

如图2所示，当没有外部电源时，管道表面存在电位差。在负电位的位置，电流流出管道，流向电解液中正电位的位置，负电位的位置是阳极，造成腐蚀。施加外部电流后，外部电流最初流向管道表面具有正电势的部分。随着电流的流入，该部分电位负移，从管道阳极部分流出的电流逐渐减小。随着阴极电位的负移，从阳极流出的电流最终变为零。当外加电流足够大时，电流会同时通过原金属表面的阴极和阳极部分流入金属管道，金属表面的所有点都会成为吸电流点和阴极，从而获得阴极保护。

图2阴极保护等效电路

牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护主要用于迫使阴极保护电流从电解液流向管道，使管道成为阴极。

随着技术的发展和公众对环境的关注，阴极保护得到了广泛的应用。阴极保护已应用于管道、储罐、桥梁、码头等。该项技术的推广延长了埋地管道等金属设施的使用寿命，为安全运行提供了保障。