摘要：文章在分析目前石油和天然气管道所采用的阴极保护方法的原理基础上，分析不同的阴极保护方法各自的优缺点和适用范围，并针对其不同的原理阐述其阴极保护设计的基本条件，以供参考。
关键词：石油、天然气管道；阴极保护设计；基本条件
1引言
由于管道的长距离敷设以及长时间的石油和天然气输送过程中，不同地区土壤中还有的腐蚀成分不同，会对管道造成不同程度的腐蚀，并且以电化学腐蚀为主，也是导致管道发生损坏并产生泄露的最主要原因。目前石油和天然气管道通常采用钢质金属管道，为预防其发生电化学腐蚀，通常采用阴极保护的措施，此方式也是目前比较经济且防电化学腐蚀效果较好、能够有效延长管道寿命的方法。
2阴极保护方法的原理
2.1强制电流保护法
此方法属于阴极保护方法中的一种，其主要原理就是在管道上进行阴极电流的施加，这样就会使得管道的表面比阴极极化且表现为管道的电极电位向负方向发展，从而确保管道进入免蚀电位区。按照此原理，只要当管道上施加的阴极电流足够大，就会降低管道表面金属失去电子而变成离子的速度，提高管道表面的离子得到电子并还原成原子的速度，如果后者的速度比前者大蚀，就起到对金属管道的防腐蚀保护作用，防止其发生电化学腐蚀。
2.2牺牲阳极保护法
此方法是石油、天然气管道防止电化学腐蚀最常用的阴极保护方法中的一种，就是将比管道金属更活泼的金属作为电极与金属管道进行连接，由于二者的电位不同，所以在连接时就会产生一定的电位差，而表现为管道的电位更低成为阴极，进而在地下土壤中发生电化学腐蚀时则会优先对更为活泼的金属即阳极造成腐蚀，较低电位的金属就会由于腐蚀而不断被消耗，成为付出代价的牺牲体，从而对金属管道起到保护作用，确保其金属免蚀区，所以此方法被称之为牺牲阳极保护法。
3阴极保护方法的优缺点及适应范围
3.1强制电流保护法
此方法在对石油和天然气管道进行保护时，主要表现为以下优点：一是具有较高的驱动电压，所以可以对实际保护过程中对输出的阴极保护电流进行灵活的调节和控制。二是具有较强的环境适应能力，主要表现在可以在具有较高电阻率环境以及其他恶劣环境中适用。三是通常具有较长的适用寿命，这主要是由于此方法采用的辅助阳极具有不溶或者难溶的特点。四是具有质量较高的管道腐蚀层，可以进行较长距离的单站保护。五是能够实现对具有较差防腐蚀层或者裸钢管进行阴极保护。但是此方法的一次投资比较高，而且在应用中需要使用外接电源，所以也具有较高的电能消耗，还可能会对周围的金属物体或者其他构筑物造成影响，并且运行管理过程也相对较为复杂。所以根据其特点，此方法主要适用于距离比较长、口径比较大的埋地管道，甚至是如前文所述，在具有较差的防腐蚀层以及较高土壤电阻率的埋地管道中使用。
3.2牺牲阳极保护法
牺牲阳极保护法在对石油和天然气管道进行阴极保护的应用中主要表现出以下优点：一是与强制电流保护法不同，其不需要采用外接电源，所以也就不会产生过保护的问题，也不会对周围的金属物体或构筑物造成不利影响。二是具有较为简单和方便的安装过程以及运行维护管理。三是具有较低的一次资金投入。四是可以同时做到对金属管道的阴极保护以及静电接地。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但是此方法由于具有较低的驱动电压，所以不像强制电流保护法一样可以对阴极保护电流的输出进行灵活调节和控制，而且不能在具有较高电阻率的环境中使用，所以应用范围也受到一定限制。此外其保护距离也相对较短，并且工作寿命也相对强制电流保护法较短，如果是在具有较差防腐蚀层的金属管道或者是裸钢中使用，则需要增加额外的投资。所以，综上所述，牺牲阳极保护法主要使用于具有较短的距离和较小的口径，并且具有相对较好的防腐蚀层质量和较低的土壤电阻率的埋地管道中，目前在我国城市建设中的城市管网以及工艺站场内部管网的区域性阴极保护中具有广泛的应用并发挥着重要作用。
4阴极保护设计的基本条件
4.1管道条件
在实际的石油和天然气管道防腐蚀措施中，通常不会单独使用阴极保护的方式，而是将其与防腐蚀层进行结合，提高其综合防腐蚀效果，所以在对金属管道进行阴极保护设计时，需要对其防腐蚀层的材料性能和结构形式进行考虑，还尽量确保被保护管道的分布和材质能够具有单一性的特点，这样才能确保阴极保护具有更加经济和更加合理的效果。
4.2电绝缘条件
在阴极保护设计中为了将被保护的管道与其他的金属和物体进行有效隔离，不仅对保护电流进行保护而避免其流失，而且可以对周围的金属构筑物等进行保护，避免流失的保护电流对其造成损坏，通常需要在阴极保护设计中进行绝缘装置的设置，而且要确保绝缘装置设置和配置的科学性和合理性。
4.3电连续性
由于在目前的石油和天然气管道连接中有时会采用非焊接式的法兰连接，以及采用绝缘装置而破坏其电连续性，此时就需要通过技术性的跨接处理来确保阴极保护电流能够在整条被保护的管道中畅通无阻。
4.4特殊管段的保护
在石油和天然气管道的阴极保护中，通常所说的特殊管段主要是指沿线的地质条件较为恶劣以及需要采用较为独特的敷设方式的情况。比如在土壤电阻率较低且具有强腐蚀性的管段；大型河流穿越的管段；穿越公路或铁路的具有较长金带金属套管的管段；采用回填敷管形式穿越隧道的管段；以及其他的具有杂散电流而对腐蚀环境造成一定干扰的管段等。
4.5阴极保护的测试和监测系统
石油和天然气管道中所采用的阴极保护测试系统主要有常规测试系统和对阴极保护工作参数进行采集和遥测的系统。前者主要是阴极保护管以及地保护电位的测试、阴极保护电流的测试、大型河流穿越保护测试、金属套管穿路保护测试以及其他埋地管道和电缆交叉位置的阴极保护测试等。而后者则主要是实现了数据的远程传输和控制。这就需要根据不同工程的特性来进行不同测试和监测方式的选择，在确保保护效果的同时降低建设成本的投入。
5结语
近年来随着我国经济的快速发展和人们生产以及生活方式的改变，使得我国社会对于石油、天然气等资源的需求量不断增加。我国地域辽阔，石油和天然气的分布不均匀，所以在石油、天然气开采之后需要经过长距离的管道输送至东部沿海石油和天然气需求量较多的区域。目前石油和天然气的主要输送方式就是管道运输，且管道通常埋藏于地下，是目前最经济使用的输送方式。为了防止其发生电化学腐蚀，需要采用阴极保护的方式，而且在阴极保护设计时需要满足一定的条件，针对不同的特点和具体情况，选择最佳的阴极保护方式和配置。
参考文献：
[1]刘臻.天然气埋地管道阴极保护设计与施工要点分析[J].建筑工程技术与设计，2017（12）.
[2]熊建森，古道金.基于天然气管道实践下的阴极保护思路构建[J].化工管理，2017（27）.
论文作者:丁昱森
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/11/17
标签：阴极论文; 管道论文; 天然气论文; 金属论文; 电流论文; 石油论文; 方法论文; 《基层建设》2018年第29期论文;