早在1823年，在船舶航行的過程中，大量水生浮游生物會吸附在船艙底板的表面，造成航速減慢，在船體底部安裝鐵釘可以防止浮游生物吸附，但是鐵釘會加速腐蝕脫落，因此DAVID提出了鋅犧牲陽極的保護方法，從而減緩鐵釘腐蝕速率。

電流密度與腐蝕質量損失存在線性關系，這一理論由FARADAY在1834年提出，并為電化學腐蝕原理以及陰極保護設計原理奠定了理論基礎。

在1928年KUHN首次投入使用陰極保護整流器，之后陰極保護技術被普遍使用。在19世紀70年代以后，陰極保護技術被廣泛應用于海底管道防腐蝕，為海底管道向著里程更長、水深更深、高壓力的方向發(fā)展。

20世紀上半葉，我國石油管道工程發(fā)展緩慢，輔助長輸管道的防腐蝕技術和陰極保護裝備缺失，相對于世界長輸油氣管道的發(fā)展滯后長達半個世紀。經過不屑的努力，我國陰極保護技術發(fā)展有了明顯的突破。

20世紀60年代，新疆油田建立了國內第一座陰極保護工作站，隨后陰極保護技術逐漸應用于大慶、四川等油氣管道建設。但是，直到20世紀70年代后期陰極保護技術才廣泛應用于我國長輸油氣管道。20世紀80年代中期以后，陰極保護技術開始應用于電廠防腐蝕工程，同時在特定油井套管以及鋼筋混凝土管道中也得到了有效的應用。

近年來，隨著高壓交、直流輸電系統(tǒng)，高鐵、地鐵等電氣化交通系統(tǒng)的快速建設，埋地管道面臨著日益嚴峻的雜散電流干擾問題。

一方面，雜散電流會引起管道陰極保護電位的波動，如地鐵干擾（圖1）；另一方面，雜散電流干擾導致原有的陰極保護評價指標體系不再適用，如美國一埋地管道受到交流雜散電流干擾，雖然陰極保護電位達到相關標準要求，但是仍然出現(xiàn)嚴重的腐蝕（圖2）。因此，現(xiàn)代長輸管道的陰極保護系統(tǒng)監(jiān)測不僅應對管道的陰極保護水平進行實時監(jiān)測，還應對管道的雜散電流干擾程度進行監(jiān)測及評價。

圖1地鐵干擾導致的陰極保護電位波動（2018年）

圖2 交流干擾引發(fā)的管體腐蝕

早期陰極保護電位的測試主要依靠人工完成，其過程是在通電保護的情況下，利用萬用表測得埋地管道相對于Cu-CuSO4電極（CSE）的陰極保護電位，人為進行數(shù)據記錄，監(jiān)控管道陰極保護狀態(tài)。

隨著陰極保護理論的逐漸完善，工程師們發(fā)現(xiàn)土壤中的IR降會對陰極保護電位產生影響。因此，研究人員開發(fā)了瞬間斷電測試法，該方法使用電位測量儀器搭配時間中斷儀器，通過瞬間中斷管道陰極保護電流的方法測得斷電瞬間的極化電位，從而對管道陰極保護狀態(tài)進行評價。

首先，該方法需要測試人員親自到現(xiàn)場執(zhí)行測試操作，測試效率低，尤其是對于偏遠地區(qū)會耗費大量的人力。其次，由于需要在斷電的瞬間讀取電位，這對測試人員陰極保護業(yè)務水平要求較高，而且人為誤差明顯。再次，該方法檢測周期較長（一般為1天以上），無法實時監(jiān)控陰極保護系統(tǒng)的運行狀態(tài)。最后，該方法受到儀表讀數(shù)誤差大、設備動態(tài)反映性能差、雜散電流等多方面的影響，導致測試結果不準確。

為了解決這些問題，近年來陰極保護智能監(jiān)測技術得到快速發(fā)展，其主要是通過在管道上安裝陰極保護傳感器，并結合無線遠傳技術，實現(xiàn)管道陰極保護電位的監(jiān)測。

目前，市場上針對陰極保護電位監(jiān)測的設備種類繁多，相關技術參數(shù)要求及實現(xiàn)能力各不相同。下面針對其中幾家目前從事陰極保護相關工作廠家的產品（編號分別為A、B、C、D、E、F）進行性能分析。

通過對上述幾種陰極保護智能化監(jiān)測設備關鍵性能參數(shù)分析及對比，可以看到目前現(xiàn)有設備監(jiān)測的參數(shù)主要包括6項：

在正常陰保監(jiān)測條件下，當監(jiān)測電位比析氫電位更負時，理論上電位每偏移118 mV，電流擴大10倍，因此斷電電位變化情況較小。同樣在陽極塔菲爾區(qū)，電位每偏移59 mV，電流擴大10倍。因此，電位量程不需要很大。同時，對于規(guī)定的保護電位（相對于CSE）的監(jiān)測范圍（-850～-1200 mV），上述各公司設備的電位監(jiān)測量程基本符合要求。

在直流電位采集方面，設備A、B、C、D、E只能在直流電位低量程范圍（最大量程±14 V）內進行監(jiān)測，而設備F不僅可在直流電位低量程而且可在高量程范圍內進行監(jiān)測，但是最高量程不能超過±100 V。在直流電位精度采集方面，設備B、C、D、E在電位低量程的采集精度值大致為量程的0.1%，設備F在高量程和低量程的采集精度值均大致為0.1%量程。

在直流電流采集方面，設備E和F可在直流電流低量程（最大量程±20 mA）范圍內進行監(jiān)測，設備B可在直流電流高量程（最大量程±2 A）范圍內進行監(jiān)測。在直流電流采集精度方面，設備E和F采集精度為<10 μA，而設備B采集精度大致為0.1%量程。

在交流電位采集方面，設備C只能在交流電位低量程（最大量程10 V）范圍內進行監(jiān)測，而設備D、E和F可在交流電位最大不超過100 V范圍進行監(jiān)測。在交流電位采集精度方面，設備C和D交流電位采集精度值大致為0.1%量程，設備E和F交流電位采集精度值大致為0.5%量程。

在交流電流采集方面，設備E可在交流電流低量程（最大量程10 mA）范圍內進行監(jiān)測，而設備F可在交流電流低量程和高量程范圍內進行監(jiān)測，但是最大量程不超過100 mA。在交流電流精度采集方面，設備E和F監(jiān)測精度值為0.5%量程。

一般情況下，斷電電位、自然電位、交流電流采集量程和精度值基本符合目前現(xiàn)有工作條件。隨著國內高壓或特高壓輸電線路的建立（存在線路和管道并行的情況）以及高鐵軌道的長距離埋設等情況的出現(xiàn)，高壓交直流干擾對埋地鋼制管道會產生影響，QIN等發(fā)現(xiàn)在高壓直流干擾下某監(jiān)測點處管底通電電位為-211 V（相對于CSE），另一處測試點通電電位達到304 V（相對于CSE），孫建桄等發(fā)現(xiàn)在±500 kV干擾下測試點通電電位正向偏移100 V，相鄰近的兩個閥室測試點通電電位正向偏移50 V。

諸多現(xiàn)場案例報告顯示，高壓直流干擾會導致管地電位偏移，電位偏移量達到上百伏，從而造成現(xiàn)有設備采集量程超量程的情況。此外交直流干擾下管體電位呈現(xiàn)動態(tài)波動，如圖1所示。一些設備采用定時監(jiān)測模式，若監(jiān)測頻率過高，可能導致電池壽命大幅度降低，監(jiān)測頻率過低，從而無法實現(xiàn)準確抓取干擾電位特征值。建議在動態(tài)雜散電流干擾（地鐵干擾）或間歇性雜散電流干擾（高壓直流干擾）區(qū)域采用觸發(fā)反應模式或遠程控制模式進行信號特征值采集。

一般情況下，當土壤中達到有效陰極保護電位時，流經陰極保護試片的電流為幾微安至幾十微安。由上可知目前設備電流采集精度僅為10 μA，因此直流電流采集誤差偏大，需要擴大相關硬件設備采集量程范圍及提升精度。

在數(shù)據傳輸方面，除了設備C只采用串口通訊的方式以外，大部分公司設備普遍可以在網絡覆蓋信號較好的條件下通過移動通信網絡進行無線遠傳。部分公司設備采用NB-LOT或以太網自組網形式進行數(shù)據傳輸。

同時，大部分公司設備采用定時采集或全天采集形式和定時發(fā)送數(shù)據的常規(guī)模式，在電池供電方面，大部分公司采用性能較優(yōu)的電池對設備進行供電，但是具體電池壽命與采集頻率和數(shù)據上傳頻率有關。

在設備使用工作溫度方面，除了設備C不可以在低溫環(huán)境中使用外，其余公司設備均可以在低溫（最低溫度不低于-40 ℃）和高溫（最高溫度不高于85 ℃）環(huán)境中正常工作。

在數(shù)據通訊傳輸?shù)倪^程中，目前現(xiàn)有的陰極保護監(jiān)測設備可以在2G、GPRS、3G、4G通訊情況良好的條件下進行數(shù)據定時傳送，考慮到第三方人為破壞的情況，管道陰極保護測試點應加裝高清攝像頭，因此在圖像、聲音等數(shù)據傳輸過程中建議采用5G移動通訊技術，使圖像畫面和聲音更為清晰和流暢。

考慮到在諸如新疆、西藏山區(qū)、山林等無人值守的偏遠地區(qū)，存在信號無法覆蓋的地方，建議采用組網傳輸技術或是北斗通訊傳輸技術來解決無信號或信號質量差情況下的數(shù)據傳輸問題。因此，針對特定地域范圍應采用更為合適的遠程傳輸技術，目前現(xiàn)有設備采集數(shù)據沒有完全實現(xiàn)“區(qū)域優(yōu)選模式”下的遠程傳輸。