0 引言

    陰極保護技術和防腐層聯合防護是國內外公認且經濟有效的埋地鋼質管道的防腐蝕措施。陰極保護就是向被保護的鋼質管道通以足夠的直流電流（陰極電流），使鋼質管道表面產生陰極極化，減小或消除造成鋼質管道土壤腐蝕的各種原電池的電極電位差，使腐蝕電流趨于零，進而達到阻止腐蝕的目的。

    保護電流密度的定義為：從恒定在保護電位范圍內某一電極表面單位面積上流入或流出的電流密度。保護電流密度與金屬性質、介質成分、濃度、溫度、表面狀態等因素有關。管道的陰極保護電流密度，主要用于考察防腐層絕緣性能衰變及管道是否存在陰極保護電流異常漏失等情況。由于管地電位有從陰極保護電流源向外逐漸遞減的特征，在防腐層質量相同的情況下，所耗費的保護電流也是一種遞減的過程，所以實際設計應用的保護電流密度是一個平均值，其數值大小依據管道防腐層狀況不等。該參數是陰極保護設計中必不可少的重要參數，其選擇恰當與否直接影響到陰極保護的效果。

    保護電流密度的計算方法見式（1）～式（3）：

    管體表面積：

    各段保護電流密度：

    按總輸出電流計算電流密度：

    式中：Ln為保護距離，m；D為管道直徑，m；Sn為管道表面積，m2；In為陰極保護輸出電流，μA。

    1 陰極保護電流判斷依據

    陰極保護電流密度不是固定不變的數值，所以，一般不用它作為陰極保護的控制參數，但通過定期計算陰極保護站所轄管段平均保護電流密度并與歷史數據進行對比分析，可以發現陰極保護或者防腐層的異常并及時查找原因。

    目前的日常管理可采用表1所列保護電流密度指導防腐層與陰極保護的維護工作。

表1中參數不適用于存在雜散電流干擾或與外部存在搭接的管道。

    同時結合SY/T 0036-2000《埋地鋼質管道強制電流陰極保護設計規范》保護電流中防腐層的選取原則（石油瀝青、煤焦油瓷漆、環氧煤瀝青50～100μA/m2；環氧粉末、塑料覆蓋層10-50μA/m2；三層復合結構＜10μA/m2），可對管道的防腐有效性進行評價。

    對于“1級”防腐層，應監測管地保護電位，確保管道不存在過保護或欠保護，必要時調整系統輸出；對于“2級”防腐層，應監測管地保護電位，確保管道不存在過保護或欠保護，必要時調整系統輸出，同時，關注陰極保護電流密度變化情況，如果該參數與歷史數據發生較大偏離，則應查找原因并予以糾正；對于“3級”防腐層，是不可接受的，應立即查找原因并進行糾正，屬于外部干擾或金屬搭接造成的，予以處理，屬于防腐層劣化的，安排修復或大修。

    2 電流密度評價防腐層狀況應用實例

    以下分別根據陰極保護電流密度，結合部分管道的內檢測結果，對陰極保護有效性進行評價，見表2~表4。

    慶鐵新老線大慶段防腐層為石油瀝青與聚乙烯冷纏帶，使用恒電位儀對慶鐵新老線聯合保護，陰極保護電位與自然電位均在正常范圍內。陰極保護輸出電流密度介于52-153μA/m2之間，除一處電流密度偏大外，其他均在正常范圍內，防腐層等級均為2級。內檢測結果表明，該段管道腐蝕較輕，管道基本處于有效的陰極保護范圍。

    秦京線防腐層為瀝青與聚乙烯冷纏帶，除遷安站、昌黎站恒電位儀輸出電流較小外，其他站工作正常。陰極保護輸出電流密度介于12～120μA/m2之間，兩處電流密度較小，其他均處于正常范圍內，防腐層等級為1-2級。

    3 陰極保護電流密度異常分析

    3.1 陰極保護電流密度偏大

    陰極保護電流密度過大，主要有以下原因：防腐層劣化、金屬搭接或者絕緣接頭失效。

    某段管道大修前陰極保護輸出電流密度為170μA/m2，2009年4月，對防腐層老化段管道進行了大修，陰極保護輸出電流密度降為80μA/m2，說明大修后管道的防腐層性能得到了較大的提高。

    任京線任丘首站陰極保護站所保護的管道保護長度為16 km，管道防腐層為石油瀝青，管道目前已服役30多年，2008年6月份陰極保護輸出電流為40A，陰極保護平均電流密度為1.4mA/m2，遠高于常規的石油瀝青防腐層所需的陰極保護電流密度，初步判斷是與裸管搭接或者絕緣接頭失效導致。使用PCM確定為絕緣接頭失效，更換絕緣接頭后，陰極保護輸出電流為3.2A，平均保護電流密度為110μA/m2，在正常的陰極保護電流密度范圍內。

    3.2 陰極保護電流密度偏小

    （1）管道通電點的電位偏負。由于受到雜散電流的影響，管道的通電點處電位可能小于自然電位。這種情況下陰極保護不能有效輸出。研究表明：在交流干擾電流密度較大的情況下，管道的電位會發生負向極化，這在一定程度上限制了陰極保護的輸出。秦皇島輸油氣分公司遷安保護站的保護管段，陰極保護平均電流密度為12μA/m2，而同樣防腐層的大興陰極保護站電流密度為89μA/m2，陰極保護電流密度低并不能說明該段管道的防腐層良好，由于雜散電流的影響，遷安段管道通電點電位偏負，導致陰極保護電流不能有效輸出。根據內檢測結果，表明大興陰保站的保護管段，管道腐蝕較遷安段管道腐蝕輕微。在遷安出站段的管道測試樁處安裝檢查片，發現陰極保護on電位滿足陰極保護準則的情況下，檢查片仍發生較為嚴重的腐蝕，見圖1。

    （2）犧牲陽極或者某些排流設施可能影響計算得到的陰極保護電流密度。

    4 結束語

    （1）使用陰極保護電流密度參數可以對不同管段、同種類型的防腐層進行評價。對其數據進行比較，可以判斷陰極保護的輸出是否正常。

    （2）陰極保護電流密度較高時，建議立即查找原因并進行糾正。屬于外部干擾、金屬搭接、絕緣法蘭（接頭）造成的，予以處理；屬于防腐層劣化或者失效的，安排修復或大修。

    （3）部分管段防腐層為石油瀝青防腐層，且已經服役近30年，但陰極保護電流密度低于15μA/m2，較同種類型的防腐層通常所需的電流密度偏小較多，建議重點關注該段管道的陰極保護狀況。必要時，埋設陰極保護檢查片，對陰極保護的有效性進行考察。根據經驗，一般情況下，陰極保護輸出電流密度偏高較小時不嚴重，反而是陰極保護電流密度較常規值偏小較多時應重視。

    （4）由于受到雜散電流的影響，有些管道的部分管段自然電位偏負，直接影響了陰極保護的有效輸出，陰極保護電流密度只能作為參考值，不能完全依照電流密度評價表對防腐層性能進行評價。建議對這些管段進行重點研究，查找自然電位偏高的原因。統計結果還表明，管道具有絕緣性能較高的防腐層時，更容易受到雜散電流的影響。

    （5）陰極保護電流密度值與管道的內檢測結果進行對比，初步判斷管道的腐蝕原因是否與陰極保護輸出電流密度小有關。

    （6）通電點電位的高低對陰極保護電流密度有直接的影響，今后的綜合評價時也應考慮此因素。

    （7）陰極保護電流密度在評價防腐層性能與陰極保護有效性方面具有很強的指導意義，但關于陰極保護電流密度與防腐層狀況的等級評價方面有待進一步的完善細化。

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責任編輯：王元

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