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封面人物 | 胡士信：讓陰極保護技術為國家創造更多財富

2017-07-26 15:56:10 作者：王妮來源：《腐蝕防護之友》分享至：

胡士信，中國管道陰極保護專家、中石油管道局咨詢專家委員會委員、中國工程院材料延壽與可持續發展的戰略研究咨詢項目專家組成員。他先后主持過魯寧、瓊深、任京、克鳥復線、北京化工氧氣氮氣乙烯管道、上海寶鋼引水管道、西氣東輸、蘇丹、利比亞、哈薩克斯坦 - 中國輸油管道及南水北調中線北京段 PCCP 等管道工程陰極保護的設計與施工。

砥礪奮進四十載，陰極保護設計出碩果。在改革開放百廢待興的大好時機下，胡老師主持和參與了許多關系國家戰略發展的重大工程項目，在每次工程項目中他始終保持積極開拓、探索、勇于創新的精神，比如他在西氣東輸重大工程項目中，以“敢于第一個吃螃蟹”的精神承擔并完成了減阻內涂技術的科研任務，填補了國內空白，把我國的輸氣管道技術水平向前推進一大步，給國家節省投資 10 億元，為我國的管道事業發展做出了突出的貢獻。

胡老師先后多次獲得石油部（中石油集團公司）、鐵道部、云南省、工業和信息化部等省部級科技成果獎。1995 年，他被中石油集團公司評為首批跨世紀學術帶頭人；2002 年，他榮獲中石油集團公司優秀勘察設計師稱號……他的科研事跡被收入《當代中國科學家與發明家大辭典》《中國科技人才大辭典》之中，這樣一位優秀的從事管道陰極保護設計的科研工作者，如今雖已年過古稀，依然充滿熱情地參與 HVDC 對管道干擾影響及防護的科研項目，目的只有一個：讓陰極保護技術為國家創造更多財富！

減阻內涂技術填補國內空白

我國的管道建設是與鐵路、公路、船舶、航空并駕齊驅的五大運輸渠道之一，號稱“地下大動脈”。“西氣東輸”是 21 世紀的序幕性工程，在當時是國內輸量最大、距離最長、壓氣站最多、管徑最大的管道建設工程，為保證其安全性和可靠性，提高輸送效益，在設計中采用減阻內涂層技術，這一技術是一歷史性的突破。

胡老師介紹，天然氣管道減阻內涂技術在國外廣泛應用已經很多年，有豐富的經驗，盡管各國的參數取值不盡相同，但結論是一致的：“初期內涂層投入的成本將會得到幾倍的回報，管徑越大，路線越長，輸氣量越大，效益越好。”在西氣東輸工程建設前，該技術在國內尚屬空白，不服輸的胡老師開始琢磨，西氣東輸工程綿延 4000 多公里，經歷多種氣候類型，沿線穿越各種地理單元，能否在西氣東輸工程中也使用減阻內涂技術？當他首次提出這種想法和建議，遭到了當時權威人士的質疑和反對。胡老師沒有放棄，他認為減阻內涂技術具有很高的經濟效益，是低碳綠色的好項目，比如說，在管徑、壓力不變的前提下，能夠提高輸量；在輸量和壓力一定的前提下，可縮小管徑，節約鋼材；在管徑、輸量、壓力不變的前提下，可減少壓縮機站的站數；由于摩擦阻力減小，壓縮機的動力消耗就會減少，它還能夠減輕管內壁腐蝕，保證介質的純度。

基于這些考慮，雖然減阻內涂技術不屬于陰極保護專業范疇，胡老師還是主動請纓承擔了減阻內涂技術的攻關研究，他帶領管道設計院、中石油塘沽工程院和管道科技中心的課題組進行了為期兩年的技術攻關，先后對內涂的設計、涂敷工藝、施工及驗收、技術規范進行研究，最終攻克了各種設計、施工、檢測等技術難題，在國內首次完成了減阻內涂技術的科研任務，并把這項技術應用到了西氣東輸工程項目中。

通過這一技術的實施，西氣東輸工程減少了三座壓氣站，僅此一項便可為國家節省投資 10 億元。采用該技術可增加輸量、減少了輸氣過程中的燃氣消耗、減少了清管次數，每年還可收益近10 億元。

胡老師介紹，通過西氣東輸通氣運行，證明減阻內涂技術的應用是成功的，這標志著我國輸氣管道技術提高到一個新的水平，可與國外相媲美。陜京二線和廣東 LNG 及后來的西二線、西三線等項目中均應用了減阻內涂技術，這也證明了這項技術的成功。減阻內涂技術這一重大技術進步在 2004 年 3 月的“中石油管道技術與管理座談會”上被中國石油列為十大重點推廣的新技術之一，該項成果榮獲 2005 年管道局科技成果一等獎，并集成到西氣東輸科技成果中榮獲國家科技大獎。

研發陰極保護材料從原始走向現代

二十世紀七十年代，我國的管道事業剛起步，陰極保護技術處在原始態，當時國外大量使用的輔助陽極為難溶性石墨和高硅鑄鐵，壽命可達 20 年以上，而國內卻在使用鋼鐵陽極。鋼鐵陽極屬于可溶性材料，其壽命只有 3 ～ 5 年。看到如此之大的差距，胡老師大膽提出研制國產的石墨陽極。在領導和同行們的支持下，他克服了各種困難，白手起家，在設計院的院子里支起了自焊的鐵鍋，熬石蠟、煮石墨棒，鉆孔，焊接電纜，終于試制出了國內第一支用于陰極保護的石墨陽極。為了驗證研制出的石墨陽極的穩定性和改進陽極接頭工藝，胡老師又開始了室內和現場實驗，并取得上萬個實驗數據，最終獲取了科研項目的成功，于 1978 年在國內首次應用上國產的難溶性陽極，把國內的陰極保護技術向前推進了一步。

緊接著，胡老師又著手于高硅鑄鐵陽極的研制。高硅鑄鐵陽極是土壤中、水中及海水中鋼構筑物陰極保護輔助陽極的最佳陽極材料，其腐蝕率比石墨陽極還要低，屬難溶性電極。它同石墨陽極一樣，均為國外普遍使用的鋪助陽極材料。但在上世紀八十年代，在國內因無專門商品化產品，僅能少量使用非標準規格的其他領域應用的高硅鑄鐵塊來代替鋼鐵作輔助陽極材料。為改變這一落后局面，胡老師和昆明冶金機械廠等單位合作，研制出了化學成分合理、生產工藝穩定，性能達到國外同類產品水平的高硅鑄鐵陽極產品，并在管道、油田、地下通信電纜等領域的陰極保護工程中試用成功，徹底地改變了國內陰極保護使用的輔助陽極材料和技術，把陰極保護技術從可溶性陽極時代推進到難溶性陽極時代，為推動國內陰極保護技術進步做出貢獻。胡老師說：“目前，國產的高硅鑄鐵陽極已達到了國外同等水平，并且大量出口到國外。這種陽極目前也大量應用在HVDC的接地極上。”

2006年在加拿大考察TEG電源

胡士信向加GLOBAL公司贈送著作

犧牲陽極是陰極保護兩種方法之一，在上世紀七八十年代，國內并沒有犧牲陽極產品，胡老師回憶說：“1980年，設計院接到一項上海寶鋼引水工程陰極保護的設計任務。由于管道經過上海市區，須考慮強制電流的干擾問題，應采用犧牲陽極保護，當時國內沒有犧牲陽極的產品，為確保國家重點工程的安全，我查閱了大量文獻，提出盡快研制國產的犧牲陽極，并選定了鎂陽極的 6 個配方，委托廠家試制小樣，再對這 6 個配方進行篩選。當時設計院沒有實驗室，在院領導的支持下。我帶領研究小組，把四樓的男廁所改成了臨時實驗場所，擺起了瓶瓶罐罐，晝夜值班測試，夏日炎熱、蚊蟲叮咬更是小菜一碟。在克服了種種困難后，測取了近百個小樣數萬個數據。功夫不負有心人，經過幾輪的篩選，終于優化出鎂陽極配方，并試制大樣，在上海寶鋼指揮部的支持下，和上海市政工程設計院、上海自來水公司、撫順鋁廠、重慶有色金屬研究所一道火速在上海的自來水管道上進行了實地埋設考察。經過近兩年的研究和開發，最終研制出了鎂陽極，并通過了來自石油、海洋、化工及冶金等行業的二十幾位腐蝕專家及大專院校腐蝕權威們的一致肯定。其成果為后期鎂陽極標準的制訂打下了牢固的基礎。該項成果被石油部評為 1983 年的科技成果二等獎。”

胡老師說：“帶狀鎂陽極的研制在國內首次把擠壓法應用到犧牲陽極制造上，成功地解決了內嵌鐵芯制造工藝的技術難題。當時的測試數據表明，新研制的帶狀鎂陽極的電化學性能接近國外同類產品的先進水平，具有電流分布均勻、應用靈活的優點。它的成功突破了高電阻率環境下不宜采用犧牲陽極保護的傳統觀念。根據帶狀鎂陽極的生產原理，國內又開發出帶狀鋅陽極，大大豐富了陽極品種，這種陽極為臨時保護、防干擾、套管內的陰極保護等提供了有力保障、開拓了犧牲陽極應用的新領域。 ”

迎難而上攻克雜散電流干擾

胡老師說：“陰極保護的歷史就是一部防干擾史。”我國人口密度大，土地緊張，地理環境復雜，強電線路和埋地油氣管道間隔近且長距離并行，共用走廊已不可避免。強電線路與管道相鄰，將會對管道產生電磁感應影響，若管道上感應電流密度超標，就會導致交流腐蝕現象。

1982 年，我國建設了一條從大同到秦皇島的輸煤重軌鐵路，輸煤電機車攜帶很大的電流量，這條鐵路與中國石油的秦京輸油管道正好有 4 公里平行段。其交流干擾最高達到幾十伏，這種長距離并行的電磁感應干擾不僅能使秦京輸油管線發生交流腐蝕，而且還可能危及人身安全，損壞防護設備，威脅管道安全運營。于是，在鐵路建設期前就提出兩個方案，一個方案是管道搬家，另一個方案是管道不搬家，在管道側采取防干擾措施。為此石油部和鐵道部聯合攻關解決防干擾課題，在當時并沒有成功的經驗可供借鑒，屬于高難技術課題，胡老師勇于承擔，接受了第一個關于交流干擾與防護的課題。

承擔起這一重任后，胡老師根據當時對交流干擾的認識以及國內外交流干擾防護的理論，首次在國內組織了一次在已建管道上進行交流干擾及防護的綜合評估試驗，把接地、屏蔽、電絕緣、等電位等防干擾的各種防護措施進行了實地試驗，進行了近 3 年的各種條件下的干擾測試，記錄了幾十本數據，通過對數據的分析、整理、改進，確定了管道上的最佳防干擾措施——極性排流 +安全檢測，最終解決了不用改線就能防止鐵路對管道所造成的干擾問題。

胡老師說：“我們把這個成果應用于京秦電氣化鐵路對秦京線的干擾防護措施上，取得了成功，避免了不必要的改線，為國家節省基建投資 477 萬元。

為此人民日報、經濟日報、石油報和鐵道報等當年均給予了報道，引起了極大的社會反響。”

進入新世紀，隨著我國經濟的快速發展，特高壓交、直流輸電工程和埋地油氣管道的建設都在提速。輸電線路和管道線路并行或相鄰的幾率越來越大，嚴重威脅著管道的安全。

2008 年，我國首次將輸電電壓升高至 1000 kV，國家電網開展了同塔雙回線路對管道干擾影響與防護的研究課題。根據課題的需要，胡老師進行了針對西氣東輸管線、陜京二線、西南成品油和珠三角成品油輸送管線上受 500 KV 輸電線路所造成的干擾影響實測并評價，實測結果表明在這四大油氣輸送管線上，按照最新的國內外標準評價均存在著嚴重的交流干擾問題，干擾電壓和電流密度都超標，特別是云南山區巖石地段，幾乎無法排除，在500 KV 的電壓下有這么大的問題，那么1000 KV 的危害就更大了。

通過調研，胡老師提出的解決方案是排流，選用鋅帶陽極接地配合以極性排流節的防護措施，成功地解決特高壓交流線路與管道共用一條通路的技術難題，該項技術于 2009 年通過了國家驗收。胡老師說：“目前我國的 HVAC 和HVDC 的電壓等級都已達 1000 KV，均為世界之最。防干擾的研究是我們腐蝕工作者義不容辭的擔當，特別是對 HVDC干擾的認識還有待提高，接地極對管道的腐蝕影響等一些未知領域還有待我們去研究和探索。”

陰極保護為 PCCP 保駕護航

預應力鋼筒混凝土管（PCCP）是當前國內外供水工程推廣的新技術，它是將高強鋼絲的抗拉、混凝土的抗壓和鋼板的防滲有機結合在一起，充分合理利用了材料各自的物理力學特性的高品質的輸水管材。這種管材最先是法國Bonna 公司研制使用，國外早在 1942 年就開始應用。

在 PCCP 管的應用史上，最具代表性的是利比亞“大人工河”工程。上個世紀 80 年代利比亞出于戰略考慮決定實施“大人工河”計劃，就是把南部撒哈拉沙漠中的４處地下水源的地下水抽上來，分別用 PCCP 管道遠距離送到北部沿海地區，并聯成全國統一的地下供水管網。不過利比亞大人工河項目的經驗表明，一期工程 PCCP 建設時，出于降低工程造價的考慮，一期工程只有30％的 PCCP 做環氧煤瀝青保護層，沒有全部采用陰極保護，結果導致運行過程中未施加陰極保護管道被腐蝕爆管，造成嚴重損失，其教訓是慘痛的，不得不對所有 PCCP 管道補加陰極保護，這意味著他們不得不返工。

2005 年，我國的南水北調工程中線北京段也選用了 PCCP 管，PCCP 的管徑4 m，每節長度 5 m，兩條管道平行鋪設，長度有 54 km。工程之大國內罕見，由于管道擔負著首都的用水，其安全穩定性不言而喻。負責設計的北京水利設計院誠邀胡老師來為其做陰極保護設計。

胡老師接受了這一挑戰。因這一技術在國內并沒有可供借鑒的經驗，他就依據鋼質管道陰極保護技術的扎實功底，參照美國 NACE 和歐洲對混凝土和PCCP 的標準規范，參考利比亞大人工河的陰極保護設計，最終確定采用帶狀鋅陽極平行鋪設的方案。這個方案后來經過相關水科院計算和驗證，也認定為最佳方案，正式在南水北調工程的北京段使用。2008 年奧運會前，南水北調的水已成功的通過 PCCP 進入了北京城，實踐證明，胡老師對 PCCP 做的陰極保護設計非常成功。自此之后 PCCP 的陰極保護就在全國的天津段、遼西供水、鄂西北、新疆和寧夏供水等供水工程中推廣應用。

南水北調中線北京段PCCP管道

廣東某燃氣管道上的交流干擾

管子內拋丸機噴頭

西氣東輸用的內涂管子

PCCP 管在國內畢竟只有二三十年的歷史，其管子質量和腐蝕問題不可小覷，如果沒有陰極保護，其前景令人擔憂，為此胡老師主編《埋地預應力鋼筒混凝土管道的陰極保護》國家標準，為 PCCP管道事業保駕護航，可保壽命超百年！

筆耕不輟讓陰極保護技術發展呈新常態

腐蝕學科在中國尚屬稀有多科邊緣專業，陰極保護專業書籍較少，為了普及這一技術，在 1990 年，胡老師把世界陰極保護巨著，德國 W.v. 貝克曼的《陰極保護手冊》（郵電版）介紹給國內同行，貝克曼的《陰極保護手冊》是電化學保護理論與實踐的經典著作，具有很強的理論性、實踐性和可操作性。后來德文的第三版內容更加豐富，陰極保護技術有了飛躍性的發展，是歐洲乃至世界陰極保護技術的頂峰，胡老師再次將貝克曼的《陰極保護手冊》（化工版，原著第三版）在中國出版發行，使國內同行分享其技術成果。本書還在國際學術交流中作為禮物贈送給德國的朋友而成佳話。

1999 年，胡老師根據多年的科研生涯在總結技術實踐的基礎上，編寫了國內第一部陰極保護技術專著——《陰極保護工程手冊》。這部手冊對陰極保護的理論進行了闡述，對埋地管道、電纜、船舶、港口碼頭、混凝土中鋼筋、大型儲罐、工業設備內壁等各個方面實踐進行了詳盡的介紹，手冊中還對交、直流干擾影響及防護措施、陰極保護測試技術進行了介紹，這是一本非常實用的金屬防腐蝕的技術手冊，成為陰極保護行業人士人手一冊的“圣經”。

為了推動防腐蝕行業發展，他還先后撰寫了《英漢腐蝕與防護詞匯》（石油版）、《天然氣管道減阻內涂技術》（化工版）和《地下設施的腐蝕與防護》（科學版）等 10 多部技術專著；并主編了《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》GB/T 21448 － 2008、《埋地預應力鋼筒混凝土管道的陰極保護》GB/T 28725-2012，參編了《鋼質管道外腐蝕控制規范》GB/T 21447 － 2008、《埋地鋼質管道陰極保護參數測試方法標準》GB/T 21246 － 2007 及《鋼質石油儲罐防腐蝕工程技術規范》GB 50393 － 2008 等五部國家標準，并參與編寫了國家職業標準《防腐蝕工》。還主編了《埋地鋼質管道陰極保護設計規范》、《埋地鋼質管道犧牲陽極陰極保護設計規范》等石油行業標準十余部。為表彰胡老師對陰極保護標準制訂上的貢獻，建設部授予“全國工程建設標準定額榮譽工作者”稱號。

胡士信與夫人在加拿大

如今，年逾古稀的胡老師依然在關注陰極保護事業的發展，專注前沿技術難題，洞察國際科研動態，推動中國的陰極保護技術與國際同步，讓陰極保護技術為國家節約更多的資源，創造更多的財富，他也希望陰極保護發展成新常態。

在侯保榮院士主持的中國工程院“我國腐蝕狀況及控制戰略研究”重大咨詢項目中，指出我國的年腐蝕損失超出了二萬億元，當采取防蝕技術后可減少損失 20 ～ 30%，陰極保護就是行之有效的防蝕利器之一，所謂的“陰極保護”就是依據電化學腐蝕的機理，反其道而行之，阻止金屬的腐蝕。試問，如果沒有陰極保護，跨海大橋能用幾年、管道是否安全、船舶能行多遠、海港碼頭壽命又有幾何，國內陰極保護領軍人物胡士信老師呼吁：要立法訂標，擴大陰極保護領域，讓陰極保護為國家創造更多財富！

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后記：

胡老師在陰極保護科研與設計中精益求精，不斷地追求卓越。他的努力填補了很多國內空白，開創了許多個第一，他一路櫛風沐雨，不斷前行，讓我們向這位致力于陰極保護技術研究與實踐的老專家致敬、學習！

人物簡介

胡士信，安徽鳳陽人，1945 年生，1969 年畢業于哈爾濱工業大學電化學專業，中國管道陰極保護專家、中石油管道局咨詢專家委員會委員、中國工程院材料延壽與可持續發展的戰略研究咨詢項目專家組成員、首屆 NACE 中國分會專家委員、NACE 中國上海分會前主席、中國腐蝕與防護學會的三、四、五屆理事、中國石油天然氣總公司跨世紀學術帶頭人。1974 年調入石油部管道局從事管道陰極保護工程的設計和科研工作，先后承擔過魯寧、西氣東輸、哈 - 中管道、蘇丹、利比亞及南水北調北京段 PCCP 等管道的陰極保護工程的設計與施工。為解決工程難題，先后完成了“西氣東輸減阻內涂技術的研究”“鎂合金犧牲陽極的研制與應用”“京秦電氣化鐵路對秦京輸油管道的感應影響及防護的研究”“高硅鑄鐵陽極”“1000kV 同塔雙回輸電線路對管道干擾影響及防護的研究”“電纜鋁熱焊接”等多項科研項目，并榮獲省部級科技進步一、二等獎 5 項、三等獎 6 項、局級科技成果獎 10 多項。局優秀設計二等獎一項，總公司雙新成果三等獎 1 項、國家發明三等獎1 項，國家發明專利 1 項。出版了《陰極保護工程手冊》、W.v. 貝克曼《陰極保護手冊》（譯著）、《管道防腐層設計手冊》和《天然氣管道減阻內涂技術》等 10 多部技術專著，發表論文 70 余篇，編寫了《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》、《埋地預應力鋼筒混凝土管道的陰極保護》等五部國家標準，參與編寫了國家職業標準《防腐蝕工》。編寫了《埋地鋼質管道陰極保護設計規范》等石油行業標準十余部，極大地豐富了國內陰極保護文庫。

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