0 引言

    陰極保護(hù)技術(shù)和防腐層聯(lián)合防護(hù)是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)且經(jīng)濟(jì)有效的埋地鋼質(zhì)管道的防腐蝕措施。陰極保護(hù)就是向被保護(hù)的鋼質(zhì)管道通以足夠的直流電流（陰極電流），使鋼質(zhì)管道表面產(chǎn)生陰極極化，減小或消除造成鋼質(zhì)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(jìn)而達(dá)到阻止腐蝕的目的。

    保護(hù)電流密度的定義為：從恒定在保護(hù)電位范圍內(nèi)某一電極表面單位面積上流入或流出的電流密度。保護(hù)電流密度與金屬性質(zhì)、介質(zhì)成分、濃度、溫度、表面狀態(tài)等因素有關(guān)。管道的陰極保護(hù)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(hù)電流異常漏失等情況。由于管地電位有從陰極保護(hù)電流源向外逐漸遞減的特征，在防腐層質(zhì)量相同的情況下，所耗費(fèi)的保護(hù)電流也是一種遞減的過(guò)程，所以實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用的保護(hù)電流密度是一個(gè)平均值，其數(shù)值大小依據(jù)管道防腐層狀況不等。該參數(shù)是陰極保護(hù)設(shè)計(jì)中必不可少的重要參數(shù)，其選擇恰當(dāng)與否直接影響到陰極保護(hù)的效果。

    保護(hù)電流密度的計(jì)算方法見(jiàn)式（1）～式（3）：

    管體表面積：

    各段保護(hù)電流密度：

    按總輸出電流計(jì)算電流密度：

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

    1 陰極保護(hù)電流判斷依據(jù)

    陰極保護(hù)電流密度不是固定不變的數(shù)值，所以，一般不用它作為陰極保護(hù)的控制參數(shù)，但通過(guò)定期計(jì)算陰極保護(hù)站所轄管段平均保護(hù)電流密度并與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)陰極保護(hù)或者防腐層的異常并及時(shí)查找原因。

    目前的日常管理可采用表1所列保護(hù)電流密度指導(dǎo)防腐層與陰極保護(hù)的維護(hù)工作。

表1中參數(shù)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(shí)結(jié)合SY/T 0036-2000《埋地鋼質(zhì)管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》保護(hù)電流中防腐層的選取原則（石油瀝青、煤焦油瓷漆、環(huán)氧煤瀝青50～100μA/m2；環(huán)氧粉末、塑料覆蓋層10-50μA/m2；三層復(fù)合結(jié)構(gòu)＜10μA/m2），可對(duì)管道的防腐有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

    對(duì)于“1級(jí)”防腐層，應(yīng)監(jiān)測(cè)管地保護(hù)電位，確保管道不存在過(guò)保護(hù)或欠保護(hù)，必要時(shí)調(diào)整系統(tǒng)輸出；對(duì)于“2級(jí)”防腐層，應(yīng)監(jiān)測(cè)管地保護(hù)電位，確保管道不存在過(guò)保護(hù)或欠保護(hù)，必要時(shí)調(diào)整系統(tǒng)輸出，同時(shí)，關(guān)注陰極保護(hù)電流密度變化情況，如果該參數(shù)與歷史數(shù)據(jù)發(fā)生較大偏離，則應(yīng)查找原因并予以糾正；對(duì)于“3級(jí)”防腐層，是不可接受的，應(yīng)立即查找原因并進(jìn)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(fù)或大修。

    2 電流密度評(píng)價(jià)防腐層狀況應(yīng)用實(shí)例

    以下分別根據(jù)陰極保護(hù)電流密度，結(jié)合部分管道的內(nèi)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)陰極保護(hù)有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)，見(jiàn)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(duì)慶鐵新老線聯(lián)合保護(hù)，陰極保護(hù)電位與自然電位均在正常范圍內(nèi)。陰極保護(hù)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(nèi)，防腐層等級(jí)均為2級(jí)。內(nèi)檢測(cè)結(jié)果表明，該段管道腐蝕較輕，管道基本處于有效的陰極保護(hù)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(hù)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(nèi)，防腐層等級(jí)為1-2級(jí)。

    3 陰極保護(hù)電流密度異常分析

    3.1 陰極保護(hù)電流密度偏大

    陰極保護(hù)電流密度過(guò)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(hù)輸出電流密度為170μA/m2，2009年4月，對(duì)防腐層老化段管道進(jìn)行了大修，陰極保護(hù)輸出電流密度降為80μA/m2，說(shuō)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(hù)站所保護(hù)的管道保護(hù)長(zhǎng)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(hù)輸出電流為40A，陰極保護(hù)平均電流密度為1.4mA/m2，遠(yuǎn)高于常規(guī)的石油瀝青防腐層所需的陰極保護(hù)電流密度，初步判斷是與裸管搭接或者絕緣接頭失效導(dǎo)致。使用PCM確定為絕緣接頭失效，更換絕緣接頭后，陰極保護(hù)輸出電流為3.2A，平均保護(hù)電流密度為110μA/m2，在正常的陰極保護(hù)電流密度范圍內(nèi)。

    3.2 陰極保護(hù)電流密度偏小

    （1）管道通電點(diǎn)的電位偏負(fù)。由于受到雜散電流的影響，管道的通電點(diǎn)處電位可能小于自然電位。這種情況下陰極保護(hù)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(huì)發(fā)生負(fù)向極化，這在一定程度上限制了陰極保護(hù)的輸出。秦皇島輸油氣分公司遷安保護(hù)站的保護(hù)管段，陰極保護(hù)平均電流密度為12μA/m2，而同樣防腐層的大興陰極保護(hù)站電流密度為89μA/m2，陰極保護(hù)電流密度低并不能說(shuō)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(diǎn)電位偏負(fù)，導(dǎo)致陰極保護(hù)電流不能有效輸出。根據(jù)內(nèi)檢測(cè)結(jié)果，表明大興陰保站的保護(hù)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(cè)試樁處安裝檢查片，發(fā)現(xiàn)陰極保護(hù)on電位滿足陰極保護(hù)準(zhǔn)則的情況下，檢查片仍發(fā)生較為嚴(yán)重的腐蝕，見(jiàn)圖1。

    （2）犧牲陽(yáng)極或者某些排流設(shè)施可能影響計(jì)算得到的陰極保護(hù)電流密度。

    4 結(jié)束語(yǔ)

    （1）使用陰極保護(hù)電流密度參數(shù)可以對(duì)不同管段、同種類型的防腐層進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以判斷陰極保護(hù)的輸出是否正常。

    （2）陰極保護(hù)電流密度較高時(shí)，建議立即查找原因并進(jìn)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(fù)或大修。

    （3）部分管段防腐層為石油瀝青防腐層，且已經(jīng)服役近30年，但陰極保護(hù)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(diǎn)關(guān)注該段管道的陰極保護(hù)狀況。必要時(shí)，埋設(shè)陰極保護(hù)檢查片，對(duì)陰極保護(hù)的有效性進(jìn)行考察。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般情況下，陰極保護(hù)輸出電流密度偏高較小時(shí)不嚴(yán)重，反而是陰極保護(hù)電流密度較常規(guī)值偏小較多時(shí)應(yīng)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(fù)，直接影響了陰極保護(hù)的有效輸出，陰極保護(hù)電流密度只能作為參考值，不能完全依照電流密度評(píng)價(jià)表對(duì)防腐層性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。建議對(duì)這些管段進(jìn)行重點(diǎn)研究，查找自然電位偏高的原因。統(tǒng)計(jì)結(jié)果還表明，管道具有絕緣性能較高的防腐層時(shí)，更容易受到雜散電流的影響。

    （5）陰極保護(hù)電流密度值與管道的內(nèi)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，初步判斷管道的腐蝕原因是否與陰極保護(hù)輸出電流密度小有關(guān)。

    （6）通電點(diǎn)電位的高低對(duì)陰極保護(hù)電流密度有直接的影響，今后的綜合評(píng)價(jià)時(shí)也應(yīng)考慮此因素。

    （7）陰極保護(hù)電流密度在評(píng)價(jià)防腐層性能與陰極保護(hù)有效性方面具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義，但關(guān)于陰極保護(hù)電流密度與防腐層狀況的等級(jí)評(píng)價(jià)方面有待進(jìn)一步的完善細(xì)化。

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