引言

海底管道是近海油氣開發(fā)的大動脈，其安全與否至關(guān)重要。海底管道在工廠進行防腐蝕涂覆后，由于運輸、裝卸、鋪設(shè)施工過程中的2h部碰撞等原固，涂層往往會有不同程度的損傷.在海洋環(huán)境中，防腐涂層一旦損傷，該處的管道表層就會形成腐蝕微電池，加劇腐蝕。作為彌補，常用的方法是同時采用陰極保護措施。

海底管道陰極保護技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展

雖說HumphryDavy早在1824年就發(fā)現(xiàn)了陰極保護原理，但真正使其成為保護海底管道的有效手段,還應(yīng)歸功于墨西哥灣和北海油田的大規(guī)模開發(fā)，以及電化學(xué)防腐蝕理論的發(fā)展。海底管道陰極保護根據(jù)施加保護電流的方式不同，可分為外加電流和犧牲陽極2種常用方法。外極、參比電極和連接電纜組成。其特點是，初始投資省，對介質(zhì)環(huán)境多變的區(qū)域，能通過調(diào)節(jié)外加電流和電壓以提供適當(dāng)電流量。早期的外加電流保護主要靠人工調(diào)節(jié)控制。近年來，自動外加電流保護裝置已被普遍采用。目前使用較多的參比電極是：銀?氯化銀電極，其準確度可維持在10mV以內(nèi)；其次有使用鋅電極的，它在海水中的準確度也可維持在20mV以內(nèi)，性能穩(wěn)定，易于制作常用的輔助陽極主要有：伯系、鉛系、鐵系和石墨等。

犧牲陽極是海底管道陰極保護的主要手段。常用材料有鋅、鋁、鎂臺金。鎂合金是早期用于海洋結(jié)構(gòu)陰極保護的犧牲陽極村料，它有較高的電負性，電流密度大，比重大。但它的自溶性強使用年限短，需經(jīng)常更換。如50年代初，委內(nèi)瑞拉Creole石加電流陰極保護是早期建造的海底管道防腐的常用方法。它主要由電源、輔助陽極，公司在Coro灣鋪設(shè)了二條各長25km直徑6.04cm海底管道，該管道在釆用煤焦油底漆加三層玻璃纖維瀝青瓷漆、一層石棉氈纏繞及63.5mm混凝土擦敷的同時.釆用鎂陽極保護。其中I號管道在二端各埋設(shè)50個22.7kg的鎂陽極，2號管道在中間埋設(shè)三組各30個22.7KG的鎂陽極。該管道平均每三年需進行一次陽極更換，增大了管道的營運管理費用。

利用鎂在海永中自溶性大的梅電，鎂陽極還可以用于海底管道施工期闖的臨時性保護。如伊朗石油勘探與開釆公司在波斯灣鋪設(shè)一條直徑76cm海底管道時，由于從管道人海到施工完成，大約需6周時間，而此時外加電流系統(tǒng)尚未啟用。為了使管道免受腐蝕，該公司釆用了S組鎂陽極進行臨時保護，待管道的外加電流保護系統(tǒng)啟用后，再將其拆除。

由于鎂陽極具有較大的驅(qū)動電位，對鋼質(zhì)管道的防腐除層可能形成氫脆危害，造成防腐層的陰極脫落。因此，近年來隨著鋅、鋁陽極的研究開發(fā)，鎂陽極已很少使用，一般只用于介質(zhì)電阻較大的海底管道上。鋅陽極是50年代后期開始用于海洋的.鋅陽極具有在海水中的電流效率高、表面腐蝕均勻、使用壽命長等優(yōu)點。因而，很快得到普遍應(yīng)用.60年代后期，出現(xiàn)了便于安裝和使用的手鐲型鋅陽極（圖3）。它的優(yōu)點是輸出電流與體積比較高，施加到陰極上的電流密度均勻，安裝費用低。所以在海底管道工程中使用較多。

鋅陽極適合于電阻率較低的土壤及海水中。60、70年代，北海鋪設(shè)的海底管道中，幾乎都釆用鋅基陽極作為保護材辯。但是，當(dāng)海底管道的環(huán)境溫度大于50°C時，鋅陽極對鋼管的保護效果變差，反而加劇了管道的腐蝕。更嚴重的是鋅的晶向腐蝕破壞，需要頻繁更換陽極。所以對輸送溫度較高的海底管道或豎管.通?？紤]選用鋁基陽極。如北海Ekofisk管道工程中，就已注意到這種情況。60年代發(fā)展起來的鋁合金陽極，以其電容量大（是鋅的3.6倍）、價格便宜（約比鋅低30%）等特點，開始與鋅陽極抗衡，大有取代鋅陽極之勢。美國Dow化學(xué)公司是較早進行鋁合金陽極研究的公司之一。該公司從60年代起，先研制出GalvalumI型、II型、Ⅲ型鋁基陽極。其中Galvalumm型陽極，可在海底熱鹽泥或熱海水環(huán)境下正常工作，性能憂于高純度鋅陽極。

海底管道陰極保護技術(shù)的適用性分析

經(jīng)濟特征

對于海底管道，陰極保護不但在技術(shù)上可靠，而且在或本投資上也相當(dāng)?shù)土?，通常僅占整介管道工程費用的1%左右，可以說，陰極保護技術(shù)是海底管道較經(jīng)濟而有效的防腐蝕措施之一。

比較二種陰極保護方法，外加電流法的初始投資省，經(jīng)濟性較好。犧牲陽極法的材料消耗量較大。如北海某直徑0.86m、長220nmile的海底管道。用寬30.5cm、厚6.4cm,重374kg的手鐲型鋅陽極保護，共安裝T2930個，總重為109.6t。

適用特征

傳統(tǒng)的觀念一般認為，外加電流保護用在大型海底管道上比較經(jīng)濟。但通過北海的應(yīng)用實踐.人們開始認識到，外加電流保護不但需要專用設(shè)備和輔助陽極、電纜等輔助設(shè)備.而且直流電源必須連續(xù)供電，有專人管理；過保護時，易產(chǎn)生防腐涂層的陽極脫落可靠性差。如果海底管道只有一個供電點，保護電流就要衰減，故對長距離管線，需設(shè)計多個陰極保護站。這樣，附加費用遠遠大干犧牲陽極保護。同時，由于海底管道造價高，維修困難，從可靠性考慮，犧牲陽極保護優(yōu)于外加電流法。因此。在海底管道工程中，外加電流陰極保護僅用于工程預(yù)算較少的、接近海岸端的近海管道或釆油平臺之間較短、小口徑集油管道。較大口徑海底管道的陰極保護，幾乎被犧牲陽極法所獨占。

海底管道的陰極保護監(jiān)測

海底管道的陰極保護監(jiān)測，是防腐蝕保護技術(shù)中必不可少的組成部分。對墨西哥灣的管道，美國運輸部就曾明確規(guī)定：近海管道陰極保護系統(tǒng)的檢測，必須采取與陸地管道檢測相似的方式進行。

海底管道陰極保護常規(guī)的方法是電位分布測量法。近年來發(fā)展起來的新方法有電流密度測量法、電場強度測量法。這二種新監(jiān)測方法可以對犧牲陽極的發(fā)生電流或管道附近的電場強度進行監(jiān)控，從而了解管道上每個犧牲陽極的工作情況。

海底管道陰極保護的基本參數(shù)與計算

基本參數(shù)與設(shè)計準則

海底管道陰極保護有二項基本參數(shù)：(1)極小保護電流密度。(2)極低保護電位。

通常用這兩項基本參數(shù)判別被保護管道的保護效果。

海底管道陰極保護的設(shè)計方法

海底管道設(shè)計使用期限內(nèi)所需犧牲陽極材料的總重量,一般可根據(jù)管道要求的總保護電流和所選合金的電化學(xué)性能進行計算。

結(jié)語

陰極保護是海底管道的重要舫腐手段，它經(jīng)濟而有效。目前無論在理論上、應(yīng)用上都趨于成熟。我國工程界在陰極保護技術(shù)的研究和應(yīng)用方面作了不少工作，已具備小型、短距離海底管道陰極保護設(shè)計和施工的能力。如廈門一鼓浪嶼海底管道，就曾采用外加電流式陰極保護技術(shù)。自1979年以來，國內(nèi)對鋁臺金犧牲陽極的研究和應(yīng)用也有了很大的進展。