大型钢制输水污水、管道内壁阴极保护

敷设在地下、水下的钢管可以用涂层结合阴极保护技术，控制外壁的腐蚀，效果显著。但至今为止，阴极保护技术，特别是外加电流阴极保护技术未能普遍用来保护输送腐蚀性介质的管道内壁。本文结合油田釆出水处理及回注系统的管道情况，探讨管道内壁阴极保护距离，阳极形状及材料，阴极结垢等问题的解决方法。

保护距离

管道内壁实施阴极保护，不论是外加电流还是牺牲阳极，都受到空间的限制，阳极与被保护管道的内壁（阴极）没有足够的距离，阳极提供的保护电流不可能在较大范围内均匀分布，所以保护距离受到限制。

业内人士普遍认为，只有大口径短距离管道内壁釆用阴极保护，才是经济可行的。5。年代后期，美国埃索研究工程公司曾进行了输海水管道内壁外加电流阴极保护的研究。结论是“在18英寸至24英寸管道中，距阳极3倍、3.5倍、4倍管径以外之处，水管道不再具有阴极倾向。”当时使用的是单个阳极，保护距离仅是管径的6〜8倍。上世纪70年代原苏联工程师，釆用管道内壁先涂层防护、再实施阴极保护的方法,虽然降低了保护电流密度，但仍然釆用单个阳极，保护距离仍然有限。如何延长保护距离，必须研究影响保护距离的各个因素。

1.1 单个阳极的保护距离

所谓单个阳极（亦称点阳极）是指长度远远小于被保护距离的输出电流的电极（阳极）。保护电流由阳极流出，必需经输送介质流向被保护管道内表面。

影响保护距离的因素有4项，其中管道内径D和输送介质电阻率D是不可变的。所以只能提高△及减少保护电流密度J来延长保护距离。

（1）提高AV△是汇流点电位与极小保护电位之差，即有效保护电位。极小保护电位在铁水系统中不能正于-0.55V（对标准氢电极，对饱和硫酸铜电极为一0.85V。以下均对饱和硫酸铜电极）。对高浓度盐水可取一0.90Vo汇流点电位，考虑到涂层的抗阴极剥离能力，常取一1.15〜1.35V.因此，AIV至多只能取0.5V,所以用提高AV来延长保护距离是有限制的。

（2）减少保护电流密度J是保护所需的电流密度，有效的方法是在被保护对象表面增加防护涂层。但管道内壁的涂层施工很困难，特别是小口径管道，质量很难保证。不做涂层的钢管内壁，保护电流密度可达150mA/m左右，做涂层后保护电流密度取决于涂层质量，好的涂层保护电流密度虽可降至5mA/m以下，但仍受限制。

即使双管齐下，△v提高到0.5V,J降到5mA/m,以直径325mm、壁厚7mm的管道为例，输送电阻率为0. 212-ITI的盐水，单个阳极的保护距离仅为17.4m。这说明使用单个阳极不可能使保护距离增加很多。

1.2 线状阳极的保护距离

所谓线状阳极是指长度与被保护距离相近的输出电流的电极（阳极）。保护电流沿阳极由通电点向两侧流去，经输送介质流向被保护面。

从电流分布看，管道内壁阴极保护合理的阳极应是一根与管道轴线平行的线状阳极。线状阳极的保护距离取决于阳极本身压降为△V的距离。

釆用线状阳极时保护距离除与△IV、Jr有关外，还与线状阳极的直径d、阳极材料的电阻率Pa有关，但与输送介质无关。

阳极材料

理想的阳极材料应具有耐腐蚀、允许的工作电流大、电阻率小的特点。钛材虽有耐蚀性好、允许的工作电流很大、体积小、消耗率极低和使用很方便等特点，但钛材的电阻率太高，保护距离受到限制。满足上述要求的单一材料，目前还没发现。贝克曼介绍了一种方法：用一根铜电缆供电，另用一跟钛基线材，每米镀3cm长的伯作阳极，每隔一段距离与铜电缆电连接，连接处严格密封，防止电流外泄。铜电缆缠绕在钛镀伯阳极上，防止阳极与管壁短路。这种结构，实质是许多单个阳极串联在一起组成的线状阳极。虽然保护距离很长，但很费钱，安装也很困难。我公司生产的柔性线阳极（缆形阳极），其内芯是铜材制成，外层是导电高分子材料。Anode-flex以电阻率低的铜芯供电，用导电高分子材料做外层，既输出电流，又保护铜芯不被腐蚀。

阴极结垢

含Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、CO32-、HCO3-、SO42-等离子的水，在一定条件下会结垢。其中Ca2+CO32-、HCO3-成垢受pH值影响较大，pH值越高，越易结垢。实施阴极保护后，管道内壁成为阴极，在酸性溶液中还原反应为：2H++2e-H2,在中性或碱性溶液中为：O2+2H2O+4e-40H一，这两个反应都使阴极区的水溶液pH值升高，使原来不结垢或结垢趋势较小的水在管道内壁结垢。为了控制成垢，可试用有机麟酸或其盐阻垢，获得满意的效果。

结语

钢管液体涂料挤涂法防腐蚀技术是成熟的并且是经过实践检验的防腐蚀技术，1995年3月11日中国石油天然气总公司正式发布了《钢质管道液体涂料内涂层风送挤涂工艺》行业标准SY/T4076-95,1995年9月1日起该标准正式实施。该技术在胜利油田，大港油田，中原油田等地已得到广泛的推广和应用。

从这些成功的经验和失败的教训中不难得出这样的结论：近两次挤涂施工出现质量问题的原因不是挤涂技术本身的问题，也不是设计方案的问题，关键是施工质量的问题。要避免出现这种不合格工程，需要有关部门重视对防腐蚀专业队伍的引进、指导和监督。