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摘要：为了解交流干扰管道阴极保护系统防护交流杂散电流腐蚀的有效性，建立了埋地钢质管道杂散电流干扰的试验装置，研究了阴极保护电流对试片交流腐蚀行为的影响。随着外加直流电压的变化，利用数据记录仪监测了试片阴极保护断电电位、交流电流密度、直流电流密度等参数随时间变化情况。在外加直流电流增大和减小的过程中，对试片造成的影响是不可逆的;增大外加直流电流，交流电流密度降低，扩散电阻增大;通过交直流电流密度比显示，不能仅通过增加阴极保护电流来降低交流干扰程度，需要采用交流排流方式来降低交流干扰的影响。 关键词：管道阴极保护；电流；测量
引言
随着经济的高速发展，高压输电线路和高速铁路在国内大范围建设，交流干扰影响随之而来，特别是对于埋地钢质管道，交流干扰会造成管道的交流腐蚀。早期人们认为交流干扰造成的腐蚀轻微，但随着管道防腐层等级的不断提高，管道上产生的交流干扰电压增大，造成
的交流腐蚀危害越来越受到了人们的重视。在没有交流干扰的情况下，埋地管道的阴极保护系统能够阻止或减缓土壤环境的腐蚀，然而交流杂散电流造成埋地钢质管道的腐蚀问题更加复杂化。据报道，欧洲、北美和我国曾发生过多起交流干扰腐蚀，虽然管道的保护电位符合传统的阴极保护准则要求，但是埋地钢质管道依然遭受交流干扰腐蚀的情况。
1基本情况概述
某天然气公司的天然气利用工程高压管线项目于2016年12月投运，该高压管线在运行检查中发现部分阴极保护装置电位异常现象。管线的基本情况如下：该高压管线总长约6500m，管道规格为Ф813×14.3mm，管道材料为L415M，设计压力为4.0MPa，设计温度为常温，设计介质为天然气，管道敷设方式为埋地，管道防腐层材料为3PE加强级，管道牺牲阳极系统采用镁合金牺牲阳极。 2试片法测量电位
管道阴极保护电位有效性的评价，主要由断电电位负于850mV且不负于-1200mV判断，因此必须对管道的电位进行正确测量，否则会造成误判。在城镇燃气中，管道走向比较复杂，
分支、管道规格较多，不能形成良好的电连续性，所以一般采用牺牲阳极阴极保护方式。测量断电电位时，需要让所有牺牲阳极同步通断，这样才能消除IR降的影响，但是实际上所有牺牲阳极同步断开后也会由于管道不同位置的极化程度不同，电源中断后管道各部位之间的电流仍无法消除，也会给断电电位测量带来误差。为此，可以在管道上连接试片，用试片来模拟管道上防腐层的破损点，用试片的断电电位代表管道的断电电位。试片法测量消除了杂散电流等各种干扰因素的影响，可得到较为准确的保护电位。
3复相金属电极的阴极保护机制与挑战三维模型制作
埋地钢质管道实际服役过程中，往往由于防腐层破损点处局部服役环境的差异或材质因素(如夹杂、焊缝等)导致管道上分散着一定的阴极区和阳极区，形成局部腐蚀原电池，防腐层破损点越多、尺寸越大，这种现象越易形成。此时，管道不再是前文所述的均相腐蚀金属电极系统，阴极保护过程变得更加复杂，对阴极保护技术的应用也提出了一些新的挑战。
3.1复相金属电极的阴极保护机制
对于复相金属电极，阴极保护主要是通过抑制阳极区的阳极溶解速率还是减少阳极区的数量和大小来缓解腐蚀，长期以来一直存在争论。阳极溶解速率减缓机制由Mears等在1938年提出。施加阴极保护电流后，阳极电流Ia=阴极电流Ic－阴极保护电流ICP，当阴极电流Ic等于阴极保护电流ICP时，阳极电流Ia=0，腐蚀被完全抑制。此时，电极系统电位极化至阳极平衡电位，如Mears等指出“有必要将腐蚀电池中的阴极实施极化而达到局部阳极的开路电位，以获得完全的阴极保护”。假设阴极保护过程中，阴极区和阳极区的数量和大小不发生改变。阳极区域减少机制由Laque和May在1965年提出，他们认为复相金属电极系统的阴极保护具有一定的时效性，阴极反应产生的OH－扩散和迁移使得阳极区域的面积逐渐减小，从而达到保护效果。
3.2复相金属电极的阴极保护应用挑战———极化电位
的准确测量管道工程中，常采用断电电位(Voff)来测试表征管道的极化电位(VIＲ-free)，通过对阴极保护系统实行通断处理来获取断电电位，其等效性和有效性有待商榷。一方面，常规的通断处理，仅能消除外加保护电流所引起的电压降，而对于复相金属电极系统内局部腐蚀原电池引起的平衡电流导致的电压降并不能有效消除，从而导致极化电位的测量误
粘滞阻尼系数差。针对平衡电位给出了相应的断电电位加强测量方法，适用于防腐层破损点多的管段的断电电位的修正测量。通过在垂直管道方向距离参比电极A10m位置处放置另外一个参比电极B，测量AB间的通电和断电电位梯度，修正断电电位，测量过程较为复杂，人工和时间成本较高。
3.3复相金属电极的阴极保护应用挑战———阴极保护
有效性准则如前文所述，电极表面OH－的积累、扩散和迁移对阴极保护效果有着至关重要的作用，在管道实际服役环境中，面临2种情况:
(1)管道回填质量高，土壤颗粒密实，OH－扩散和迁移受阻，OH－在防腐层破损点表面积聚导致表面pH值显著升高;
(2)回填质量较差，土壤颗粒间缝隙较大，OH－易扩散和迁移，表面pH值无显著变化。2种情况下，阴极保护的机制有所差异，主要通过OH－积聚促进极化来抑制腐蚀;主要通过极化至免蚀区缓解腐蚀，所对应的阴极保护有效性准则相应地会有所差异，Angst等给出了相应的准则。
4取得的认识
（1）该区域作为主力区块，保障其安全生产，对企业和对下游居民至关重要。该区域“基础架高、定向穿越、过水路面、岸线防护”的防洪建设模式经受住了洪水的考验，未发生安全环境污染事件，有较强的适应性。
（2）从管道设计期、管道建设期、管道运行期全面管理，减少管道失效次数，提高管道运行效率，使管道更换更具针对性和科学性，避免单纯依靠基层上报管道穿孔次数确定维修改造计划，保证改造资金利用率。
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（3）完善管道基础数据、运行数据、环境数据，建立数学模型进行现状评价，提前预知管道腐蚀、老化形式，为管道的维修和管理、管道工程的规划设计制定更加科学的方案，延长管道的运行年限。
（4）通过管道更换、管道技防措施，能够达到“零泄漏、零污染”的目标，实现既要金山银山又要绿水青山。
结语
为了能及时发现问题，应定期进行阴极保护系统的检查与测试，以确认阴极保护系统是否运行正常。一般来讲，每年应对管道至少进行阳极运行和状态、阳极保护电位、开路电位检测、输出电流等常规检查和测试一次，在此基础上还可以对防腐层破损、阴极保护不充分、SCC、细菌腐蚀、土壤腐蚀性等做专项检查和测试，对检查与测试所得的数据和所发现情况进行分析，进而评价腐蚀管理是否符合实际情况，指出可能存在的异常情况以及对异常情况的改进方案和措施。酚醛模塑料
埋地管道运行时应对阴极保护系统进行维护，具体包括：①对电源设施或设备进行检查，保证其完好；②对测试及监控装置定期检查维护，保证其完好；③对阳极地床的接地电阻进行定期检测，根据检测结果调整相应电源设备的输出电压，保证保护电流的正常输出；④定期检查和检测地面上安装的绝缘装置，同时做好清扫工作，防止灰尘、水分等异物造成绝缘不良或短路失效等问题；⑤对日常使用的阴极保护检测使用的仪器、仪表等按相关标准要求进行常规校验；⑥在系统维护中当发现管道阴极保护不充分时，应立即展开调查，查明保护失效的原因，采取措施排除故障；⑦对阴极保护系统的维护检查与测试活动的结果都应有记录、有评价，作为将来验证阴极保护系统有效性的基础
参考文献
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［2］和宏伟.试片法在阴极保护电位测量的应用与影响因素［J］.煤气与热力，2018，38（12）：1-5.
［3］和宏伟，曹备，白冬军，等.交流杂散电流对金属腐蚀电化学行为的影响［J］.腐蚀与防护，2014，35（7）：721-724，728.
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