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陰極保護技術的應用現狀及相關問題探討

文檔作者：楊超１２黃珊２韓慶２劉海波２孫亮２文檔來源：１．中國石化集團勝利石油管理局博士后科研工作站２．中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司技術檢測中心		更新日期： 2026年08月18日	點擊數：
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上一篇：致密儲層孔隙結構分析技術研究現狀及展望

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專　論石油化工腐蝕與防護ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ＆ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮＩＮＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０２１年第３８卷第３期
引用格式：楊　超，黃　珊，韓　慶，等．陰極保護技術的應用現狀及相關問題探討［Ｊ］．石油化工腐蝕與防護，２０２１，３８（３）：３０３２．　　
ＹＡＮＧＣｈａｏ，ＨＵＡＮＧＳｈａｎ，ＨＡＮＱｉｎｇ，ｅｔａｌ．ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄＲｅｌａｔｅｄＰｒｏｂｌｅｍｓｏｆＣａｔｈｏｄｉｃＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ
＆ＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｎＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ，２０２１，３８（３）：３０３２．
陰極保護技術的應用現狀及相關問題探討
楊　超１，２，黃　珊２，韓　慶２，劉海波２，孫　亮２
（１．中國石化集團勝利石油管理局博士后科研工作站，山東東營２５７０００；
２．中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司技術檢測中心，山東東營２５７０００）
摘要：陰極保護技術廣泛應用于埋地金屬設施的腐蝕防護，尤其適用于石油石化行業長輸管
道和站場的防護，但是由于長輸管道、集輸管網和站場環境各不相同，而現有的陰極保護設計規
范、檢測規范和評價規范對于防腐層／土壤電阻率差異大的并行管道的陰極保護設計、檢測和評價
方面仍有不足，同時由于雜散電流干擾，管道斷電電位測試的準確性不夠，因此有必要進行探討。
關鍵詞：陰極保護；長輸管道；站場區域；集輸管網
收稿日期：２０２０１１１８；修回日期：２０２１０４２０。
作者簡介：楊　超（１９９１—），工程師，博士，２０２０年畢業于中
國石油大學（華東）油氣儲運工程專業，主要從事金屬腐蝕
與防護的研究工作。Ｅｍａｉｌ：ｙａｎｇｃｈａｏ２０１００１＠１６３．ｃｏｍ
基金項目：中石化勝利油田分公司重點科技項目“灘海管
網陰極保護關鍵技術研究”（ＹＫＢ２１１４）
　　目前陰極保護與涂層協同保護已經廣泛應
用于管道的腐蝕防護上。防腐層作為管道防護
的第一道防線，將管道與腐蝕性介質隔開，并且
保護管道不受外力機械損傷；而當防腐層出現
破損時，此時陰極保護作為第二道防線，保證管
道破損處不受腐蝕影響［１］。陰極保護主要包括
外加電流陰極保護和犧牲陽極陰極保護。對于
不同防腐層的管道來說，ＳＹ／Ｔ００３６中指出了所
需要的最小陰極保護電流密度：就目前應用廣泛
的３ＰＥ防腐層（１ＭΩ·ｍ２）來說，金屬管道保護
需要的陰極保護電流密度小于１０μＡ／ｍ２，一方
面，防腐層極大地減小了陰極保護系統的輸出
電流；另一方面，由于較高的防腐層電阻率，使
得陰極保護電流更加均勻，能夠保護更長的管
道。因此，從長輸管道陰極保護、集輸管網陰極
保護和站場區域陰極保護三個方面進行了討
論，提出了陰極保護后續需要研究的四個問題。
１　陰極保護設計
１．１　長輸管道陰極保護
經過多年的發展，長輸管道的外加電流陰極
保護已經形成了完整的計算、設計體系，長輸管道
的陰極保護示意圖見圖１。一般來說，長輸管道
的陰極保護多采用外加電流的方式，站內設置恒
電位儀，在站外設置輔助陽極，而通電點設置在站
外絕緣法蘭外側，由于管道防腐層的高電阻率，因
此較小的電流（幾安培到幾十安培）即可保護很
長的管道，站間距可達數十甚至上百公里（同樣
也受土壤電阻率的影響）［２］；其陰極保護電流流
入管道向通電點匯流入恒電位儀負極，整個回路
相對簡單；同時由于長輸管道多敷設在野外，因此
對外加電流陰極保護的安全要求也比較低。
在長輸管道陰極保護中，陰極保護屏蔽問題
是難以發現和難以解決的問題。從圖１可以看
出，在現場管道的檢測中發現部分區域存在管道
防腐層剝離的情況，防腐層剝離是由于腐蝕性介
質擴散、陰極保護電位過負、陰極保護電位震蕩等
原因引起。相關研究表明，當縫隙內的電阻率達
到１００ＭΩ·ｃｍ時，陰極保護電流完全不能在管
道基體表面形成有效的陰極保護，并且對于防腐
層剝離管段的排查相對來說比較困難，這也為陰
極保護提出了新的挑戰。陰極屏蔽問題也出現在
保溫管道、穿跨越的套管管道中。
圖１　長輸管道的陰極保護及陰極屏蔽
３０
　　
第３期楊　超等．陰極保護技術的應用現狀及相關問題探討專論
１．２　集輸管網陰極保護
與長輸管道的陰極保護相比，集輸管網的陰
極保護設計主要有以下特點：
（１）對于老油田來說，集輸管網的防腐層類
型眾多，主要包括黃夾克、環氧煤瀝青和ＰＥ等，
同時由于集輸管道更換頻繁，不同運行年限之間
的防腐層的電阻率差異較大，所需要的陰極保護
電流各不相同。
（２）集輸管網多并行敷設，輸油輸氣、注水注
汽等多管道并排同溝敷設，從現場數據來看，同溝
敷設集輸管線最多可達１０余條，此時中間管線受
到兩側管線的屏蔽作用，難以得到陰極保護，而深
井陽極的埋設方式可能是解決這一問題的唯一手
段，但是施工和設計比較困難。
（３）集輸管網附近現場生產和運行比較集中
和頻繁，因此有大量設備的接地，多種埋地金屬構
件埋深差異性較大，這也對陰極保護的設計帶來
了一系列問題。
１．３　站場區域陰極保護
一般來說，由于站場內儲罐多、管道縱橫交
錯，并且區域相對封閉，因此在站場內多采用犧牲
陽極＋強制電流共同的陰極保護方式［３］。實際
應用中，若單獨采用強制電流陰極保護，由于站內
接地裝置較多，保護電流損失較大，并且容易對其
他金屬構件產生干擾；而單獨采用犧牲陽極的陰
極保護，若想要達到理想的保護效果，所需要的陽
極數量很多，在站場有限的空間內不現實。因此，
在站場內，以強制電流陰極保護為主，在管道重
疊、交叉等陰極保護達不到要求的位置加以輔助
犧牲陽極來達到所要求的效果（見圖２）。
圖２　站場區域陰極保護設計示意
２　最佳陰極保護電位范圍及影響因素
目前在陰極保護的設計及評價方面主要存在
以下四個問題：
（１）行業上通用的陰極保護準則規定，當管
道斷電電位處于－０．８５～－１．２Ｖ（ＣＳＥ）時，管道
受到完全的保護，此時其腐蝕速率處于可接受的
范圍內，同時在ＧＢ／Ｔ２１４４８—２００８《埋地鋼質管
道陰極保護技術規范》中規定了如硫酸鹽還原
菌、高強鋼等特殊條件下的陰極保護電位范圍。
現場測試斷電電位主要通過在陰極保護系統上添
加斷路器或采用試片法［４］，但事實上，在日常陰
極保護的檢測與維護上，在陰極保護系統上添加
斷路器其工作量巨大，并且難以保證其同步性；對
采用試片法而言，操作相對容易，但工作繁瑣［５］。
同時，隨著公共走廊內交直流輸電線路、電氣化鐵
路等的存在，地中雜散電流不可避免地會流入到
管道中形成干擾，在試片法斷路測試時只能消除
陰極保護帶來的土壤ＩＲ降，而對于雜散電流來說
卻無法消除［６］。因此，提出一種在雜散電流干擾
下的管道斷電電位測試方法或新的評價準則是非
常有必要的。
（２）相關研究表明，在正常運行狀態下管道
的保護電位不是一成不變的，其表現為在一定范
圍內發生振蕩。而由于管線鋼的不均勻性、涂層／
金屬局部界面的差異可能會引起電位升降而形成
局部的腐蝕微電池，導致管道的局部腐蝕穿孔。
因此，在常規的－０．８５～－１．２Ｖ保護電位區間
內，劃分多個保護電位區間，確定不同保護振蕩程
度下的管道局部腐蝕情況以及腐蝕機理對確定不
同環境下最佳保護電位區間是非常有必要的。
（３）目前，大多數管線陰極保護采用恒電位
控制方式，而回流點（通電點）設置在站場外絕緣
法蘭外側。當雜散電流在管道上發生流入或流出
時，會引起通電點處負反饋信號的改變，從而引起
陰極保護電流輸出的改變，當輸出減小時會使得
整條管道保護不足，當輸出增大時可能會引起輔
助陽極附近的管段過度極化，存在氫脆的風險。
基于保護系統的有效性、不對外界產生干擾以及
不影響保護距離等原則，目前針對這一問題的主
要解決辦法有三個：采用高等級防腐層、排流和
采取恒電流控制。對于現場的日常檢測和維護
來說，僅僅通過管地電位標準無法對上述措施
采取有效判斷，并且上述解決措施只能單純從
陰極保護角度或者雜散電流角度來考慮，無法
根據現場管道實際的極化狀況來提出切實有效
的措施。
３１
　　
專論石油化工腐蝕與防護２０２１年第３８卷
（４）對于并行管道的陰極保護設計，由于防
腐層、土壤電阻率之間的差異，造成并行管道之間
存在相互干擾問題，而并行管道陰極保護系統之
間也存在相互干擾問題，因此如何解決這兩方面
的干擾問題是并行管道陰極保護設計的關鍵。目
前對于并行管道多采用跨接線＋聯合保護的方法
和跨接線＋共用陽極等方法，但是目前相關標準
中沒有跨接線設計布置的相關準則，并且跨接管
線的真實電位測試方法和評價準則目前仍無相關
研究，而共用陽極方法僅僅適用于兩條防腐層質
量相似的管道，適用范圍比較小。
３　結　論
陰極保護技術以保護距離長、保護效果好和性
價比高等優點廣泛應用于埋地管道的腐蝕防護上，
行業上通用的陰極保護準則為斷電電位－０．８５～
－１．２Ｖ（ＣＳＥ）電位準則，同時規定了高強鋼、硫
酸鹽還原菌等特殊條件的陰極保護范圍，其他評
價準則如１００ｍＶ極化電位準則應用相對較少。
而目前從陰極保護的設計、檢測和評價來看，由于
防腐層／土壤環境的復雜性、交／直流雜散電流干
擾、并行管道等問題，陰極保護在管廊內的應用依
然存在諸多問題，需要開展進一步研究。
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（１．ＰｏｓｔｄｏｃｔｏｒａｌＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＷｏｒｋｓｔａｔｉｏｎｏｆＳｈｅｎｇｌｉＰｅｔｒｏｌｅｕｍ
ＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎＢｕｒｅａｕＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ２５７０００，Ｃｈｉｎａ；
２．ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｏｆＳＩＮＯＰＥＣＳｈｅｎｇｌｉＯｉｌｆｉｅｌｄＣｏｍｐａｎｙ，
Ｄｏｎｇｙｉｎｇ，２５７０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｔｈｏｄｉｃｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅａｎｔｉｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｆｂｕｒｉｅｄｍｅｔａｌｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｌｏｎｇ
ｄｉｓｔａｎｃｅｐｉｐｅｌｉｎｅｓａｎｄｓｔａｔｉｏｎｓｉｎｐｅｔｒｏｌｅｕｍａｎｄｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ａｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｐｉｐｅｌｉｎｅｓ，
ｇａｔｈｅｒｉｎｇｐｉｐｅｌｉｎｅｓｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｓｔａｔｉｏｎｓｗａｓｎｏｔｉｄｅｎｔｉｃａｌ，ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｃａｔｈｏｄｉｃｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ，ｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｎｌｙ
ｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｉｎｄｅｘｔｈａｔｗｅｒｅａｐｐｌｉｃａｂｌｅｔｏｇｅｎｅｒａｌｕｓｅ；ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅｒｅｗｅｒｅｌｉｍｉｔｅｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｔｈｅａｒｅａｓｗｉｔｈｌａｒｇｅ
ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｃｏａｔｉｎｇａｎｄｓｏｉｌａｓｗｅｌｌａｓｐａｒａｌｌｅｌｐｉｐｅｌｉｎｅ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｄｕｅｔｏｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｏｆｓｔｒａｙｃｕｒｒｅｎｔ，ｔｈｅ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｐｏｗｅｒｏｆｆｐｏｔｅｎｔｉａｌｗａｓｎｏｔｖｅｒｙａｃｃｕｒａｔｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｔｈｏｄｉｃｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｐｉｐｅｌｉｎｅ；ｓｔａｔｉｏｎｓｒｅｇｉｏｎ；ｇａｔｈｅｒｉｎｇｐｉｐｅｌｉｎｅｎｅｔｗｏｒｋ
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