由于金属腐蚀的原因各不相同，影响因素也十分复杂，因而管道腐蚀的防护通常多采用综合性防腐蚀技术，它包括：①正确使用金属材料和合理设计的金属构件；②采用保护性覆盖层；③添加缓蚀剂；④电化学保护。

在保护性覆盖层方面，钢质管道聚乙烯热涂敷技术(俗称单层PE技术)是一种比较新颖的管道防腐施工技术(陈群尧等2007)，该技术是将高密度、低密度或线性低密度聚乙烯粉末通过淋涂的方式涂敷在中频加热的钢质管道表面，使其热融化，利用熔融液体的自然流淌性能，均匀地附着在金属表面，经过冷凝后，形成严密的防腐覆盖层，它具有明显的优势，具有广阔的应用前景。

电化学防护是指通过施加外加电动势，被保护金属的电位移向免蚀区或钝化区，从而达到降低腐蚀的程度，它是一项经济而有效的防护措施。在土壤中要使用几十年的设备，如地下管线等，必须采用电化学防护，它可以单独采用，并可与涂料等联合使用。电化学保护的重点是阴极保护。

国内埋地管道阴极保护的发展与人们对腐蚀的认识有密切的联系(陈群尧等2007)。20世纪50年代初期，随着沥青类防腐覆盖层的应用，人们对电化学保护没有足够的认识，埋地钢质管道很少设置阴极保护措施。到了60年代，前苏联的标准和技术逐步引进，埋地管道的电化学保护逐渐被认识；到90年代末期，逐步在大城市推广电化学保护；从20世纪90年代中后期库善线(库尔勒-鄯善)和陕京一线的建成投产，新的防腐材料和防腐技术的引进和消化，标志着国内防腐技术水平(包括阴极保护)进入了一个新的发展时期。

随着涩-宁-兰(涩北-西宁-兰州)天然气管道、兰-成-渝(兰州-成都-重庆)成品油管道、西气东输忠-武(重庆忠县-武汉)天然气管道、西南成品油管道、陕-京(陕北-北京)天然气二线及西部管道复线的建成，我国腐蚀防护工作者使阴极保护设计施工水平有了长足的进步。特别在IR压降的消除，管道保护电位正确值的测定，公路、河流穿越段牺牲阳极保护系统的安装，不同防腐覆盖层保护电位的选定，阳极材料的多种化及阳极形式的多样性等方面，都取得了新的成果。

(一)阴极保护原理

金属与电解质溶液接触时，金属表面形成许多的微阳极区与微阴极区，致使金属表面各个部分存在一定的电位差而引起电化学腐蚀。在金属体系中施加一阴极电流可消除电解质溶液中金属表面的电位差，从而可防止腐蚀。阴极保护的原理可用腐蚀极化图进行解释。图11-2中，E^o_AT为金属体系没有进行保护时腐蚀金属微电池的阳极极化曲线，E^o_CP为阴极极化曲线，两线相交于O点(忽略溶液电阻),O点对应的电位为金属的腐蚀电位E_K，即腐蚀金属微电池的总电位，对应的电流为金属的腐蚀电流I_K。在腐蚀电流I_K的作用下，微电池阳极不断发生溶解，导致金属的腐蚀破坏。当对金属体系进行保护时，通上外加阴极电流后阴极发生极化，由于极化使金属体系的电位向负方向移动，使E_K降低至E_l，此时的阴极总电流为I₁，以线段E₁Q表示，I₁包括外加电流(SQ线段)和阳极腐蚀电流I_A(E₁S线段)。此时金属微电池的阳极电流I_A显然比原来的腐蚀电流I_K减小了，金属腐蚀速度也相应降低而使金属得到了部分保护。差值(I_K-I_A)表示腐蚀电流减小值，称为保护效应。当外加阴极电流增大，使金属微电池的总电位降到阳极起始电位E_A⁰时，阳极腐蚀电流为零，阴极电流全部为外加电流I_F(E^o_AP线段)。此时，原有的电位差消失，腐蚀停止，金属得到了完全保护，金属表面只发生阴极还原反应，这时的金属电位称为最小保护电位，达到最小保护电位时金属所需的外加电流称为最小保护电流密度。也就是说，要使金属得到完全保护，必须将金属阴极极化到其腐蚀微电池阳极的平衡电位。

图11-2 阴极保护原理示意图(黄永昌1989)

实践表明，大庆至哈尔滨等15条输油管道由于施行了阴极保护技术，效果十分明显，连续16年未发现管道穿孔的现象，部分管道已安全运行32年，取得了良好的经济与环境效益(董宝山2007)。中国石油天然气股份有限公司大庆石化分公司炼油厂的埋地水管网采取阴极保护措施后，使管网腐蚀泄漏次数由87次/a降为45次/a(牟义慧等2007)。

(二)栖牲阳极法

以牺牲阳极优先溶解，使金属构筑物成为阴极而实现保护的方法称为牺牲阳极法(图11-3)。在实际工作中，利用不同金属间的电位差来获得腐蚀电流，在地下金属体上接入比其电位低的金属牺牲阳极，从而构成大地电池，以牺牲阳极达到防护目的。为了达到有效防护，牺牲阳极必须有足够高的电位，不仅在开路状态(牺牲阳极与被保护金属之间的电路未接通)有足够的开路电位(即自然腐蚀电位)，而且在闭路状态(电路接通后)有足够的闭路电位，从而保证在工作时有足够的驱动电压口驱动电压系指牺牲阳极的闭路电位与金属构筑物阴极极化后的电位之差，亦称为有效电压。在选择阳极材料时，应考虑下列因素：①要有足够的负电压，且很稳定；②工作阳极极化要小，溶解均匀，产物易脱落；③阳极必须有较高的电流效率，即实际电容量和理论电容量之比的百分数要大；④电化当量高，即单位重量的电容量要大；⑤腐蚀产物毒性小；⑥材料来源广，经济适用。

图11-3 牺牲阳极法装配图(星野九平等1979)

根据上述原则，土壤环境中常用的阳极材料有镁和镁合金、锌和锌合金；在海洋环境中常用铝和铝合金，这三类材料在世界范围内被广泛使用。

(三)强制电流法

根据阴极保护的原理，用外部的直流电源做阴极保护的极化电源，将电源的负极与管道(被保护构筑物)连接，将电源的正极接至辅助阳极，在电流的作用下使管道发生阴极极化，实现阴极保护(图11-4)。辅助阳极的常用材料有高硅铁、石墨、磁化氧化铁及废钢铁等。电源常用整流器，或太阳能电池等。

图11-4 强制电流法原理图(星野九平等1979)
(…→，从埋设体流出的腐蚀电流—→。流入消除腐蚀电流的防蚀电流)

(四)关于腐蚀防护的评估

为了保证埋地管道的安全运行，必须定期对管道的安全性作出评估。影响埋地钢质管道防腐状况的因素很多，主要包括土壤环境及管体本身的运行条件。土壤环境主要指土壤腐蚀性和杂散电流的影响；管体本身的运行条件包括覆盖层电阻率、管道的运行年限、管道材质、阴极保护状况、泄漏次数和管地电位等。在进行综合评判时，通常选取有代表性的影响因素(表11-3～表11-5)。在详细分析影响埋地钢质管道腐蚀影响因素的基础上，建立了基于模糊评判理论的埋地钢质管道腐蚀防护状况综合评价模型(刘春波等2007，李宝荣等2008)。通过合理选取影响管道腐蚀的典型因素，依据一定的分级评价标准，建立评价集。利用层次分析法和灰色关联分析理论确定影响因素的权重大小，通过隶属函数法建立单因素评价矩阵，实现对各影响因素的模糊化处理。在综合考虑各影响因素权重的基础上，选取适当的模糊算子，通过定量分析的方法对管道的腐蚀防护状况进行评估。评判结果与直接开挖检测结果一致，表明建立的模糊综合评价系统具有一定的工程应用价值和可靠性。

有关单位综合比较了管中电流法、近间距管对地电位测量法、直流电位梯度法、瞬变电磁法和气管线泄漏检测法等，对不同方法的优缺点进行了分析总结，遵循方便快捷、经济实用、功能配套和优势互补的原则，并结合大庆油田埋地钢质管道腐蚀与防护的实际状况，拟定了油田埋地钢质管道外防腐蚀状况综合评价方法(王文达等2006)。应用结果表明，所建立的方法检测评价准确率较高，在不开挖检测防腐蚀层、保温层破损点或缺陷处等方面的准确率达到95％以上。评价结果对于指导油田已建埋地钢质管道大修规划和设计，优化管道大修工程投资以及促进管道安全运行等具有重要意义。

表11-3 土壤腐蚀性与影响因素间的分级评价标准

表11-4 管地电位和阴极保护度的分级评价及描述

表11-5 主要影响因素及管道腐蚀防护状况分级评价标准和维护措施

由于埋地管道腐蚀检验与评价的复杂性，为了掌握整个庞大管网的防护状况，需要将全部测点数据进行综合处理，工作量大且极易产生错误与遗漏，同时历次维护检测的原始数据量大而种类庞杂，因而数据处理的程序化、软件化和评价模型的建立势在必行，有关方面的研究获得了重要进展，并已取得了成功的应用(赵鹏等2007，谈可莉2006，杨永等2004，李彬2005)。

相关链接：土壤腐蚀性表征