0 引言

    阴极保护技术和防腐层联合防护是国内外公认且经济有效的埋地钢质管道的防腐蚀措施。阴极保护就是向被保护的钢质管道通以足够的直流电流（阴极电流），使钢质管道表面产生阴极极化，减小或消除造成钢质管道土壤腐蚀的各种原电池的电极电位差，使腐蚀电流趋于零，进而达到阻止腐蚀的目的。

    保护电流密度的定义为：从恒定在保护电位范围内某一电极表面单位面积上流入或流出的电流密度。保护电流密度与金属性质、介质成分、浓度、温度、表面状态等因素有关。管道的阴极保护电流密度，主要用于考察防腐层绝缘性能衰变及管道是否存在阴极保护电流异常漏失等情况。由于管地电位有从阴极保护电流源向外逐渐递减的特征，在防腐层质量相同的情况下，所耗费的保护电流也是一种递减的过程，所以实际设计应用的保护电流密度是一个平均值，其数值大小依据管道防腐层状况不等。该参数是阴极保护设计中必不可少的重要参数，其选择恰当与否直接影响到阴极保护的效果。

    保护电流密度的计算方法见式（1）～式（3）：

    管体表面积：

    各段保护电流密度：

    按总输出电流计算电流密度：

    式中：Ln为保护距离，m；D为管道直径，m；Sn为管道表面积，m2；In为阴极保护输出电流，μA。

    1 阴极保护电流判断依据

    阴极保护电流密度不是固定不变的数值，所以，一般不用它作为阴极保护的控制参数，但通过定期计算阴极保护站所辖管段平均保护电流密度并与历史数据进行对比分析，可以发现阴极保护或者防腐层的异常并及时查找原因。

    目前的日常管理可采用表1所列保护电流密度指导防腐层与阴极保护的维护工作。

表1中参数不适用于存在杂散电流干扰或与外部存在搭接的管道。

    同时结合SY/T 0036-2000《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》保护电流中防腐层的选取原则（石油沥青、煤焦油瓷漆、环氧煤沥青50～100μA/m2；环氧粉末、塑料覆盖层10-50μA/m2；三层复合结构＜10μA/m2），可对管道的防腐有效性进行评价。

    对于“1级”防腐层，应监测管地保护电位，确保管道不存在过保护或欠保护，必要时调整系统输出；对于“2级”防腐层，应监测管地保护电位，确保管道不存在过保护或欠保护，必要时调整系统输出，同时，关注阴极保护电流密度变化情况，如果该参数与历史数据发生较大偏离，则应查找原因并予以纠正；对于“3级”防腐层，是不可接受的，应立即查找原因并进行纠正，属于外部干扰或金属搭接造成的，予以处理，属于防腐层劣化的，安排修复或大修。

    2 电流密度评价防腐层状况应用实例

    以下分别根据阴极保护电流密度，结合部分管道的内检测结果，对阴极保护有效性进行评价，见表2~表4。

    庆铁新老线大庆段防腐层为石油沥青与聚乙烯冷缠带，使用恒电位仪对庆铁新老线联合保护，阴极保护电位与自然电位均在正常范围内。阴极保护输出电流密度介于52-153μA/m2之间，除一处电流密度偏大外，其他均在正常范围内，防腐层等级均为2级。内检测结果表明，该段管道腐蚀较轻，管道基本处于有效的阴极保护范围。

    秦京线防腐层为沥青与聚乙烯冷缠带，除迁安站、昌黎站恒电位仪输出电流较小外，其他站工作正常。阴极保护输出电流密度介于12～120μA/m2之间，两处电流密度较小，其他均处于正常范围内，防腐层等级为1-2级。

    3 阴极保护电流密度异常分析

    3.1 阴极保护电流密度偏大

    阴极保护电流密度过大，主要有以下原因：防腐层劣化、金属搭接或者绝缘接头失效。

    某段管道大修前阴极保护输出电流密度为170μA/m2，2009年4月，对防腐层老化段管道进行了大修，阴极保护输出电流密度降为80μA/m2，说明大修后管道的防腐层性能得到了较大的提高。

    任京线任丘首站阴极保护站所保护的管道保护长度为16 km，管道防腐层为石油沥青，管道目前已服役30多年，2008年6月份阴极保护输出电流为40A，阴极保护平均电流密度为1.4mA/m2，远高于常规的石油沥青防腐层所需的阴极保护电流密度，初步判断是与裸管搭接或者绝缘接头失效导致。使用PCM确定为绝缘接头失效，更换绝缘接头后，阴极保护输出电流为3.2A，平均保护电流密度为110μA/m2，在正常的阴极保护电流密度范围内。

    3.2 阴极保护电流密度偏小

    （1）管道通电点的电位偏负。由于受到杂散电流的影响，管道的通电点处电位可能小于自然电位。这种情况下阴极保护不能有效输出。研究表明：在交流干扰电流密度较大的情况下，管道的电位会发生负向极化，这在一定程度上限制了阴极保护的输出。秦皇岛输油气分公司迁安保护站的保护管段，阴极保护平均电流密度为12μA/m2，而同样防腐层的大兴阴极保护站电流密度为89μA/m2，阴极保护电流密度低并不能说明该段管道的防腐层良好，由于杂散电流的影响，迁安段管道通电点电位偏负，导致阴极保护电流不能有效输出。根据内检测结果，表明大兴阴保站的保护管段，管道腐蚀较迁安段管道腐蚀轻微。在迁安出站段的管道测试桩处安装检查片，发现阴极保护on电位满足阴极保护准则的情况下，检查片仍发生较为严重的腐蚀，见图1。

    （2）牺牲阳极或者某些排流设施可能影响计算得到的阴极保护电流密度。

    4 结束语

    （1）使用阴极保护电流密度参数可以对不同管段、同种类型的防腐层进行评价。对其数据进行比较，可以判断阴极保护的输出是否正常。

    （2）阴极保护电流密度较高时，建议立即查找原因并进行纠正。属于外部干扰、金属搭接、绝缘法兰（接头）造成的，予以处理；属于防腐层劣化或者失效的，安排修复或大修。

    （3）部分管段防腐层为石油沥青防腐层，且已经服役近30年，但阴极保护电流密度低于15μA/m2，较同种类型的防腐层通常所需的电流密度偏小较多，建议重点关注该段管道的阴极保护状况。必要时，埋设阴极保护检查片，对阴极保护的有效性进行考察。根据经验，一般情况下，阴极保护输出电流密度偏高较小时不严重，反而是阴极保护电流密度较常规值偏小较多时应重视。

    （4）由于受到杂散电流的影响，有些管道的部分管段自然电位偏负，直接影响了阴极保护的有效输出，阴极保护电流密度只能作为参考值，不能完全依照电流密度评价表对防腐层性能进行评价。建议对这些管段进行重点研究，查找自然电位偏高的原因。统计结果还表明，管道具有绝缘性能较高的防腐层时，更容易受到杂散电流的影响。

    （5）阴极保护电流密度值与管道的内检测结果进行对比，初步判断管道的腐蚀原因是否与阴极保护输出电流密度小有关。

    （6）通电点电位的高低对阴极保护电流密度有直接的影响，今后的综合评价时也应考虑此因素。

    （7）阴极保护电流密度在评价防腐层性能与阴极保护有效性方面具有很强的指导意义，但关于阴极保护电流密度与防腐层状况的等级评价方面有待进一步的完善细化。

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