阴极保护技术 新发展状况
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日期：2017-01-07 15:32:11
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一、阴极保护数值模拟
在进行埋地管线及地面储罐复杂腐蚀控制系统设计和工程应用时，采用传统的经验设计方法难以获得阴极保护系统的 佳方案，近年来通过计算机数值模拟计算，可以提供例如电位、电流密度的分布规律和电能消耗等应用中需要的设计参数，预测涂层性质的变化和杂散电流的干扰作用等各种因素对阴极保护系统的影响，可以用来优化阴极保护系统的电极位置，实现全寿命期内可控制和有预见性的复合腐蚀防护系统优化设计。可以说阴极保护已经进入了数值仿真时代。
1.地下管线阴极保护系统数值模拟概况
为了保护管线外部涂层不充分和涂层破损的部分，通常采用涂层与阴极保护系统联合方式进行地下管线外部的腐蚀防护。传统的阳极阻抗公式忽略了电位和电流在管线上的分布，不能够充分模拟管线涂层出现缺陷时的状况。国内外在对阴极保护电位分布的数值模拟研究中，大多数采用拉普拉斯方程作为电位分布的描述方程。而对描述方程的求解方法主要为有限元法和边界元法。
2.储罐外底部阴极保护系统数值模拟概况
通过采用基于边界元技术的数值模拟软件(BEASY)开展对大型地面相邻原油储罐罐底外表面阴极保护系统的研究，结果表明这种软件可以实现优化计算储罐的阳极位置，使得阴极保护效果达到 佳，保护对象表面电位分布均匀，并有效降低阳极的输出电流，可有效解决常规经验阴极保护设计方法无法实现 优设计难题。
随着计算机的普及和广泛应用，利用数值方法求解阴极保护体系的电位和电流分布问题已成为 近十多年阴极保护领域中的热门课题，并在地下长输管道、近海石油平台等场合得到了较好的应用，节省了大量的人力、物力，实现了优化设计。
二、在线监测系统
管道阴极保护检测是管道防腐工作的重要内容，目前国内多依靠专用的杂散电流测试仪或者万用表人工检测。现行的人工检测方法具有耗时长、成本高、不能及时发现问题、危险性高等缺点，难以满足管道阴极保护实时监测的需要。目前，利用现代通信技术，国内外正在开展在线管道阴极保护监测系统的研究。
国外，美国天然气研究所(GTI)正在研制的用于检测天然气管线保护状态的系统-阴极保护监测系统，采用无线方式测量管线的保护电位和阳极输入电流密度等保护参数，通过手持设备发出信号，埋在土壤中的应答器接收信号后返回信号。这些信号包括阳极位置信号和阴极保护参数(管道电位及阳极输出电流)。系统采用铜/硫酸铜参比电极(使用寿命30a)和锂电池(使用寿命15a)。美国INCON公司的TS-CPM阴极保护监测系统主要针对外加电流阴极保护系统设计，用于监测阴极保护站内恒电位仪的工作状态。系统测量的参数包括恒电位的输出电压和电流，通过专用软件远程监测阴极保护站内的设备运行情况。
国内，川气东送管道全线采用以强制电流保护为主、牺牲阳极保护为辅的联合保护方案。阴极保护在线监测系统通过服务器端开放数据库接口实现与SCADA系统的对接，它以地理信息系统（GIS）为管理平台，以SQL-SERVER数据库作为系统统一的数据库，通过后台服务程序完成GIS空间数据与遥测遥控关系数据的整合，实现基于GIS/GPRS 的阴极保护在线监控。
三、新型阳极
1.新型牺牲阳极
牺牲阳极的阴极保护方法，适用于土壤电阻率较低、直径较小的储罐以及个别较小的改造站场或者埋地管道较少的站场。牺牲阳极由早期的纯金属发展到今天的合金阳极，牺牲阳极的电化学性能取得了长足的进步。未来的牺牲阳极将进一步向新型合金化发展，新型的广谱的合金阳极，既有高的电流效率，又能适用于普遍的环境，克服目前Mg合金阳极的电流效率低，Zn合金阳极好适用于低电阻的环境的缺点，以满足市场的需要，进一步的发展，牺牲阳极实现智能转化。智能化的阳极可以根据被保护体对电流的需求的变化，实现自我调节，当今出现的新型复合阳极，已经有了一定的自我调节性能，这种阳极的出现，代表了未来牺牲阳极发展的趋势。
2.辅助阳极
外加电流阴极保护技术已广泛应用于地下储罐、钢筋混凝土、船舶、桥梁、化工设备等许多结构的防腐。其中辅助阳极是外加电流保护技术的核心部件，在我国目前应用 广泛的辅助阳极材料主要有高硅铸铁、铅银合金和铂钦及铂锭复合阳极，近年来开始采用导电聚合物柔性阳极，但混合金属氧化物阳极还很少应用。由于聚合物柔性阳极和混合金属氧化物阳极具有许多其它阳极无可比拟的特性，因此它们将会成为外加电流阴极保护辅助阳极的发展与应用方向。
柔性阳极
柔性阳极特别适于裸管或涂层严重破坏的管道、受屏蔽的复杂管网区的保护以及高电阻率的土壤中，是目前复杂站场区域阴极保护尤其原油储备库埋地管线的 可靠的保护方式。
网状混合金属氧化物阳极（MMO阳极）
混合金属氧化物阳极是采用热分解方法在金属基体上涂覆一层具有电催化活性的氧化物涂层的一种阳极。混合氧化物涂层由Tr、Ta、Ru等多种金属氧化物组成。这种活性涂层是作为一种电活性的催化剂，不直接参与电极反应，使得混合金属氧化物阳极电化学稳定性优异，电催化活性高，工作电压低，消耗率低，使用寿命长，并且可以反复使用。目前国际上已研发了第二代MMO新型阳极，是由MMO阳极线、焦碳回填料、纤维织物包覆套（填料袋）和耐磨编织网组成。由于混合金属氧化物阳极具有其它阳极所不具备的优点，它已成为目前 为理想和 有前途的辅助阳极材料。
此外，现代辅助阳极的结构发生了质的变化。传统的辅助阳极都为棒形结构，对于钢筋混凝土阴极保护用辅助阳极，到目前为止已经开发研究成功了几种：喷锌层阳极；导电涂层阳极；导电塑料电线网阳极；活化钛板网阳极等。带状辅助阳极，网状辅助阳极是近年开发出的一种新型阳极，主要用于埋地管道、储罐底部及钢筋混凝土的保护，可以解决传统阴极保护做不到的问题，如干扰问题、高电阻率问题等。
