油气管道防腐技术进展

油气管道防腐技术进展,主讲：袁宗明（教授）,单位：西南石油学院,油气储运研究所,2001.11,2001年博士课程,主要内容,引言油气管道涂层技术综述油气管道阴极保护技术进展,引言,金属腐蚀的定义金属腐蚀是金属和周围环境起化学或电化学反应而导致的一种破坏性侵蚀。由于物理原因造成的损伤不称为腐蚀，而称为磨蚀（erosion），磨损（galling），或磨耗（wear）。研究腐蚀与防腐的意义一个非常重要的原因就是“经济”因素在英国、澳大利亚、日本等国每年的腐蚀损失大约都占其当年国民生产净产值的34%我国每年因腐蚀造成的经济损失据1995年统计高达1500亿元，约占国民生产总值的4%以中原油田为例，1993年生产系统、管线、容器腐蚀穿孔8345次，更换油管590km，直接经济损失7000多万元,控制管道腐蚀的途径,改变管道接触介质的性质一是周围环境介质，二是是输送介质。改变管线周围环境介质的性质在现阶段几乎不可能，也很不经济，只能局部改变部分性质，一般情况下很少采用。而输送介质的性质则是我们所能控制的，如天然气的净化、原油的脱硫脱水等改变管道材料采用各种耐腐蚀的管材，如各种合适的金属、合金、合成材料、复合材料或陶瓷等控制金属电化学腐蚀中的极化过程如电化学保护技术将管道与腐蚀介质隔离开来如涂层技术,1油气管道涂层技术综述,涂层定义广义定义：用物理的、化学的、或者其它方法，在金属或非金属基体表面形成的一层具有一定厚度、不同于基体材料且具有一定的强化、防护或特殊功能的覆盖层狭义定义：用物理的、化学的、或者其它方法，在金属或非金属基体表面形成的一层具有一定厚度的（一般大于10m）的不同于基体材料且具有一定的强化、防护或特殊功能的覆盖层两者的区别在于对覆盖层厚度的限定,发展历史回顾,我国自古就有用生漆保护埋在土壤中棺木的方法，在公元前就已经开始使用油漆来防腐了1822年DinglersPolytechnischemJournal杂志上发表了现代第一篇关于防锈漆的报告，报告建议使用油漆、树脂和植物油喷涂钢表面涂层技术是伴随着涂料工业的发展而发展起来的在我国，现代涂料工业的开创距今也只有80多年的历史,历史发展阶段,19401960年管道防腐涂层主要是煤焦油、石油沥青及乙烯基胶带19601970年，为煤焦油、沥青、高密度聚乙烯及PE胶带19801990年为高密度聚乙烯茄克、环氧粉末1990年以后主要是环氧粉末和PE组成的三层系统,管道外涂层技术进展,国内外涂层应用现状目前，全世界涂料的种类多达5000多种，而我国据粗略估计，防腐蚀涂料品种已超过1000多种经常用于管道防腐的却大致可以分为以下几类：石油沥青（包括各种改性石油沥青）、煤焦油瓷漆、聚乙烯类（包括聚乙烯胶带、挤出聚乙烯等）、环氧粉末（FBE）、环氧煤沥青、复合涂层、混凝土和聚氨酯泡沫等,表1.1PipelineDigest19921996年度管道涂层用量调查汇总,表1.219851998年国内主要长输管道防腐层各种涂层所占比例,注：上表是根据19851998年国内建设的33条、合计长度约8100km管道所用外防腐层统计出来的,表1.319901995年世界管道主要覆盖层用量调查,从表1.1和表1.3我们可以发现：,（1）在国外，这几年环氧粉末的使用都是排在首位，说明它已经成了各用户的首选涂料，表明它的性能令人满意，我们将在后面讨论；（2）石油沥青的使用在国外已经越来越少了。一方面是处于环境保护的考虑，另一方面则是其自身使用条件的限制所造成的，在发达国家已经基本上不用了，但由于其工艺和技术现在都相当成熟，更重要的是其价格低廉，一次性投入低，而且货源比较广，因此，在第三世界国家还有一定的市场；,（3）环氧煤沥青的使用在国外也受到了一定的限制。和石油沥青的情况类似；（4）煤焦油瓷漆尽管也存在环境保护的问题，但由于其优良的防腐性能仍然占据了很大的市场；（5）尽管三层聚乙烯等复合涂层有着优良的防腐性能，但还没有得到大力推广，这一方面是由于经济上的原因，另一方面则是由于施工的工艺、技术还没有其它涂层成熟；（6）聚氨酯类涂层的应用在油气管道中也不够广泛；（7）内涂层的应用量正在日益扩大，我们将在后面单独讨论它；,从表1.2中我们可以得到如下信息：,（1）在过去石油沥青一直都是我们的首选涂层。这主要是我国的经济还相对比较落后，在当时正好能满足我们的要求，比较符合我国的国情；（2）在上个世纪90年代后期，煤焦油瓷漆成了国内的首选涂层；（3）在发达国家广泛使用的环氧粉末在我国还没有得到大力推广；,（4）聚乙烯三层由于其极佳的防腐性能已在国内开始使用了，这意味着我国的防腐技术和国外的差距已经越来越小了，同时说明我国在防腐层选择上已不再象以前那样急功近利了，考虑的更长远一些，因为聚乙烯三层结构的一次性投入较其它涂层要大得多；（5）我国在选择涂层时，除了经济上的要求外，已经加大了对性能和环保要求的力度。,表1.419901996年国内新建长输管道防腐覆盖层使用情况,注：上表中的“在建”是相对于1997的数据而言的,管道常用外防腐涂层性能特性及适用条件,（1）良好的电绝缘性（2）良好的粘接性，耐阴极剥离（3）良好的稳定性。要求耐老化性能好；化学稳定性好；耐化学和微生物腐蚀；耐水性好，吸水率低；有足够的耐热性，确保其在热输（原油）温度下不变形，不加快老化速度；耐低温性能好，确保其在低温下堆放、拉运和施工时不产生龟裂和脱漆现象；要能抵御由于环境介质与涂层反应而导致涂层性能变差，达不到保护要求,（4）足够的机械强度。要求有一定的抗冲击强度，以避免在搬运、安装敷设等施工环节中对涂层的机械损坏；有良好的抗弯曲性，以确保管道弹性敷设或冷弯时不致损坏；能耐土壤应力，以防止土壤、岩石等摩擦而损伤；还要求能抗植物根茎穿透,要将涂层实际应用到工程上，还需满足以下几个要求：,（5）能机械化连续生产，满足工程建设需要（6）涂料来源广泛，质量可靠（7）易于现场补口补伤（8）经济上合理,常用防腐层的特点及其适用条件,（1）石油沥青优点主要是施工技术比较简单、在国内比较成熟、取材容易、造价较低（国内造价约为70元/m2左右）缺点主要是：吸水率高、易老化、机械性能差、耐土壤应力差、绝缘电阻低、耐热性差、不耐微生物、不耐深根作物、使用寿命较短、防腐工劳动条件差、对环境有一定的污染等可用于对涂层性能要求不高的一般土壤环境，如：沙土，粘土等，适用温度为-1580。在碎（卵）石土壤、石方段、土壤含水量高和水下，生物活动频繁，植物根茎发达地区慎用或禁用,（2）环氧煤沥青,优点主要为：覆盖层固化后机械强度高、电性能好、化学性质稳定、使用寿命长久，施工方便，可常温冷冻施工、自然固化，可以机械化、半机械化和手工施工，耐土壤应力好，耐水、耐微生物及植物根茎穿透。这种防腐层的抗土壤应力能力仅次于熔结环氧粉末防腐层，其抗外力穿透能力良好。此外，其造价较低廉，在相同除绣条件下，其综合造价（含运输、加工、损耗等）可与石油沥青相媲美,缺点主要是：固化时间长至少需要24h，低温（0）下固化时间更长，涂层质量易受天气影响，生产规模受限，北方冬季施工受限；双组分很难保证始终混合均匀，适用期短；施工中溶剂挥发，有一定环境污染；使用过程中（尤其热管道）绝缘性能下降很快，导致阴极保护电流很快上升可用于规模较小管径较小的管道工程，穿越套管及金属构件的防腐。同时对涂层机械性能要求不高，但要求耐水、微生物及植物根茎的地区。在多石土壤、石方段，强土壤应力区，大规模大口径管道工程慎用或禁用。适用温度为110,（2）环氧煤沥青,（3）煤焦油瓷漆,优点主要是：耐石油产品、植物根茎、微生物，粘接力强，吸水率低，绝缘性好，抗土壤应力，抗阴极剥离，价格低廉，使用寿命长缺点主要是：机械强度较低，使用温度有限，有毒性、环境污染较重。由于环保的要求，在德国、法国、意大利早已停止使用，连美国的一些州也限制使用，澳大利亚从1977年起停止使用可用于人烟稀少的沙漠、戈壁地区和水位高，植物根茎茂盛，生物活动频繁的沼泽或灌木丛生地区。在碎（卵）石土壤、粘质土壤及环境保护要求高的地区慎用或禁用。煤焦油瓷漆有三种型号，其适用温度分别为A型：-1335；B型：-860；C型：-380。,（4）环氧粉末,优点主要有：粘接力强，使用温度范围较宽，有良好的热稳定性，涂敷管可冷弯，表面平滑，具有极好的耐土壤应力和耐阴极剥离性能主要缺点有：较易受冲击破坏，不耐尖锐的碰撞，对吸水敏感，防水性差，长期处于潮湿环境下会生成气泡，涂装过程要求十分严格，耐光老化性能差，防腐层的电阻值随温度升高而明显下降，在潮湿环境里电阻值也较低可用于大部分土壤环境，特别适用于定向钻穿越段极粘质土。是目前用量最大的防腐层，在北美地区应用最为广泛11。在碎（卵）石土壤、石方段、地下水位较高，土壤含水量较高的地区慎用或禁用。适用温度为-30110。,（5）聚乙烯二层,主要优点有：绝缘性能好，机械强度高，吸水率低、抗透湿性强，耐化学介质浸泡性能好，耐土壤应力好，补口与补伤方便缺点主要有：粘接力较差，失去粘接后易造成阴极保护屏蔽，与焊缝较高的钢管结合较差，阳光下易老化，严重损伤后修复比较困难用于大部分土壤环境，特别是机械强度要求高，土壤应力破坏作用较大的地区。在架空管段要慎或禁用，另外由于其对钢管粘接较差，温差较大的地区应慎重考虑。国内的预制价格在8090元/m2左右。对于挤压型聚乙烯其使用温度不得超过70,（6）聚乙烯三层,优点主要有：综合性能优异，将环氧粉末和聚乙烯的优点集于一体，具有良好的粘接性能，高度电绝缘性，优良的防水、抗透湿性能、耐化学侵蚀性能以及良好的机械强度、抗冲击性能主要缺点有：造价高，对钢材表面处理，涂敷工艺，涂敷程序要求很高，补口若与管体同结构，将较复杂，否则与管体不匹配，造价高，对管子焊缝，特别是螺纹管子凸起焊缝的包覆厚度不够可用于各类环境，特别适用于对涂层机械性能、耐土壤应力及阻力屏障性能要求较高的苛刻的环境如碎（卵）石土壤、石方段、土壤含水量高，生物活动频繁，植物根系发达地区。在架空管段慎用或禁用，另外由于其防腐工艺复杂，造价高，一般土壤环境不推荐使用。对于挤压型聚乙烯其使用温度不得超过70,国内常用外涂层技术现状,一、石油沥青涂层石油沥青是我国应用最为广泛、最早也是最多的防腐涂层，目前的应用技术也很成熟，从设计到施工的配套技术都比较完整SY/T042097埋地钢质管道石油沥青防腐层技术标准是一项既包含设计内容又有生产及施工验收规定的综合性标准，包括沥青补口补伤该标准代替了SYJ884埋地钢质管道使用沥青防腐层技术标准和SYJ402088埋地钢质管道使用沥青防腐层施工及验收规范。在原标准的基础上，进行了修改、补充，增加了先进的沥青熬制工艺，对质量检验提出了更严格的要求，指标先进，检测方法科学，实用性很强。,二、煤焦油瓷漆防腐层,SY/T007993埋地钢质管道煤焦油瓷漆外覆盖层技术标准适用于煤焦油瓷漆外防腐层的设计、材料检验、施工和验收，包括采用热烤缠带或煤焦油瓷漆材料补口补伤的施工及验收该标准参考了英国、美国、日本等国家标准以及国际标准，并结合试验数据和我国国情制定而成，1995年开始在长输管线上应用，接受了检验,三、聚乙烯防腐层,SY/T401395埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准是一项设计、施工和验收的综合性标准，包括辐射交联聚乙烯热收缩套补口补伤26。SYJ401387只是施工及验收规范，并限于二层结构挤压聚乙烯防腐层，SY/T401395适用于二层结构和三层结构挤压聚乙烯防腐管该标准等效采用了德国、加拿大、意大利等国标准，较好地体现了聚乙烯防腐层的先进性和技术特点，并在总体技术要求及性能指标上达到了国外同类标准的先进水平,四、环氧粉末外涂层,SY/T031597钢质管道熔结环氧粉末外涂层技术标准适用于环氧粉末一次喷涂成膜，单层结构的钢质管道外防腐层的设计、生产及施工验收。包括局部修补和环氧粉末现场热喷补口该标准主要是以加拿大国家标准为蓝本，参照管道局Q/GDO15093钢质管道熔结环氧粉末外覆盖层技术规定，结合国情编制的，具有国外同类标准水平,五、环氧煤沥青,SY/T044796埋地钢质管道环氧煤沥青防腐层技术标准是将SYJ2887埋地钢质管道环氧煤沥青防腐层技术标准和SYJ404790埋地钢质管道环氧煤沥青防腐层施工及验收规范合并而成的一项综合标准，包括环氧煤沥青补口补伤32。该标准为保证工程质量，满足设计和施工要求，总结了环氧煤沥青多年的经验和存在的问题，参照了美国和日本标准相关内容，对涂料的标准进行了修改，对施工验收要求做出了具体规定,1.3管道内涂层技术进展,概述内涂层最初应用的主要目的实际上并不是为了防腐，而是为了改善管内非腐蚀性流体的流动，增加输量自20世纪50年代初期，国外就开始了输送非腐蚀性天然气干线输气管道内涂层的应用研究我国在内防腐方面起步较晚，落后国外约30年各油田先后都成立了内防腐攻关技术小组，并取得了一些成果，主要用于油田内部油气集输管道及钻杆的防腐,管道内涂层的优点与经济效益,（1）降低管道内摩阻，改善介质流动性，提高输送效率，增大管输量国外一般认为，对于典型的内涂层钢管，其表面粗糙度值约为6.4m，而新钢管的内表面粗糙度，据保守估计为19m左右33,39，但研究表明裸管内表面粗糙度随储存时间的增长而变大33。试验表明，当管内表明粗糙度较小时，管内摩阻将降低39。当其它条件不变时，流量可以提高11.5%。如果未涂的管道内壁粗糙度为40m（在实际管道中比较常见），经计算流量可以提高20.1%,（2）防止或延缓管内壁腐蚀,一方面是防止或延缓管道在储存期间的内壁腐蚀。实际检测和实验室试验都表明，在管道施工之前，钢管储存时间越长，裸露的内表面腐蚀就越严重。如果有内涂层，内表面粗糙度的变化就非常小。另一方面，内涂层还可防止或延缓管道在运行期间的内壁腐蚀。如果输送介质含有腐蚀性物质如H2S、CO2时，内涂层可有效阻止或延缓这些物质对内壁的腐蚀，减少腐蚀事故,（3）可保证输送介质的纯净性,由于内涂层避免了运行中锈渣等污物的沉积，对所输介质的污染也大大减少，可充分保证输送介质的纯净,（4）可降低投资和维护费用,一是由于内涂层管道摩阻系数较小，因此可减少增压站站间压差，扩大站间距，从而减少增压站的数量，可节约增压站的投资费用和维护费用二是由于涂敷后管内壁的表明粗糙度减小，水力摩阻也随之减小，因此，当输气量一定和其它条件不变的情况下，设计管径可大大减小，从而节约大量的管材费和施工费用三是使用内涂层后，污物不易粘结，清管变得容易，清管通球的次数减少，而且清管通球的驱动压力也大大减小，使得维护费用显著降低,（5）可延长管道使用寿命,由于内涂层的防腐作用，使得管道腐蚀事故得以减少，管道运行更安全，据权忠舆的文章可使管道使用寿命延长24倍。这一条也可归入第（2）条,内涂层性能要求,（1）良好的粘接性，要求在管道储运、现场敷设和运行、清管过程中不脱落；（2）良好的稳定性。要求耐老化性能好；化学稳定性好，耐化学和微生物腐蚀；耐水性好，吸水率低；有足够的耐热性，焊接烧损率低，能耐外涂敷的高温；（3）有良好的机械性能，耐磨，抗冲击，耐弯性好；（4）能机械化连续生产，满足工程建设需要；（5）涂料来源广泛，质量可靠；,（6）易于涂装和现场补口补伤；（7）经济上合理。,对于输气干线，内涂层不仅可以防腐，还可以减小阻力，提高输量，因此，其性能不仅要有上面的要求还得满足以下条件：,（1）涂层光滑。具有减阻作用的内涂层漆膜表面应光滑，摩阻系数要小；（2）耐压性好。抗失压起泡，能承受水压试验和输送介质的压力，可承受压力的反复变化。,内涂层用涂料,主要有环氧酚醛树脂及改体、粉末环氧树脂、聚氨酯、聚酰氨和煤焦油环氧树脂等据美国天然气管道研究委员会对38种不同类型涂料的试验，发现环氧树脂类涂料是管道内涂层的最佳涂料，它具有防水性能好、柔性好、耐化学性能好、抗失压气泡性能强、附着力高和焊接烧损率最低等优点我国管道内涂层专用涂料的研究已有十多年的历史，取得了一些进展美国石油学会（API）一般推荐采用胺固化环氧涂料和聚酰氨固化环氧涂料，尤其优先使用聚酰氨固化的环氧涂料,表1.5COPONEP2306HF涂层性能测试值,内涂层涂敷及补口技术,国外许多著名的制管厂和管道施工工程公司都积累了相当丰富的实际经验我国只是在中、小口径的管道内涂敷技术上有一些成果，对于大口径管道还是空白,一、内涂敷工艺,工厂预制涂敷法现场涂敷法,图1.1厂内管道内涂敷工艺流程图,二、内、外涂敷工艺,图1.2管道内、外涂层工厂预制联合施工工艺流程图,三、内涂敷新技术,1.环氧树脂内涂敷技术先清管，然后将环氧树脂组分和固化剂组分按计算好的比例混合到一起，经机械拌合后直接送入无气喷涂装置。这个喷涂装置带有单个或多个无气喷嘴。当喷涂系统进入管内时，它可以一边行走一边向管内表面喷射环氧树脂涂料，喷射压力为1421MPa。管子可采用旋转式或固定不动式，这主要依赖于喷涂臂上的专用喷头装置。管内的涂层厚度由喷涂压力、喷料的多少和喷涂臂与管子相对的速度来决定,环氧树脂粉末内涂敷技术,（1）流化床吸引涂敷法该方法是美国研制的管内涂敷方法，它特别适用于小口径管道。流化床吸引法的施工工艺是待涂管子经过喷砂除锈和酸洗处理以后，将管子一端与热熔性粉末涂料的流化床和一个压缩气源相连接，这样可很快地交替使用涂料和压缩气体。管子的另一端与一个抽气装置连接在一起。在涂敷过程中，将预热的管子以一定的速度以一定的速度旋转，使涂料分布均匀。,（2）静电喷涂法,先用喷砂法清理管内表面，将管内表面喷打到近白色，然后用高压空气吹净钢砂和尘土。喷涂时，管子本身会形成一个封闭的喷砂室，与高压电源连接的喷枪可安装在管子的一端，管子的另一端可连接到涂料回收装置上，并与抽气装置连接在一起。在强大的静电场作用下，以及由于抽气装置的吸引，带有电荷的粉末从喷嘴中喷出后会立即受到管子内表面的吸附，很快分布在内表面上，然后管子迅速移到加热装置上，一边加热，一边转动，使内壁上的粉末熔化均匀，最后用冷却法使涂层固化,四、补口技术,焊缝附近管道内表面的防腐问题即补口问题一直都没有得到很好的解决据不完全统计，在采用内壁涂层防护的管线穿孔事故中，大部分穿孔位于焊缝附近已有管内补口机、衬管焊接法、喷涂焊接法、记忆合金接头、管道内挤涂工艺、钻孔喷涂法、承插挤压法等补口技术国内近年开发了高压管道速接头补口技术,高压管道速接头补口技术,图1.3高压管道速接头结构图,高压管道速接头的主要特点,采用“O”形圈密封，管接头与输送介质不发生接触，避免了介质对接头的腐蚀问题管子的连接是借助锁紧套与直通体间的螺纹连接，通过卡环施力与管道而实现的，施工过程中对管子内壁防腐层没有破坏，彻底解决了管道内补口和焊缝处应力腐蚀问题接头与管子装配公差裕度大，对管子外表面没有特殊要求，安装十分方便施工速度快，无需大型、专用机具，极大地改善了劳动条件，提高了生产效率可应用于高压及常压管道连接,1.4在役管道涂层性能检测技术进展,常用测试技术密间隔电位测试（CIPS）Pearson测试管中电流衰减测试法直流电压梯度法（DCVG）,Pearson检测（PS）,检测内容：涂层破损点检测检测进度：36km/d最低人员要求：2人所检缺陷位置精度：0.5m主要优点：可沿线检测防腐层破损漏点和金属物体，是目前国内最常用的检测技术缺点：需要沿全线步行检测，不能指示缺陷的严重程度，不能指示CP效率，不能指示涂层剥离，易受外界电流的干扰，依赖操作者的技能，常给出不存在的缺陷信息。,电流衰减检测,检测内容：涂层缺陷检测进度：1520km/d最低人员要求：2人所检缺陷位置精度：1m优点：可长间距快速探测整条管线的防腐层状况，也可缩短间距对破损点进行定位，属于非接触地面测量，受地面环境也许较小缺点：测量结果不直观，不能指示CP效率，不能指示涂层剥离，易受外界电流的干扰,防腐层绝缘电阻测试（变频-选频检测法）,检测内容：防腐层绝缘电阻检测进度：1520km/d最低人员要求：2人优点：能快速普查整条管道防腐层的综合保护性能，受地面环境影响较小缺点：计算结果引入的认为因素多，误差大，不能缺点缺陷大小及其位置，不能判别涂层剥离，不能指示CP效果以防腐层绝缘电阻为检测内容的测试方法还有电位差法和管内电流法,直流电位梯度检测（DCVG）,检测内容：涂层缺陷检测进度：通常为212km/d（与被检测的涂层好坏有关）最低人员要求：1人缺陷位置精度：0.5m优点：可计算缺陷大小，可通过%IR提供涂层判据，不受交流电干扰，不需拖拉电缆，受地貌影响小，操作简单，需训练最少，准确度高。缺点：不能指示管线阴极保护效果，不能指示涂层剥离，需沿线步行检测,密间隔电位测试（CIPS）,检测内容：涂层缺陷和CP效率检测进度：36km/d最低人员要求：2人缺陷位置精度：0.5m优点：可找出缺陷的位置、尺寸，指示CP效果，能指出缺陷的严重性，可计算机化自动取样缺点：需步行整个管线检测，不能指示涂层剥离，可能受到干扰电流的影响，需拖拉电缆，适用范围受到限制,防腐层缺陷地面检测技术最新进展,一、DCVG和CIPS综合检测技术基本原理：先采用DCVG法进行测量，确定破损点正确位置以后，采用CIPS密间隔电位测试技术检查保护度和对缺陷定量。在破损点上方地表设置一个参比电极，与之相隔一定距离x后（沿与管道垂直方向）在设置一个参比电极。测出两个参比电极的电位差（Eon和Eoff），并使用CIPS设备测出参比电极1点的通、断电位，如图1.4所示。按下列公式即可计算出防腐层破损点的等效圆直径,图1.4破损点定量检测示意图,（1）参比电极1相对远地点的电位,（2）参比电极2相对远地点的电位,（3）两者的电位差,（4）涂层缺陷对地电阻,式中rho土壤电阻率；I流到某破损处的电流；d破损点直径；x两参比电极间的距离；t管道埋深。,（5）破损点等效圆直径,（C为常数）,二、电化学暂态检测技术,埋地管道防腐层缺陷应包括两个方面：防腐层破损和防腐层剥离。对于埋地管道防腐层缺陷检测，以往的研究几乎都集中在防腐层的破损检测方面，至于防腐层的剥离检测却鲜有报道，且上述技术都不能检测管线涂层剥离的情况。而基于电化学暂态检测的技术可弥补这个缺点,基本原理,埋地管道防腐层可能存在的四种情况：,图1.5防腐层可能存在的四种状态,等效电路,（a）防腐层完整无损（b）防腐层出现剥离但管道未腐蚀（c）破损和剥离腐蚀的等效电路,图1.6c的等效电路可化简为,图1.7缺陷防腐层简化的等效电路,某一频率恒流方波激励下产生的电位响应,图1.8恒流方波激励及其电位响应曲线,通过测量电位响应曲线及测出的电化学参数，就能分析与判断防腐层是否存在剥离。目前这项技术还在进一步开发之中,未来发展趋势,开发新品种开发新的工艺技术开发更有效的补口技术加强涂层检测技术与风险经济评价技术的研究,2油气管道阴极保护技术进展,1824年英国化学家Davy首次应用阴极保护技术通常采用阴极保护的管道寿命可以延长一倍，而阴极保护的投资只占管道总投资的1%4%20世纪60年代初，我国开始研究外加电流阴极保护方法,2.1阴极保护系统设计方法进展,发展阶段单纯依据经验和简单的暴露试验进行阴极保护系统设计的经验设计方法以欧姆定律为基础进行阴极保护系统设计的传统计算设计方法应用现代数值计算方法和以计算机作为计算工具进行阴极保护系统设计的现代设计方法,经验设计方法,缺乏科学的、系统的金属防腐蚀理论基础对阴极保护系统的设计仅仅是单凭以往设计的失败教训和成功经验，以及由简单试验得到的数据来进行的是非定量的带由极大的盲目性，其成功与否几乎取决于运气,传统计算设计方法,阴极保护科学理论基础的确立1834年，米歇尔法拉第发现了减少腐蚀同电流的定量关系。奠定了电解的科学基础和阴极保护原理20世纪初哈博在电化学杂志上阐述了他著名的测量电流密度、土壤密度、土壤电阻和管子间电流的电路1910年到1919年间，O保尔和O佛格尔在柏林的材料试验站确定了阴极保护所需要的电流密度1938年霍阿（Hoar）、米尔斯（Mears）和布朗（Brown）分别提出了阴极保护理论,设计方法20世纪40年代，科学家们运用19世纪就已发展的电学等理论，对阴极保护的电化学机构进行研究，把阴极保护的电化学机构简化地用等效电路来模拟。引入德怀特（Dwight）等的接地电阻计算方法，借助欧姆定律和由经验、试验得到的参数来对阴极保护系统进行设计,特点,以电学理论和科学的防腐蚀理论为基础，具有定量化的优点此方法没有反映腐蚀的电化学本质属性忽略了阴极保护系统中的腐蚀原电池和电极结构以及各阳极组间的干扰等影响接地电阻计算的近似性由经验和实验得到的参数选择经验性,过渡阶段,静电场理论的引入新的数学模型带有边界条件的拉普拉斯方程通过对边值问题的求解来确定电位的分布及大小当时只能用解析法求解一些被保护体结构简单、材料性能稳定、介质均一的个别问题,现代设计方法,1964年克林格（Klinger）和弗莱克（Fleck）开始尝试把现代数值计算方法之一的有限差分法用于求解拉普拉斯方程，并对原电池的电位进行了计算验证。这就创立了利用现代数值计算方法进行阴极保护系统设计的现代设计方法。阴极保护从此进入了现代设计的发展阶段特点以电子计算机和现代数值算法为技术手段,主要方法,有限差分法用于计算有限区域问题时，被证明时有效的难以求解实际的三维问题，不太适合于大型复杂设施阴极保护的设计有限元法优点是可求解多介质的有限域问题同样存在着计算量大的缺点，也不太适合于大型复杂设施的阴极保护的设计要求边界元法可求解三维、无限或有限域问题能解决因金属表面垢层等变化所引起的极化随时间变化的问题不仅适用于一般设施的阴极保护系统设计，也适用于大型复杂设施的阴极保护系统设计,发展方向,国内现状大多还停留在传统设计方法上未来发展的目的在技术可行的前提下，使所设计的对象具有最佳的经济效益。对于一个阴极保护系统来说，该系统还应当是个优化的系统可能的发展方向边界元法与最优化方法结合阴极保护的优化设计方法,阴极保护模型研究进展,两类模型分布型模型研究阴极保护电位和电流密度的分布及其相互关系，研究中往往假设环境介质为均匀、单一导体，宏观不均匀介质被分割成局部均匀区域来处理，假设阴极保护体系已经达到稳态，即阴极电流及极化行为已不随时间改变，以便采用静态场理论来处理时变型模型研究阴极垢层形成及极化随时间的变化关系。环境参数如土壤含水量、温度等周期变化的影响也可以在模型中考虑，但微观不均匀及体系瞬间扰动很难考虑,模型研究内容,（1）保护电位和最佳保护效果（2）阳极形状和位置（3）阴、阳极的极化问题（4）保护电位和电流密度的分布（5）复杂保护体系的模型研究,部分模型实例,阳极电位模型及在阳极位置优化中的应用（1）阳极形状对电流密度分布的影响传统观点认为，阳极棒的端头应加工成半球形，以避免棱角处电流密度集中。但这样做花费较大，效果不十分明显研究表明，在阳极根部加一个大口径塑料绝缘套，并在阳极端部用一段同口径塑料圆柱延伸，可得到比较均匀的阳极电流密度分布,（2）阳极表面电位及对地（液）电阻,Dwight公式,Waard公式（Dwight修正公式）,（3）管道阴