海底管道作為海洋油氣資源輸送的關(guān)鍵設(shè)施，長(zhǎng)期處于復(fù)雜的海洋環(huán)境中，極易遭受腐蝕。犧牲陽極陰極保護(hù)是一種基于電化學(xué)原理的防腐蝕技術(shù)，通過將電位較負(fù)的犧牲陽極與海底管道連接，使陽極發(fā)生氧化反應(yīng)（犧牲自身），管道成為陰極，從而受到保護(hù)，有效延長(zhǎng)海底管道的使用壽命，保障海洋油氣運(yùn)輸安全。
數(shù)據(jù)收集
管道參數(shù)：詳細(xì)獲取海底管道的材質(zhì)（如 X65 鋼等）、管徑、壁厚、長(zhǎng)度、埋設(shè)深度、鋪設(shè)方式（如直埋、懸浮等）以及運(yùn)行壓力、溫度等參數(shù)。
環(huán)境參數(shù)：收集管道所在海域的海水溫度、鹽度、pH 值、海流速度、溶解氧含量、海底土壤電阻率等環(huán)境數(shù)據(jù)。不同海域的環(huán)境差異較大，這些數(shù)據(jù)直接影響犧牲陽極的性能和保護(hù)效果。
歷史腐蝕數(shù)據(jù)：查閱管道以往的腐蝕檢測(cè)報(bào)告，了解管道的腐蝕狀況、腐蝕速率等信息，為保護(hù)方案設(shè)計(jì)提供參考。
陰極保護(hù)參數(shù)計(jì)算
保護(hù)電位確定：根據(jù)管道材質(zhì)和海水環(huán)境，參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如 NACE RP0176 等），確定海底管道的合格保護(hù)電位。一般來說，對(duì)于碳鋼材質(zhì)的海底管道，在海水中的合格保護(hù)電位為 -0.85V（相對(duì)于銅 / 飽和硫酸銅參比電極，CSE）。
保護(hù)電流密度計(jì)算：依據(jù)管道的材質(zhì)、表面狀況以及海水環(huán)境條件，確定合適的保護(hù)電流密度。通常，對(duì)于新建海底管道，在海水中的保護(hù)電流密度取值范圍為 10 - 30μA/cm2；對(duì)于已服役有一定腐蝕程度的管道，保護(hù)電流密度可適當(dāng)提高。通過保護(hù)電流密度乘以管道的表面積，可計(jì)算出所需的保護(hù)電流。
犧牲陽極用量計(jì)算：根據(jù)所需的保護(hù)電流、陽極的實(shí)際電容量、設(shè)計(jì)保護(hù)年限等參數(shù)，計(jì)算犧牲陽極的用量。陽極實(shí)際電容量與陽極材料、制造工藝等因素有關(guān)，例如，常用的鋁合金犧牲陽極實(shí)際電容量約為 2200Ah/kg。計(jì)算公式為：陽極用量（kg）= 保護(hù)電流（A）× 設(shè)計(jì)保護(hù)年限（h）× 8760（h / 年）÷ 陽極實(shí)際電容量（Ah/kg）÷ 陽極利用效率（一般取 0.8 - 0.9） 。
陽極選型與布置設(shè)計(jì)
陽極選型：綜合考慮陽極的電化學(xué)性能、價(jià)格、加工工藝、環(huán)境適應(yīng)性等因素，選擇合適的犧牲陽極材料。常見的犧牲陽極材料有鋁合金陽極、鋅合金陽極和鎂合金陽極。鋁合金陽極有較高的電容量和驅(qū)動(dòng)電壓，價(jià)格適中，適用于海水環(huán)境；鋅合金陽極工作電位穩(wěn)定，電流效率高，在海泥等電阻率較低的環(huán)境中表現(xiàn)良好；鎂合金陽極電位較負(fù)，驅(qū)動(dòng)電壓大，但電容量相對(duì)較低，適用于土壤電阻率較高的環(huán)境。根據(jù)海底管道的具體環(huán)境條件，優(yōu)先選擇鋁合金犧牲陽極。
陽極布置：根據(jù)管道的長(zhǎng)度、管徑、運(yùn)行條件以及計(jì)算得到的陽極用量，確定陽極的布置方式。常見的布置方式有單支分散式布置和成組式布置。對(duì)于管徑較小、長(zhǎng)度較短的管道，可采用單支分散式布置，將陽極均勻分布在管道兩側(cè)；對(duì)于管徑較大、長(zhǎng)度較長(zhǎng)的管道，采用成組式布置，將多個(gè)陽極組成陽極組，間隔一定距離安裝在管道上。陽極的安裝間距一般為 50 - 100m，具體間距需根據(jù)計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，確保管道表面各點(diǎn)的電位都能達(dá)到保護(hù)要求。
犧牲陽極材料
鋁合金犧牲陽極：選用符合國家標(biāo)準(zhǔn)（如 GB/T 4948 - 2002）的高性能鋁合金犧牲陽極，其化學(xué)成分應(yīng)滿足：鋁 95% - 97%、鋅 3% - 5%、鎂 0.05% - 0.2%、銦 0.01% - 0.05% 等，雜質(zhì)含量嚴(yán)格控制，以保證陽極的電化學(xué)性能穩(wěn)定。陽極的形狀可根據(jù)安裝需求選擇，常見的有鐲式陽極（適用于管徑較大的管道）、塊狀陽極（適用于管徑較小的管道或海底地形復(fù)雜的區(qū)域）等。
性能要求：陽極的開路電位應(yīng)≤ -1.05V（相對(duì)于 CSE），工作電位應(yīng)在 -1.05V - -1.25V（相對(duì)于 CSE）之間，電流效率≥85%，實(shí)際電容量≥2200Ah/kg 。
輔助材料
連接電纜：選用耐腐蝕、高強(qiáng)度的電纜，如銅芯橡膠絕緣電纜。電纜的截面積應(yīng)根據(jù)計(jì)算得到的保護(hù)電流大小進(jìn)行選擇，確保電纜能夠安全承載保護(hù)電流，同時(shí)滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。電纜與陽極、管道的連接應(yīng)采用可靠的焊接或壓接方式，并進(jìn)行防水、防腐處理。
參比電極：采用長(zhǎng)效銅 / 飽和硫酸銅參比電極（CSE），用于監(jiān)測(cè)管道的保護(hù)電位。參比電極應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性和耐久性，其電位精度應(yīng)滿足 ±10mV 。安裝時(shí)，將參比電極固定在管道附近的海底，通過電纜與管道連接，定期測(cè)量管道電位，確保保護(hù)效果
施工安裝
安裝前準(zhǔn)備
對(duì)海底管道進(jìn)行表面清理，去除油污、鐵銹等雜質(zhì)，確保管道表面清潔，以保證陽極與管道之間的良好電接觸。
對(duì)犧牲陽極進(jìn)行外觀檢查和性能測(cè)試，檢查陽極表面是否有裂紋、氣孔等缺陷，測(cè)試陽極的開路電位、工作電位等性能指標(biāo)，確保陽極質(zhì)量符合要求。
準(zhǔn)備好安裝所需的設(shè)備和工具，如潛水設(shè)備、焊接設(shè)備、吊裝設(shè)備等，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，確保其正常運(yùn)行。
陽極安裝
單支分散式布置安裝：潛水員攜帶陽極和安裝工具，到達(dá)預(yù)定的安裝位置。將陽極通過電纜與海底管道進(jìn)行焊接或壓接連接，確保連接牢固可靠，接觸電阻小于 0.01Ω。連接完成后，將陽極固定在海底，可采用混凝土基床或錨固件等方式進(jìn)行固定，防止陽極在海流作用下移位。
成組式布置安裝：首先在岸上將多個(gè)陽極組裝成陽極組，通過支架或框架將陽極固定在一起，并連接好內(nèi)部電纜。然后利用吊裝設(shè)備將陽極組運(yùn)輸?shù)胶５坠艿腊惭b位置，潛水員配合將陽極組與管道進(jìn)行連接和固定。陽極組與管道的連接方式同樣采用焊接或壓接，確保電氣連接良好。
參比電極安裝
將參比電極安裝在距離海底管道 0.5 - 1m 的位置，采用混凝土底座或其他固定方式將參比電極固定在海底，確保其穩(wěn)定。通過電纜將參比電極與管道連接，并在電纜接頭處進(jìn)行防水、防腐處理。
監(jiān)測(cè)與維護(hù)
電位監(jiān)測(cè)
定期（每月至少一次）測(cè)量海底管道的保護(hù)電位，使用便攜式電位測(cè)量?jī)x，通過參比電極測(cè)量管道表面各點(diǎn)的電位，確保管道電位處于保護(hù)電位范圍內(nèi)。如果發(fā)現(xiàn)管道電位偏離保護(hù)電位范圍，及時(shí)分析原因，采取調(diào)整陽極布置、更換陽極等措施進(jìn)行處理。
在管道沿線設(shè)置電位測(cè)試樁，方便長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)管道電位。測(cè)試樁應(yīng)安裝在便于測(cè)量的位置，并做好標(biāo)識(shí)和記錄。
陽極性能監(jiān)測(cè)
定期檢查犧牲陽極的消耗情況，通過潛水檢查或水下攝像等方式觀察陽極的外觀形態(tài)，測(cè)量陽極的剩余尺寸和重量。當(dāng)陽極的剩余重量小于初始重量的 20% 時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換陽極，以保證陰極保護(hù)效果。
電纜及連接部位檢查
定期檢查連接電纜是否有破損、斷裂等情況，檢查電纜與陽極、管道的連接部位是否牢固，是否存在腐蝕現(xiàn)象。如發(fā)現(xiàn)電纜破損，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修復(fù)或更換；如連接部位出現(xiàn)腐蝕，應(yīng)進(jìn)行清理和重新防腐處理。
