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摘要：对阴极保护有效性进行测量分析是管道保护重要内容，本文通过工作原理和现场实测数据对比了近参比法和试片断电法两种测试方法，近参比法从减少参比电极和管道之间的距离入手，尽可能消除IR降，结果准确性较低，而试片断电法能够较好的消除IR降，数据更加可靠。
关键词：阴极保护测试 近参比法 试片断电法
管道输送是油气运输中最为经济、安全的运输方式，受地表环境限制，绝大多数为埋地管线，长期使用后因内外腐蚀造成穿孔，现行管道防腐一般采用阴极保护和涂层防护相结合的联合防护体系，对阴极保护有效性进行测量分析，评价管道的保护水平是管道防护的重要内容之一。
1 国内外阴极保护测试方法现状
1.1 阴极保护测试方法
阴极保护是指对被保护金属施加负的电流，通过阴极极化使电极电位负移至金属的氧化还原平衡电位，从而抑制金属腐蚀的保护方法，阴极保护技术在我国石油管道上的应用始于上世纪五十年代，到七十年代初，我国长输管道已经广泛采用了阴极保护技术。阴极保护系统中，被保护体表面电位是判断其是否达到有效保护的重要参数，根据GB/T 21246-2007《埋地钢质管道阴极保护参数测试方法》，测试管道阴极保护电位的方法主要有地表参比法、近参比法、远参比法、辅助电极法和断电法。
1.2 现有阴极保护效果分析检测方法
目前对于长输管线来说，一般通过埋设测试桩来测量管道电位，由于测量过程中，存在着IR降影响，因此通过近参比不能准确的测量到管道的极化电位，不能真正反映出管道的保护效果。断电法被认为是消除IR最有效的方法，但存测量时需要关闭所有控制电源、断电测量不能在安装牺牲阳极的管道上进行、管道断电不能消除长线电流所引起的IR降、杂散电流在断电电位测量中能引起严重的误差等问题，因此断电测量用于现场应用中受到限制。试片断电法为常规断电电位测量提供了一个有效的补充，试片的极化电位模拟的是管道上相似尺寸涂层破损面积处的极化电位，将辅助试片接入管道的阴极保护系统，通过准确的测量试片的电位来评价阴极保护系统的有效性。
2 阴极保护效果现场测试方法研究
在阴极保护系统已经铺设的情况用一些现场测量手段，来帮助我们判断阴极保护系统的有效性。测量外加电流阴极保护管道运行过程中的管地电位，为阴极保护的运行、管理提供参考。
2.1 用近参比法测量阴极保护管道的管地电位
直接测量得到的管地电位中包含较大的IR降，并且IR降与电阻的关系很大，电阻与参比电极和管道之间的距离有很大关系。为了使测量结果尽可能接近真实值，应该尽量减小参比电极和管道之间的距离，从而减小IR降。近参比法就是从减少参比电极和管道之间的距离入手，尽可能消除IR降，从而测得较为准确的管地电位。其測量原理图如下：
如图所示，在管道上方挖一安放参比电极的探坑，将参比电极置于距管壁上测量点2-5cm的土壤上，用导线连接参比电极、电压表和测试桩，读数即可。使用的主要设备包括参比电极、电压表、导线及导线连接。
2.2试片断电法测量阴极保护管道的管地电位
断电法因为能够较好的消除IR降而得到将广泛的应用。试片断电法测量原理图如下：
如图，在测试点处埋设一个裸露试片或带缺陷的涂层试样，其材质、埋设状态和埋地管道相同，试片与管道通过电缆连接，模拟一个覆盖层缺陷，当阴极保护系统处于运行状态时，保护试片在保护电流的作用下向负向极化，最后达到与埋地管道相同的保护状态。测量时只需断开试片和管道的连接线，就可测得试片的断电电位。主要设备包括参比电极、试片（材质与管道的材质相同，表面抛光，裸露面积与管道缺陷破损面积相等）、采集卡及显示器、导线及导线连接、开关（时间断电器）及并联电阻（起保护作用，采用滑动变阻器，调节其阻值为100Ω）。
3近参比法和试片断电法实际测量结果比较
两种测量方法近参比法和试片断电法，各有侧重，近参比法测量方法简单、测量成本低、便于测量，缺点是结果准确性较低，对于现场阴极保护的管理工作有一定指导意义，试片断电法方法复杂、测量成本高、测量结果准确可靠。以恒电位仪显示电压为-1.500V为例，分别采取近参比法和试片断电法对某管道管地电位进行测量，得到结果如下：
相对于近参比法，很显然试片断电法的数据更真实可信，像一号桩数据中，近参比法测出的数据比实际输出电压更负，很显然不太合理。试片断电法测量中的相关参数如图4-11所示，为了确保测量的准确性，应对试片的电位衰减过程进行测量，对比电位衰减差值为100mV，最终对埋地管线的阴极保护效果进行评价[12]。
结合表1和2，可以看出阴极保护电位小于-0.85V，且电位衰减差值大于100mV，管段阴极保护效果良好。
4结论
本文在分析现常用管道防腐效果检测评价方法的基础之上，通过现场检测进行数据分析，得到以下结论：近参比法测量方法简单、测量成本低、便于测量，缺点是结果准确性较低，但对于现场阴极保护的管理工作还是很有指导意义的；试片断电法方法复杂、测量成本高、测量结果准确可靠。
参考文献：
[1]徐峰.铝基合金牺牲阳极的制备及性能研究.南京工业大学硕士论文，2004.
[2]吴荫顺，曹备.阴极保护和阳极保护—原理、技术及工程应用[M].北京：中国石化出版社，2007：44-45.
[3]杜艳霞，张国忠，李健.保护电位分布的数值计算.中国腐蚀与防护学报. 2008：28-1..
[4]Machczynski W Computer simulation of cathodic protection of underground conductors of arbitrary1994，1098-1.
[5]李相怡，翁永基.金属储罐底板外侧阴极保护电位分布的解析计算法[J].1998，19（3）：98-114.
[6]Morgan，John. Cathodic Protection[M]Texas：National Association of Corrosion Engineers，1987，159-161.
[7]Uhlig H H著，翁永基译.腐蚀与腐蚀控制（第三版）[M] .北京：石油工业出版社，1985，516.
[8]杨筱蘅.输油管道设计与管理[M]. 1版.北京：中国石油大学出版社，2006.
[9]李永青，杜翠薇.腐蚀试验方法及监测技术[M].北京：中国石化出版社，2007：178-179.
[10]Lucio Di Biase，Osvaldo Fumei，Ranieri Cigna.AC corrosion and cathodic protection of buried pipelines[A].Corrosion/2010[C]，San Antonio：NACE，2010：10108.
[11]郝宏娜.埋地金属管道阴极保护电位分布规律研究.中国石油大学（华东）博士论文，2012.
[12]李自立，谢跃辉，郝宏娜等. 试片断电法测量埋地管道的断电电位.材料保护，2012：44（12）.
关键词：阴极保护测试 近参比法 试片断电法
管道输送是油气运输中最为经济、安全的运输方式，受地表环境限制，绝大多数为埋地管线，长期使用后因内外腐蚀造成穿孔，现行管道防腐一般采用阴极保护和涂层防护相结合的联合防护体系，对阴极保护有效性进行测量分析，评价管道的保护水平是管道防护的重要内容之一。
1 国内外阴极保护测试方法现状
1.1 阴极保护测试方法
阴极保护是指对被保护金属施加负的电流，通过阴极极化使电极电位负移至金属的氧化还原平衡电位，从而抑制金属腐蚀的保护方法，阴极保护技术在我国石油管道上的应用始于上世纪五十年代，到七十年代初，我国长输管道已经广泛采用了阴极保护技术。阴极保护系统中，被保护体表面电位是判断其是否达到有效保护的重要参数，根据GB/T 21246-2007《埋地钢质管道阴极保护参数测试方法》，测试管道阴极保护电位的方法主要有地表参比法、近参比法、远参比法、辅助电极法和断电法。
1.2 现有阴极保护效果分析检测方法
目前对于长输管线来说，一般通过埋设测试桩来测量管道电位，由于测量过程中，存在着IR降影响，因此通过近参比不能准确的测量到管道的极化电位，不能真正反映出管道的保护效果。断电法被认为是消除IR最有效的方法，但存测量时需要关闭所有控制电源、断电测量不能在安装牺牲阳极的管道上进行、管道断电不能消除长线电流所引起的IR降、杂散电流在断电电位测量中能引起严重的误差等问题，因此断电测量用于现场应用中受到限制。试片断电法为常规断电电位测量提供了一个有效的补充，试片的极化电位模拟的是管道上相似尺寸涂层破损面积处的极化电位，将辅助试片接入管道的阴极保护系统，通过准确的测量试片的电位来评价阴极保护系统的有效性。
2 阴极保护效果现场测试方法研究
在阴极保护系统已经铺设的情况用一些现场测量手段，来帮助我们判断阴极保护系统的有效性。测量外加电流阴极保护管道运行过程中的管地电位，为阴极保护的运行、管理提供参考。
2.1 用近参比法测量阴极保护管道的管地电位
直接测量得到的管地电位中包含较大的IR降，并且IR降与电阻的关系很大，电阻与参比电极和管道之间的距离有很大关系。为了使测量结果尽可能接近真实值，应该尽量减小参比电极和管道之间的距离，从而减小IR降。近参比法就是从减少参比电极和管道之间的距离入手，尽可能消除IR降，从而测得较为准确的管地电位。其測量原理图如下：
如图所示，在管道上方挖一安放参比电极的探坑，将参比电极置于距管壁上测量点2-5cm的土壤上，用导线连接参比电极、电压表和测试桩，读数即可。使用的主要设备包括参比电极、电压表、导线及导线连接。
2.2试片断电法测量阴极保护管道的管地电位
断电法因为能够较好的消除IR降而得到将广泛的应用。试片断电法测量原理图如下：
如图，在测试点处埋设一个裸露试片或带缺陷的涂层试样，其材质、埋设状态和埋地管道相同，试片与管道通过电缆连接，模拟一个覆盖层缺陷，当阴极保护系统处于运行状态时，保护试片在保护电流的作用下向负向极化，最后达到与埋地管道相同的保护状态。测量时只需断开试片和管道的连接线，就可测得试片的断电电位。主要设备包括参比电极、试片（材质与管道的材质相同，表面抛光，裸露面积与管道缺陷破损面积相等）、采集卡及显示器、导线及导线连接、开关（时间断电器）及并联电阻（起保护作用，采用滑动变阻器，调节其阻值为100Ω）。
3近参比法和试片断电法实际测量结果比较
两种测量方法近参比法和试片断电法，各有侧重，近参比法测量方法简单、测量成本低、便于测量，缺点是结果准确性较低，对于现场阴极保护的管理工作有一定指导意义，试片断电法方法复杂、测量成本高、测量结果准确可靠。以恒电位仪显示电压为-1.500V为例，分别采取近参比法和试片断电法对某管道管地电位进行测量，得到结果如下：
相对于近参比法，很显然试片断电法的数据更真实可信，像一号桩数据中，近参比法测出的数据比实际输出电压更负，很显然不太合理。试片断电法测量中的相关参数如图4-11所示，为了确保测量的准确性，应对试片的电位衰减过程进行测量，对比电位衰减差值为100mV，最终对埋地管线的阴极保护效果进行评价[12]。
结合表1和2，可以看出阴极保护电位小于-0.85V，且电位衰减差值大于100mV，管段阴极保护效果良好。
4结论
本文在分析现常用管道防腐效果检测评价方法的基础之上，通过现场检测进行数据分析，得到以下结论：近参比法测量方法简单、测量成本低、便于测量，缺点是结果准确性较低，但对于现场阴极保护的管理工作还是很有指导意义的；试片断电法方法复杂、测量成本高、测量结果准确可靠。
参考文献：
[1]徐峰.铝基合金牺牲阳极的制备及性能研究.南京工业大学硕士论文，2004.
[2]吴荫顺，曹备.阴极保护和阳极保护—原理、技术及工程应用[M].北京：中国石化出版社，2007：44-45.
[3]杜艳霞，张国忠，李健.保护电位分布的数值计算.中国腐蚀与防护学报. 2008：28-1..
[4]Machczynski W Computer simulation of cathodic protection of underground conductors of arbitrary1994，1098-1.
[5]李相怡，翁永基.金属储罐底板外侧阴极保护电位分布的解析计算法[J].1998，19（3）：98-114.
[6]Morgan，John. Cathodic Protection[M]Texas：National Association of Corrosion Engineers，1987，159-161.
[7]Uhlig H H著，翁永基译.腐蚀与腐蚀控制（第三版）[M] .北京：石油工业出版社，1985，516.
[8]杨筱蘅.输油管道设计与管理[M]. 1版.北京：中国石油大学出版社，2006.
[9]李永青，杜翠薇.腐蚀试验方法及监测技术[M].北京：中国石化出版社，2007：178-179.
[10]Lucio Di Biase，Osvaldo Fumei，Ranieri Cigna.AC corrosion and cathodic protection of buried pipelines[A].Corrosion/2010[C]，San Antonio：NACE，2010：10108.
[11]郝宏娜.埋地金属管道阴极保护电位分布规律研究.中国石油大学（华东）博士论文，2012.
[12]李自立，谢跃辉，郝宏娜等. 试片断电法测量埋地管道的断电电位.材料保护，2012：44（12）.