海底管道作為海洋油氣資源輸送的關鍵設施，長期處于復雜的海洋環(huán)境中，極易遭受腐蝕。犧牲陽極陰極保護是一種基于電化學原理的防腐蝕技術，通過將電位較負的犧牲陽極與海底管道連接，使陽極發(fā)生氧化反應（犧牲自身），管道成為陰極，從而受到保護，有效延長海底管道的使用壽命，保障海洋油氣運輸安全。
數據收集
管道參數：詳細獲取海底管道的材質（如 X65 鋼等）、管徑、壁厚、長度、埋設深度、鋪設方式（如直埋、懸浮等）以及運行壓力、溫度等參數。
環(huán)境參數：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)境數據。不同海域的環(huán)境差異較大，這些數據直接影響犧牲陽極的性能和保護效果。
歷史腐蝕數據：查閱管道以往的腐蝕檢測報告，了解管道的腐蝕狀況、腐蝕速率等信息，為保護方案設計提供參考。
陰極保護參數計算
保護電位確定：根據管道材質和海水環(huán)境，參考相關標準（如 NACE RP0176 等），確定海底管道的合格保護電位。一般來說，對于碳鋼材質的海底管道，在海水中的合格保護電位為 -0.85V（相對于銅 / 飽和硫酸銅參比電極，CSE）。
保護電流密度計算：依據管道的材質、表面狀況以及海水環(huán)境條件，確定合適的保護電流密度。通常，對于新建海底管道，在海水中的保護電流密度取值范圍為 10 - 30μA/cm2；對于已服役有一定腐蝕程度的管道，保護電流密度可適當提高。通過保護電流密度乘以管道的表面積，可計算出所需的保護電流。
犧牲陽極用量計算：根據所需的保護電流、陽極的實際電容量、設計保護年限等參數，計算犧牲陽極的用量。陽極實際電容量與陽極材料、制造工藝等因素有關，例如，常用的鋁合金犧牲陽極實際電容量約為 2200Ah/kg。計算公式為：陽極用量（kg）= 保護電流（A）× 設計保護年限（h）× 8760（h / 年）÷ 陽極實際電容量（Ah/kg）÷ 陽極利用效率（一般取 0.8 - 0.9） 。
陽極選型與布置設計
陽極選型：綜合考慮陽極的電化學性能、價格、加工工藝、環(huán)境適應性等因素，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動電壓，價格適中，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)境中表現良好；鎂合金陽極電位較負，驅動電壓大，但電容量相對較低，適用于土壤電阻率較高的環(huán)境。根據海底管道的具體環(huán)境條件，優(yōu)先選擇鋁合金犧牲陽極。
陽極布置：根據管道的長度、管徑、運行條件以及計算得到的陽極用量，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。對于管徑較小、長度較短的管道，可采用單支分散式布置，將陽極均勻分布在管道兩側；對于管徑較大、長度較長的管道，采用成組式布置，將多個陽極組成陽極組，間隔一定距離安裝在管道上。陽極的安裝間距一般為 50 - 100m，具體間距需根據計算結果和現場實際情況進行調整，確保管道表面各點的電位都能達到保護要求。
犧牲陽極材料
鋁合金犧牲陽極：選用符合國家標準（如 GB/T 4948 - 2002）的高性能鋁合金犧牲陽極，其化學成分應滿足：鋁 95% - 97%、鋅 3% - 5%、鎂 0.05% - 0.2%、銦 0.01% - 0.05% 等，雜質含量嚴格控制，以保證陽極的電化學性能穩(wěn)定。陽極的形狀可根據安裝需求選擇，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雜的區(qū)域）等。
性能要求：陽極的開路電位應≤ -1.05V（相對于 CSE），工作電位應在 -1.05V - -1.25V（相對于 CSE）之間，電流效率≥85%，實際電容量≥2200Ah/kg 。
輔助材料
連接電纜：選用耐腐蝕、高強度的電纜，如銅芯橡膠絕緣電纜。電纜的截面積應根據計算得到的保護電流大小進行選擇，確保電纜能夠安全承載保護電流，同時滿足機械強度要求。電纜與陽極、管道的連接應采用可靠的焊接或壓接方式，并進行防水、防腐處理。
參比電極：采用長效銅 / 飽和硫酸銅參比電極（CSE），用于監(jiān)測管道的保護電位。參比電極應具有良好的穩(wěn)定性和耐久性，其電位精度應滿足 ±10mV 。安裝時，將參比電極固定在管道附近的海底，通過電纜與管道連接，定期測量管道電位，確保保護效果
施工安裝
安裝前準備
對海底管道進行表面清理，去除油污、鐵銹等雜質，確保管道表面清潔，以保證陽極與管道之間的良好電接觸。
對犧牲陽極進行外觀檢查和性能測試，檢查陽極表面是否有裂紋、氣孔等缺陷，測試陽極的開路電位、工作電位等性能指標，確保陽極質量符合要求。
準備好安裝所需的設備和工具，如潛水設備、焊接設備、吊裝設備等，并對設備進行調試，確保其正常運行。
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，到達預定的安裝位置。將陽極通過電纜與海底管道進行焊接或壓接連接，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，并連接好內部電纜。然后利用吊裝設備將陽極組運輸到海底管道安裝位置，潛水員配合將陽極組與管道進行連接和固定。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，并在電纜接頭處進行防水、防腐處理。
監(jiān)測與維護
電位監(jiān)測
定期（每月至少一次）測量海底管道的保護電位，使用便攜式電位測量儀，通過參比電極測量管道表面各點的電位，確保管道電位處于保護電位范圍內。如果發(fā)現管道電位偏離保護電位范圍，及時分析原因，采取調整陽極布置、更換陽極等措施進行處理。
在管道沿線設置電位測試樁，方便長期監(jiān)測管道電位。測試樁應安裝在便于測量的位置，并做好標識和記錄。
陽極性能監(jiān)測
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)，測量陽極的剩余尺寸和重量。當陽極的剩余重量小于初始重量的 20% 時，應及時更換陽極，以保證陰極保護效果。
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，是否存在腐蝕現象。如發(fā)現電纜破損，應及時進行修復或更換；如連接部位出現腐蝕，應進行清理和重新防腐處理。
