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管道阴极保护技术发展和数值模拟在其中的应用摘要：近年来，随着社会进步和科技发展，阴极保护无论在应用范围还是在先进技术上都得到了较大的发展。阴极保护技术适用于油气长输管道防腐蚀，实施该技术可有效减缓管道的腐蚀速度及程度，延长管道的使用寿命，降低维修费用。一些先进的分析计算与测量技术与传统的阴极保护相结合产生阴极保护数值模拟计算技术、阴极保护探头监测与无线传输技术，大大提高了阴极保护设计和维护管理水平。数值模拟技术在近年来得到了迅速的发展，通过数值模拟计算可以准确预测阴极保护的保护效果,解决传统阴极保护设计中的弊端,所以数值模拟方法已经被广泛地应用到腐蚀与防护计算领域。本文对了国内外阴极保护技术的现状，以及数值模拟在阴极保护中的研究进展和应用情况进行了综述。关键词：阴极保护 管道腐蚀 数值模拟 1 阴极保护国内外研究进展阴极保护技术是电化学保护技术的一种，其原理是向被腐蚀金属结构物表面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。阴极保护技术分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护，目前该技术已经基本成熟，广泛应用到土壤、海水、淡水、化工介质中的钢质管道、电缆、钢码头、舰船、储罐罐底、冷却器等金属构筑物的腐蚀控制。随着我国工业化、城镇化步伐的加快以经济的高速增长，我国已经成长为全球第二大经济体，对石油、天然气的消费需求不断增加。为使油气从生产地到达消费地，需建设长输油气管道。管道铺设从偏远的油气矿区开始一直延伸到繁华的都市，管道要途径坑坑洼洼、凹凸不平、风沙雨雪、穿越河流等多种复杂环境，管道在输送过程中，因风蚀、水力作用及重力侵蚀衍生的腐蚀介质对管道造成较大程度的伤害。在目前的技术条件下，阴极保护无疑是最适宜的措施。1.1国外阴极保护技术的发展1823 年，英国学者汉·戴维接受英国海军部对木制舰船的铜护套的腐蚀的研究，用锡、铁和锌对铜进行保护，并将采用铁和锌对铜保护的相关报告于 1824年发表，这就是现代腐蚀科学中阴极保护的起点。1834年，电学的奠基人法拉第奠定了阴极保护的原理；1890 年爱迪生根据法拉第的原理，提出了强制电流阴极保护的思路。1902 年，K·柯恩采用爱迪生的思路，使用外加电流成功地实现了实际的阴极保护。1906年，德国建立第一个阴极保护厂；1910年～1919 年，德国人保尔和佛格尔用 10年的时间，在柏林的材料试验站确定了阴极保护所需要的电流密度，为阴极保护的实际使用奠定了基础。1928年，被称为美国“电化学之父”的罗伯特·J·柯恩在新奥尔良的一条长距离输气管道上安装了第一套牺牲阳极保护装置，为阴极保护的现代技术打下了基础。此后，阴极保护在美国和一些发达国家得到快速推广，并于1936 年成立了（美国）中部大陆阴极保护协会。日本自1953年开始，外加电流阴极保护得到了广泛应用，或许是由于日本海湾较多而输油管道少的缘故，日本最先应用阴极保护的领域是海湾工程领域。至1970年底，美国已有64万公里的油气管道采用了阴极保护，而原西德、原苏联等在修建管道的同时就安装了阴极保护。与此同时，阴极保护的应用领域不断扩大。1973 年，Strufull 等人将外加电流阴极保护应用到美国50 号国道位于加州斯莱公园的钢筋混凝土公路桥上，开辟了阴极保护在钢筋混凝土结构中的应用，此后，这种方法在国外得到迅速发展和广泛应用，目前美国混凝土协会己经认可将该技术用于钢筋混凝土结构的维修和保护。美国联邦高速公路管理局（FIIWA）自1975年起，开始将阴极保护技术应用于钢筋混凝土的停车库、桥梁和隧道中，并于1982年指出：“阴极保护是已经被证实的唯一能够制止盐污染桥面板腐蚀的维修技术，无论混凝土中的氯化物含量如何”。阴极保护在得到广泛应用的同时，相关技术也在不断提高。1971年，混合型金属氧化物阳极首次应用于海水中，埋在海床泥浆中发挥着阴极保护作用。1973年，太阳能电池开始为阴极保护装置提供能源。1979年布劳尔（Brauer）发表了使用有限元法进行阴极保护设计的第一篇论文，1982年菲尤发表了第一篇关于边界元法在阴极保护设计上应用的文章。1983年唐索（Danso）和沃恩（Warne）第一次采用“边界元法”这一名称对其在阴极保护设计上应用的原理进行论述，并报导了应用边界元法的现代设计方法对英国北海油田某一采油平台进行阴极保护系统设计的成功应用。1985年在加拿大安大略省的一座桥面板的阴极保护中首次使用了混合金属氧化物钛阳极。1988 年美国加州公路局 Apostolos首先在旧金山海湾一座跨海混凝土桥墩和桥面板上试用喷锌层阴极保护。1.2 国内研究进展我国的阴极保护工作开始于1958年。其直接原因是当时一条长输管道（克拉玛依－独山子输油管道）埋地11个月就开始穿孔漏油，最严重时每天