海底管道作为海洋油气资源输送的关键设施，长期处于复杂的海洋环境中，极易遭受腐蚀。牺牲阳极阴极保护是一种基于电化学原理的防腐蚀技术，通过将电位较负的牺牲阳极与海底管道连接，使阳极发生氧化反应（牺牲自身），管道成为阴极，从而受到保护，有效延长海底管道的使用寿命，保障海洋油气运输安全。

数据收集

管道参数：详细获取海底管道的材质（如 X65 钢等）、管径、壁厚、长度、埋设深度、铺设方式（如直埋、悬浮等）以及运行压力、温度等参数。

环境参数：收集管道所在海域的海水温度、盐度、pH 值、海流速度、溶解氧含量、海底土壤电阻率等环境数据。不同海域的环境差异较大，这些数据直接影响牺牲阳极的性能和保护效果。

历史腐蚀数据：查阅管道以往的腐蚀检测报告，了解管道的腐蚀状况、腐蚀速率等信息，为保护方案设计提供参考。

阴极保护参数计算

保护电位确定：根据管道材质和海水环境，参考相关标准（如 NACE RP0176 等），确定海底管道的合格保护电位。一般来说，对于碳钢材质的海底管道，在海水中的合格保护电位为 -0.85V（相对于铜 / 饱和硫酸铜参比电极，CSE）。

保护电流密度计算：依据管道的材质、表面状况以及海水环境条件，确定合适的保护电流密度。通常，对于新建海底管道，在海水中的保护电流密度取值范围为 10 - 30μA/cm²；对于已服役有一定腐蚀程度的管道，保护电流密度可适当提高。通过保护电流密度乘以管道的表面积，可计算出所需的保护电流。

牺牲阳极用量计算：根据所需的保护电流、阳极的实际电容量、设计保护年限等参数，计算牺牲阳极的用量。阳极实际电容量与阳极材料、制造工艺等因素有关，例如，常用的铝合金牺牲阳极实际电容量约为 2200Ah/kg。计算公式为：阳极用量（kg）= 保护电流（A）× 设计保护年限（h）× 8760（h / 年）÷ 阳极实际电容量（Ah/kg）÷ 阳极利用效率（一般取 0.8 - 0.9） 。

阳极选型与布置设计

阳极选型：综合考虑阳极的电化学性能、价格、加工工艺、环境适应性等因素，选择合适的牺牲阳极材料。常见的牺牲阳极材料有铝合金阳极、锌合金阳极和镁合金阳极。铝合金阳极有较高的电容量和驱动电压，价格适中，适用于海水环境；锌合金阳极工作电位稳定，电流效率高，在海泥等电阻率较低的环境中表现良好；镁合金阳极电位较负，驱动电压大，但电容量相对较低，适用于土壤电阻率较高的环境。根据海底管道的具体环境条件，优先选择铝合金牺牲阳极。

阳极布置：根据管道的长度、管径、运行条件以及计算得到的阳极用量，确定阳极的布置方式。常见的布置方式有单支分散式布置和成组式布置。对于管径较小、长度较短的管道，可采用单支分散式布置，将阳极均匀分布在管道两侧；对于管径较大、长度较长的管道，采用成组式布置，将多个阳极组成阳极组，间隔一定距离安装在管道上。阳极的安装间距一般为 50 - 100m，具体间距需根据计算结果和现场实际情况进行调整，确保管道表面各点的电位都能达到保护要求。

牺牲阳极材料

铝合金牺牲阳极：选用符合国家标准（如 GB/T 4948 - 2002）的高性能铝合金牺牲阳极，其化学成分应满足：铝 95% - 97%、锌 3% - 5%、镁 0.05% - 0.2%、铟 0.01% - 0.05% 等，杂质含量严格控制，以保证阳极的电化学性能稳定。阳极的形状可根据安装需求选择，常见的有镯式阳极（适用于管径较大的管道）、块状阳极（适用于管径较小的管道或海底地形复杂的区域）等。

性能要求：阳极的开路电位应≤ -1.05V（相对于 CSE），工作电位应在 -1.05V - -1.25V（相对于 CSE）之间，电流效率≥85%，实际电容量≥2200Ah/kg 。

辅助材料

连接电缆：选用耐腐蚀、高强度的电缆，如铜芯橡胶绝缘电缆。电缆的截面积应根据计算得到的保护电流大小进行选择，确保电缆能够安全承载保护电流，同时满足机械强度要求。电缆与阳极、管道的连接应采用可靠的焊接或压接方式，并进行防水、防腐处理。

参比电极：采用长效铜 / 饱和硫酸铜参比电极（CSE），用于监测管道的保护电位。参比电极应具有良好的稳定性和耐久性，其电位精度应满足 ±10mV 。安装时，将参比电极固定在管道附近的海底，通过电缆与管道连接，定期测量管道电位，确保保护效果

施工安装

安装前准备

对海底管道进行表面清理，去除油污、铁锈等杂质，确保管道表面清洁，以保证阳极与管道之间的良好电接触。

对牺牲阳极进行外观检查和性能测试，检查阳极表面是否有裂纹、气孔等缺陷，测试阳极的开路电位、工作电位等性能指标，确保阳极质量符合要求。

准备好安装所需的设备和工具，如潜水设备、焊接设备、吊装设备等，并对设备进行调试，确保其正常运行。

阳极安装

单支分散式布置安装：潜水员携带阳极和安装工具，到达预定的安装位置。将阳极通过电缆与海底管道进行焊接或压接连接，确保连接牢固可靠，接触电阻小于 0.01Ω。连接完成后，将阳极固定在海底，可采用混凝土基床或锚固件等方式进行固定，防止阳极在海流作用下移位。

成组式布置安装：首先在岸上将多个阳极组装成阳极组，通过支架或框架将阳极固定在一起，并连接好内部电缆。然后利用吊装设备将阳极组运输到海底管道安装位置，潜水员配合将阳极组与管道进行连接和固定。阳极组与管道的连接方式同样采用焊接或压接，确保电气连接良好。

参比电极安装

将参比电极安装在距离海底管道 0.5 - 1m 的位置，采用混凝土底座或其他固定方式将参比电极固定在海底，确保其稳定。通过电缆将参比电极与管道连接，并在电缆接头处进行防水、防腐处理。

监测与维护

电位监测

定期（每月至少一次）测量海底管道的保护电位，使用便携式电位测量仪，通过参比电极测量管道表面各点的电位，确保管道电位处于保护电位范围内。如果发现管道电位偏离保护电位范围，及时分析原因，采取调整阳极布置、更换阳极等措施进行处理。

在管道沿线设置电位测试桩，方便长期监测管道电位。测试桩应安装在便于测量的位置，并做好标识和记录。

阳极性能监测

定期检查牺牲阳极的消耗情况，通过潜水检查或水下摄像等方式观察阳极的外观形态，测量阳极的剩余尺寸和重量。当阳极的剩余重量小于初始重量的 20% 时，应及时更换阳极，以保证阴极保护效果。

电缆及连接部位检查

定期检查连接电缆是否有破损、断裂等情况，检查电缆与阳极、管道的连接部位是否牢固，是否存在腐蚀现象。如发现电缆破损，应及时进行修复或更换；如连接部位出现腐蚀，应进行清理和重新防腐处理。