犧牲陽極保護與強制電流陰極保護都是針對管道腐蝕的特點所采用的保護措施，本節(jié)首先簡要介紹腐蝕的分類及緩蝕劑，然后重點介紹犧牲陽極保護與強制電流陰極保護的應用。
一、腐蝕的分類
(一)化學腐蝕
化學腐蝕是單純由化學作用引起。金屬直接和周圍介質(zhì)如氧氣、硫化氫、二氧化硫等接觸發(fā)生化學作用，在金屬表面上產(chǎn)生相應的化合物(如氧化物、硫化物)。用金屬材料構(gòu)成的燃氣管道上所出現(xiàn)的化學腐蝕，常常會發(fā)生在管道內(nèi)壁和外壁。
化學腐蝕是全面的腐蝕，在化學腐蝕的作用下，管道內(nèi)壁的厚度是均勻減少的。
(二)電化學腐蝕
燃氣鋼管的管壁與作為電解質(zhì)的土壤或水相接觸，產(chǎn)生電化學反應，使陽極區(qū)的金屬離子不斷電離而受到腐蝕，即為電化學腐蝕。電化學腐蝕既可腐蝕內(nèi)壁，也可以腐蝕外壁。通常埋地鋼管的外壁腐蝕是以電化學腐蝕為主的。
土壤中埋地鋼管受到電化學腐蝕的強弱程度，與土壤的腐蝕性即土壤的電阻率有關(guān)。影響腐蝕速度的因素還有：土壤中的氧氣、土壤中的微生物、土壤的pH值等。
因此鋼制燃氣管道常用的防腐方法包括絕緣層防腐法、電保護法、排流保護法。燃氣鋼管使用的主要防腐層有瀝青防腐層、環(huán)氧煤瀝青防腐層、煤焦油瓷漆
防腐層、環(huán)氧粉末防腐層、聚乙烯防腐膠帶和三層PE防腐層等。燃氣管道防腐絕熱層的施工方法有纏繞濕抹法、綁扎法、纏包法。
(三)雜散電流對鋼管的腐蝕
由于外界各種電氣設(shè)備的漏電與接地，在土壤中形成雜散電流。其中對鋼管腐蝕危害最大的是直流電。泄漏直流電的設(shè)備有電氣化鐵路和有軌電車的鋼軌、直流電焊機、整流器外殼接地和陰極保護站的接地陽極等。雜散電流對鋼管的腐蝕發(fā)生在電流離開鋼管流入土壤處，使管壁腐蝕。雜散電流的腐蝕特點包括：
(1)強度高、危害大。在土壤中的雜散電流腐蝕是電解電池原理，即外來的直流電流或電位差，造成了土壤溶液中金屬腐蝕。土壤中含有的水分能進行離子導電，因而使其具有電解質(zhì)溶液的特征。
(2)范圍廣、隨機性強。雜散電流的作用范圍很大，這與引起雜散電流的外部電流源密切相關(guān)。雜散電源腐蝕的發(fā)生又常常是隨機而變的。無論從電流方向上，還是電流強度上，都是隨外接電力設(shè)施的負載情況、軌道的連接與絕緣狀況、管道的絕緣狀況而變化。
(四)細菌作用引起的腐蝕
根據(jù)對微生物參與腐蝕過程的研究發(fā)現(xiàn)，不同種類細菌的腐蝕行為，其條件也各不相同。例如，在缺氧土壤中存在厭氧的硫酸鹽還原菌，它能將可溶的硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化氫，使土壤中氫離子濃度增加，加速了埋地鋼管的腐蝕過程。硫酸鹽還原菌的活動與土壤的酸堿度(pH值)有關(guān)。pH值在4.5～9'時細菌生長最為適宜，pH值在3.5以下或11.0以上時，細菌的活動完全受到抑止。
(五)大氣腐蝕
大氣腐蝕類型包括干的、潮的、濕的大氣腐蝕。其中干的大氣腐蝕指空氣十分干燥，金屬表面上不存在水膜，金屬的腐蝕屬于常溫氧化。潮的大氣腐蝕是指Rh(相對濕度)<100%,在金屬表面上存在肉眼不可見的薄液膜，隨水膜厚度增加，大氣腐蝕速度迅速增大，是大氣腐蝕中破壞性較強的一種。濕的大氣腐蝕是Rh≈100%,金屬表面上形成肉眼可見的水膜，隨水膜厚度增加，大氣腐蝕速度逐漸減小。金屬表面(液膜)是引起大氣腐蝕的充分必要條件。大氣腐蝕屬于電化學腐蝕。
(六)應力腐蝕與疲勞腐蝕
金屬材料在持續(xù)性應力和腐蝕性介質(zhì)的協(xié)同作用下發(fā)生的腐蝕屬于應力腐蝕。金屬和合金在特定腐蝕介質(zhì)與拉應力的同時作用下產(chǎn)生的破裂，稱為應力腐蝕破裂。一般可將裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展區(qū)分為三個階段：
第一階段：金屬表面生成鈍化膜或保護膜。
第二階段：膜局部破裂，形成蝕孔或裂縫源。
第三階段：裂縫向縱深發(fā)展。
前兩個階段與孔蝕和縫隙腐蝕相同，腐蝕都是在一個對流不通暢、閉塞的微小區(qū)域內(nèi)進行，統(tǒng)稱為閉塞電池腐蝕。在第三階段，由于金屬內(nèi)部存在一條狹窄的活性通路，在拉應力的作用下，活性通路前端的膜反復地、間歇地破裂，腐蝕沿著與拉應力垂直方向的通路前進。在閉塞區(qū)(裂縫尖端)會產(chǎn)生氫，一部分氫可能擴散到尖端金屬內(nèi)部，引起脆化，在拉應力作用下發(fā)生脆性斷裂。吸氫使金屬韌度或延性降低的過程被稱為氫脆。裂縫在腐蝕和脆斷的反復作用下迅速前進。
當鐵基合金所承受的交變應力低于一定數(shù)值時，可經(jīng)過無限周期而不產(chǎn)生疲勞破壞，這個臨界應力值稱為疲勞極限。在周期性應力作用下，在腐蝕環(huán)境中，所有金屬材料在遠低于所能承受的極限抗拉強度的條件下會形成裂紋，發(fā)生疲勞腐蝕。
二、緩蝕劑
緩蝕劑是一些用于腐蝕環(huán)境中，抑制金屬腐蝕的添加劑。緩蝕劑的應用非常廣泛。由于緩蝕劑機理復雜，因此有多種分類方法。
(1)按電化學作用機理劃分有陽極型緩蝕劑、陰極型緩蝕劑、混合型緩蝕劑三種類型。
(2)按緩蝕劑所形成的保護膜特征劃分有氧化膜型緩蝕劑、沉淀膜型緩蝕劑吸附膜緩蝕劑三種類型。
(3)按化學組成劃分有無機緩蝕劑、有機緩蝕劑兩種。
(4)按使用的環(huán)境劃分有氣相緩蝕劑、液相緩蝕劑、固相緩蝕劑。
三、犧牲陽極陰極保護應用
(一)犧牲陽極的敷設(shè)要求
犧牲陽極與管道的距離視防腐層質(zhì)量、埋設(shè)地點土壤性質(zhì)等因素而定，一般為3~6m。犧牲陽極與管道的相對位置分布以使保護電流均勻分布為原則。在相鄰兩組犧牲陽極管段的中間部位應設(shè)置測試樁，以方便管道陰極保護的檢測。犧牲陽極必須埋在凍土層以下。在地下水位低于3m的干燥地帶，犧牲陽極應適當加深埋設(shè)。由于要求管道建設(shè)中在管道埋入地下數(shù)天后，再進行全線自然電位測試，犧牲陽極施工后，應采用輔助試片測試自然電位。
(二)犧牲陽極故障
1.犧牲陽極常見故障及檢測方法
1)犧牲陽極常見故障
(1)陽極輸出電流減小，達不到保護電位。導致這現(xiàn)象的主要原因有：陽極大部分已消耗掉，可能需要更換；陽極/陰極的連續(xù)斷開；陽極/導線接頭斷開；陰極/導線接頭斷開；陽極周圍土壤干燥；環(huán)境污染對陽極性能的影響。
(2)陽極輸出電流增大，但被保護管道電位難以極化。導致這現(xiàn)象的原因主要有：被保護管道所需電流過大，陽極輸出的電流遠小于所需電流；被保護管道與相鄰金屬構(gòu)筑物有電連接；環(huán)境改變引起迅速去極化或者水的含氧量增大；絕緣裝置失效；防腐層老化或破損。
2)犧牲陽極故障檢測方法
(1)連接導線：用砂紙打磨測試樁接線柱；用導線將各部分接好；接入導線的總長度不大于1m。
(2)將參比電極放在管道頂部上方1m范圍的地表潮濕土壤上，應保證參比電極與土壤接觸良好。
(3)接入萬用表：萬用表與便攜式銅/飽和硫酸銅參比電極接線柱、測試樁相連接。
(4)測量電壓：接通電路，將電壓表調(diào)至適合的量程上，讀取數(shù)據(jù)，做好記錄，注明該電位值的名稱。
(5)記錄電壓表讀數(shù)，計算犧牲陽極電位值。
2.犧牲陽極其他故障
陽極體腐蝕不嚴重，但陽極已不能工作，可能是陽極成分不合理，在工作環(huán)境中造成鈍化所致，影響因素有溫度、含鹽類型等。陽極體局部腐蝕嚴重，造成陽極體斷裂，可能是陽極合金化不均勻，造成局部腐蝕。未達設(shè)計壽命，陽極失效，可能是陽極雜質(zhì)含量高，陽極效率降低。陽極埋入地下后，開路電位正常，而無電流輸出，這主要是陽極填包料干燥所致，可以通過測量陽極接地電阻判斷。在交流電干擾狀態(tài)下，有時陽極會發(fā)生極性逆轉(zhuǎn)，管理上應嚴格監(jiān)控(如布交流干擾)。
(三)制作硫酸銅參比電極
(1)用清水清洗玻璃燒杯等器具，再用蒸餾水沖洗。
(2)配置溶液：往盛有蒸餾水的干凈燒杯中加入硫酸銅晶體并用玻璃棒攪拌，配制成飽和硫酸銅溶液。
(3)準備參比電極：檢查接線、滲透膜、密封件是否完好；用砂紙打磨銅棒至露出金屬光澤。
(4)組裝電極：將配好的溶液加入電極體內(nèi)，再加少許硫酸銅晶體，確保其飽和度；將參比電極組裝完好。
(5)比較測試：在水池或方盤中加水，取組裝后的參比電極與性能良好的參比電極放置其中，用萬用表測兩電極的相對電位，不大于5mV為合格。
四、強制電流陰極保護應用
(一)強制電流陰極保護系統(tǒng)組成
根據(jù)陰極保護原理，用直流電源直接向被保護金屬通以陰極電流，使之陰極極化以達到陰極保護的目的，這一方法稱為強制電流法。強制電流保護的設(shè)備與附屬裝置包括直流電源、輔助陽極、絕緣法蘭、測試樁、檢查片、參比電極。
(二)強制電流陰極保護的特點
強制電流法有以下特點：
(1)工程越大，投資比重越小，因此對于太小的工程使用強制電流法在經(jīng)濟上是不合算的。
(2)輔助陽極壽命長，設(shè)計合理，一般可達20年以上。
(3)直流電源的輸出電壓、電流連續(xù)可調(diào)，保護范圍大。
(4)適應外界環(huán)境的電阻率范圍廣，可不受土壤電阻率的限制。
強制電流法的不足之處是電源設(shè)備需要維護，管理工作量較大，對鄰近的構(gòu)筑物干擾影響大，需要外部電源等。
(三)管道陰極保護參數(shù)測試
1.地表參比法
地表參比法主要用于管道自然電位、犧牲陽極開路電位、管道保護電位等參數(shù)的測試。測試時，將參比電極放在管道頂部上方1m范圍的地表土壤上，保證參比電極與土壤接觸良好。
2.近參比法
近參比法一般用于防腐層質(zhì)量較差的管道保護電位和犧牲陽極閉路電位的測試。在管道(或犧牲陽極)上方，距測試點1m左右挖一個安放參比電極的探坑，將參比電極置于距管壁(或犧牲陽極)3～5cm的土壤上進行測量和記錄。
3.遠參比法
遠參比法主要用于強制電流陰極保護受輔助陽極電場影響的管段、犧牲陽極埋設(shè)點附近的管段。測試時將參比電極朝遠離地表電場源的方向逐次移動10cm,用萬用表依次測試管地電位。當相鄰兩個安放點測試管地電位相差小于5mV時，參比電極不再往遠方移動，取最遠處的管地電位為該測試點的管道對遠方大地的電位值。