4.2 阴极保护所需电流
阴极保护设计的第一步是计算所需要的电流量。对于新建结构，可以参考类似地区已建结构电流来计算新建结构的电流大小，如果结构已经建成，可以采取馈电试验的方式实际测量达到保护电位所需要的电流值。电流密度是指保护单位面积所需要的电流的大小，单位为mA/m2。阴极保护电流需求量主要取决于环境中的氧含量，在透气性良好且含有水分的土壤中，阴极保护电流需求量大。在无氧的环境中，任何金属的保护电流密度基本都是一样的。根据多年的实际经验，已经总结出不同环境下阴极保护电流密度的大小，可在设计中根据实际条件进行选用。
4.2.1 各种设计规范中的电流推荐值
美国军队文献推荐保护电流密度见表4-1、表4-2。
表4-1 裸金属保护电流密度
表4-2 涂覆金属阴极保护电流密度
石油行业标准SY/T 0036—2000推荐保护电流密度见表4-3。
表4-3 防腐层管道阴极保护电流密度（一）
国际标准ISO 15589-1：2003推荐保护电流密度见表4-4～表4-7。
表4-4 防腐层管道阴极保护电流密度（二）
注：使用该电流密度时，环境温度低于30℃。温度每提高10℃，电流密度增大25%。
表4-5 裸管保护电流密度
表4-6 防腐层破损率 单位：%
表4-7 防腐层管道保护电流密度 单位：mA/m2
壳牌石油公司阴极保护推荐电流密度[2]见表4-8。
表4-8 裸管保护电流密度
经验表明，对于石油沥青防腐层，电流密度取0.03mA/m2，目前普遍采用的3层PE管道防腐层，新建管道设计电流密度取0.01mA/m2是合适的。上述美国军队文献电流密度以及ISO 15589推荐的电流密度值对于城镇管网可能适用，但对于长输管道，过于保守，造成大量材料浪费。设计时，可以用0.3V除以管道接地电阻（防腐层电阻率除以管道表面积）来获得阴极保护总电流大小；也可以假设防腐层的破损率，一般在0.1%～0.5%之间，然后，再根据土壤电阻率选择一个合适的裸钢板电流密度，计算出总的保护电流。无论怎样，对当地类似结构进行调查，所得出的电流密度值最接近实际情况。
4.2.2 保护电流实地测量[3]
对于已经建成的结构，如管道或储罐，最实际的方式是实地测量阴极保护所需电流大小。测量设备由电源、可调电阻、万用表、参比电极、连接导线等组成。电源可以采用车用蓄电池或输出电压可调的整流器。测量时，可以将一支铁管埋入地下（最好在预计阳极地床位置），将蓄电池正极接到铁管上，负极连接到管道上。将电流表和可调电阻（1～100Ω）串联在电路中。逐渐缩小电阻值，直到通电点电位达到-1.50V（CSE）左右，然后，沿管道测试桩测量管道沿线电位，确定该通电点能够保护的管道距离。当管地电位降低到-0.85V（CSE）时，可以认为到达了保护范围的边缘。根据此时的保护距离，输出电压、电流计算阴极保护站数量及设备。对于防腐层良好的管道，几分钟内就可以达到基本稳定的通电电位，此时，可以测量管道的瞬时断电电位。需要注意的是，管道的实际断电电位可能更负一些。对于防腐层差或者裸露结构，由于极化慢，极化电位困难，在这种情况下，可以采用电位偏移300mV的原则进行计算。即在结构极化发生前，测量通电瞬间结构对地电位的偏移量，然后用电位偏移300mV的指标进行计算，获得结构达到300mV对地电位所需要的电流。处于土壤电阻率15.0Ω·m环境中的裸铁，实测保护电流密度约20mA/m2。
如果输出设施输出的电流小，不能使通电点电位达到汇流点的正常电位，可以按输入电流和电位差来计算实际需要的保护电流。如管道的自然电位（CSE）为-0.60V，输入0.5A电流后，电位偏移到-0.80V（断电电位，CSE），电位偏移量为0.2V。若希望电位达到-0.85V（CSE），电位偏移量为0.25V。达到-0.85V（CSE）断电电位所需的电流
，I=0.625A。用同样的比例关系，可以计算达到100mV电位偏移电位指标所需的电流。应保证管道末端达到该电位并以此确定管道的保护范围。
在进行馈电试验时，如果预计的是采用牺牲阳极阴极保护，可以将接地极靠近管道安装，但测量保护电位时，参比电极要离开接地极5.0m左右；限制因素是牺牲阳极的输出电流，因此，馈电试验时，将电流调高到牺牲阳极可能的最大输出的电流，测量保护距离。如果预计采用外加电流阴极保护，接地极要埋设在预计阳极的位置，此时，限制因素是通电点电位，可以调节输出电流，使通电点位置达到最高电位，然后检测保护距离。馈电试验示意如图4-1所示，所用设施见图4-2。
图4-1 馈电试验示意图
图4-2 馈电试验设施
对于定向钻穿越管段，管道防腐层经常受到损坏，可以通过馈电试验，验证以后阴极保护是否能够投产。试验时，在一侧通电，测量另一侧是否能够达到保护电位。
通电侧通电电位一般限定在-1.30V（CSE）左右，通电电流限制在100mA以下，实际测量穿越段两侧的通断电电位。如果断电电位能够达到阴极保护要求，说明日后阴极保护投产后，阴极保护一般是有效的，即便外加电流系统不能提供有效的保护，也可以通过在两侧安装牺牲阳极来达到保护。如果穿越段防腐层损坏非常严重，在两侧安装牺牲阳极也无法提供有效保护，此时，可以考虑将牺牲阳极沿穿越段铺设，对于河流穿越，可以将牺牲阳极，如将镁带或镁阳极埋设在管道穿越段河床中。也可以在管道一侧10m左右用定向钻打一条导向孔，将几条镁带铺设在导向孔中，通过电缆在出土端或入土端与管道连接。
4.2.3 被保护结构面积计算
被保护结构的保护面积可以根据其尺寸、形状，利用简单的几何公式计算出来，总保护电流为保护面积乘以电流密度。如果已知防腐层的电阻率，可以用电阻率除以结构面积获得结构对地电阻，再用0.30V除以该电阻值得到总保护电流。如果是从规范中查到的防腐层电阻率（一般是指在1000Ω·m条件下的电阻率），要根据实际土壤电阻率进行修正。不过，NACE TM010202夸大了土壤电阻率对涂层电阻率的影响，规范有待修订。