腐蚀是一种自然现象。在自然界，绝大多数金属以稳定的低能级化合物状态存在，人们需要消耗大量的煤、电等能源才能得到高能级状态的钢铁。根据热力学第二定律，物质总是寻求向低能级状态变化，因此，冶金得到的大多数金属处于热力学不稳定状态，具有自发向低能级状态金属氧化物转化的倾向。油气输送管道采用强度高、韧性高、焊接性好的管线钢建造而成，其80%～90%长度埋于地下，如果管道金属与周围环境介质发生化学或电化学反应，就会导致腐蚀破坏，使管道强度下降，服役寿命缩短，一旦发生油气泄漏，还会引发严重火灾爆炸事故。根据油气输送管道事故统计结果，腐蚀已成为管道事故主要致因之一，因而需要采取有效的防腐蚀措施。

据统计，埋地金属管道绝大多数腐蚀属于电化学腐蚀，而发生电化学反应的前提是构成腐蚀原电池。腐蚀原电池实质是一个短路的原电池。人们日常生活中使用的干电池就是一种原电池，其由中心的碳棒（正极）、锌片外壳（负极）以及糊状电解质（如NH₄C_l）填充物组成。当用接有灯泡的导线连接干电池正负极时，灯泡就会发光。此时，锌皮发生氧化反应，失去电子，称为阳极极化；碳棒发生还原反应，消耗电子，称为阴极极化。因锌和碳之间存在电势差，导线又为电子提供了通道，电子不断转移就在外电路形成电流而使灯泡发光。

管道埋于地下，沿线不同位置因土壤中含水量、含氧量、含盐量等条件差异，形成不同浓度的电解质溶液，又因管道金属作为良导体提供了导电线路，使管道金属显示出电效应，呈现不同的电极电位。电极电位较负的位置为阳极，反之为阴极，由此构成腐蚀原电池而持续发生电化学腐蚀，造成管壁减薄或穿孔。此外，当管道沿线土壤环境中存在微生物（如硫酸盐还原菌、铁杆菌），或靠近输电线路、电气化铁路等设施存在杂散电流干扰时，管道金属电化学反应过程会加速，导致腐蚀速率显著上升，使用寿命大大缩短。

管道防腐通常有两种方法：①在金属管道外壁涂覆绝缘性能良好的防腐层，隔绝电解质溶液；②为腐蚀原电池补充大量电子，使金属管道整体趋于电子过剩状态而发生阴极极化，即阴极保护。

防腐层是最早采用并沿用至今的防腐措施。在中世纪末，已经采用涂刷熔化的沥青或木焦油为锻铁管和铸铁管防腐。20世纪50年代，埋地金属管道外壁防腐层主要以石油沥青和煤焦油沥青（瓷漆）为材料，在预制厂预制或野外手工涂敷。沥青类防腐层包括石油沥青防腐层、煤焦油瓷漆防腐层、环氧煤沥青防腐层，经过多次性能改良和工艺优化，已应用近40年。随着高分子材料的发展和施工工艺的进步，沥青类防腐层逐渐被合成树脂类防腐层所取代。合成树脂类防腐层主要有聚烯烃胶粘带、环氧粉末（FBE）及聚乙烯复合结构防腐层等，在外观、力学性能、吸水率、电绝缘性、化学稳定性等方面较沥青类防腐层有了较大提高。1995年，中国在陕京一线输气管道首次采用三层聚乙烯防腐层（简称3层PE）。3层PE防腐层结合了FBE和PE的优点，使防腐层性能更加完善并耐用，施工效率和总体经济性得到较大提升。3层PE防腐层在中国及欧洲地区埋地金属管道防腐方面逐渐占据主导地位。

阴极保护技术理论开创于1824年，法拉第、爱迪生等人对此都开展了理论和实验研究，直到1928年，被称为“阴极保护之父”的库恩（Rohen J.Kuhn）在美国新奥尔良一条长距离输气管道上成功应用阴极保护技术。时至今日，阴极保护技术已在能源、船舶、桥梁、电力、建筑等行业广泛应用。中国油气输送管道阴极保护应用始于1958年，由最初的小规模试验发展至现在强制化、标准化全面应用。阴极保护系统结构并不复杂，其作用就是为埋地金属管道持续提供所需要的阴极保护电流，而理论和工程实践经验表明，在阴极极化作用下使管道金属电极电位达到-850mV（相对硫酸铜参比电极）就可以有效减缓或抑制腐蚀。这一准则自1929年提出沿用至今，并随着研究的深入和工程经验的积累，阴极保护准则被进一步细化而更加科学严谨。

现代油气输送管道防腐系统普遍采用防腐层和阴极保护联合方式，这是一种科学而经济的方式。对于成千上万千米管道，其表面积是非常巨大的，防腐层为其构筑第一道防腐保护屏障。然而，并没有“完美无缺”的防腐层，施工过程的外力破坏，运行过程的自然老化，局部位置防腐层不可避免出现不同程度的破损，此时阴极保护系统就起到“查漏补缺”的作用，构筑第二道防腐保护屏障，持续为管道提供有效保护。

中国油气输送管道腐蚀与防护系统已建立完善的设计、建设、运行维护技术和标准体系，总体达到国际先进水平，在阴极保护技术、杂散电流干扰防护技术领域达到国际领先水平。2010年以来，中国率先开展智能化阴极保护系统研发和应用，实现了系统智能识别和调控，已在中国油气输送管道广泛应用，规模居世界之首。此外，在应对高压、特高压交直流输电系统造成的大范围、高强度杂散电流干扰危害方面，积累了丰富经验，形成了多项研究成果，并纳入国际标准中。同时，建成了覆盖全国的油气输送管道地磁暴、潮汐干扰监测平台，揭示了来自地球电磁环境变化作用下管道金属腐蚀规律及特征，实现地电流干扰特征识别与实时监控，填补了国际上在此领域研究的空白。未来，随着数字化、智能化战略的推进，管道腐蚀与防护技术水平和系统防护能力将迎来跨越式发展，由单一腐蚀形态的防护向多形态、系统化防护模式推进，逐步形成多点融合、覆盖全网的腐蚀智能识别、风险评价、科学管控体系，进一步提升管道腐蚀与防护系统服役效能。