【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 可以得出電場(chǎng)強(qiáng)度，如果知道土壤電導(dǎo)率，就可以計(jì)算出電流密度。由雜散電流引起的腐蝕速率可以通過(guò)法拉第定律計(jì)算如下： K=10Ai/nF (217)其中：A———原子量；n———腐蝕電化學(xué)反應(yīng)的電子得失數(shù)；i———腐蝕電流密度，A/m；F———法拉第常數(shù)。翁永基等人的研究用鋼制電極測(cè)量土壤中雜散電流形成的電位梯度的可行性。設(shè)計(jì)了室內(nèi)模擬裝置:在水池內(nèi)放置排列的鋼電極和可控制干擾電場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)研究干擾電場(chǎng)方向、強(qiáng)度和鋼電極間距等對(duì)測(cè)量電位梯度的影響。此外,還驗(yàn)證了電位梯度計(jì)算公式J=(dE/dy)/,并討論鋼電極電位波動(dòng)造成誤差的影響。在現(xiàn)場(chǎng)用排列鋼電極方法檢測(cè)土壤電位梯度,并根據(jù)測(cè)到的電位梯度計(jì)算出土壤中流動(dòng)的電流密度?！?最低檢測(cè)電流密度為10μA/m,測(cè)量誤差不超過(guò)5%,滿(mǎn)足一般工程分析要求。地鐵走行軌雜散電流的存在，會(huì)對(duì)埋在地下的金屬產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕作用?？衫玫罔F雜散電流模擬實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)改變電路的結(jié)構(gòu)與電源正極在電路中的接入點(diǎn)，模擬普通走行軌、交叉點(diǎn)、分叉點(diǎn)和列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的雜散電流，進(jìn)而分析在不同地質(zhì)條件下雜散電流對(duì)金屬的腐蝕情況。通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模擬裝置中的工作電流的變化，研究雜散電流的大小和分布規(guī)律，為在城市軌道交通的設(shè)計(jì)、施工和舊線改造過(guò)程中削弱或減小雜散電流，提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。另外張新國(guó)等人采用電位差計(jì)和雜散電流測(cè)量?jī)x研究了新疆油田電焊動(dòng)火過(guò)程中管道及周?chē)寥乐械碾s散電流分布規(guī)律。結(jié)果表明，管道中的雜散電流并不穩(wěn)定，其變化范圍很大，最大值與最小值相差幾十倍；管中雜散電流隨著離電焊點(diǎn)距離的增大逐漸減小，隨著電焊機(jī)臺(tái)數(shù)的增加逐漸增大，隨著管道管徑的增大，逐漸增大；同時(shí)在焊接過(guò)程中，土壤中的電位梯度相應(yīng)增大，并隨著離管道距離的增大逐漸減小。 地磁引起的電流的影響CP的目的是使管線的電位保持在850mV（相對(duì)于土壤）。不需要電位達(dá)到太負(fù)，因?yàn)槟菢右矔?huì)引起有害的化學(xué)反應(yīng)。然而與地磁引起的電流（GIC）有聯(lián)系的管/地電位很容易超過(guò)CP電位，而因此使保護(hù)失效。GIC的基本物理原理非常簡(jiǎn)單，磁場(chǎng)的瞬間變化產(chǎn)生了電場(chǎng)。因此，地磁擾動(dòng)經(jīng)常伴隨著地電場(chǎng)。在工藝系統(tǒng)中GIC是復(fù)雜的空間氣象鏈的地面終點(diǎn)而且未可全知。所以，GIC的理論模型是一個(gè)非常艱巨的工作。埋地油氣運(yùn)輸管線可能很容易遭受GIC的腐蝕，GIC是系統(tǒng)問(wèn)題的可能來(lái)源。在能源網(wǎng)中，GIC引起了變壓器的磁性飽和，甚至可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的失敗及變壓器的毀壞。此外，在有磁干擾期間的管/地電位控制測(cè)量結(jié)果可能是完全不可靠的。關(guān)于GIC的第一個(gè)理論預(yù)測(cè)是Pirjola和Lehtinen用離散土壤網(wǎng)格矩陣體系進(jìn)行的。假設(shè)絕緣防護(hù)層是理想的且電導(dǎo)率為0，且唯一的接地存在于陰極保護(hù)站。這個(gè)估測(cè)不是太好，因?yàn)楣茏拥谋砻娣e很大使得管線連續(xù)接地，然而涂層材料的電阻率非常小。此外，因?yàn)殡娏髦荒苓M(jìn)入地面（在另一個(gè)地方從地面返回到管線中），陰極保護(hù)站的接地也不良好。所以該方法的誤差很大。在DSTL理論中，管線被認(rèn)為運(yùn)輸管線包含串聯(lián)阻抗Z和平行公差Y，Z由管線鋼的性質(zhì)決定，Y與涂層的電阻率有聯(lián)系。影響管線的地電場(chǎng)組成了散布源。一個(gè)重要的參數(shù)（校正長(zhǎng)度）是擴(kuò)展常數(shù)的倒數(shù)，=。真實(shí)管線的校正長(zhǎng)度的典型值為數(shù)十幾千米。Neste Oy公司的管/地電位測(cè)量實(shí)驗(yàn)表明GIC是季節(jié)性的，電壓波動(dòng)是因?yàn)橹绷麟娏麒F軌產(chǎn)生的影響。為了避免GIC問(wèn)題，需要一個(gè)更徹底易理解的可靠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。為了保持對(duì)有涂層及高的泄漏阻力而且位于靠近磁極的范圍內(nèi)而因此遭受大地電流腐蝕的長(zhǎng)輸管道有效的腐蝕控制，應(yīng)該采取以下措施:(1)保持良好的電氣連接貫穿于整個(gè)系統(tǒng)；(2)用帶有陰極保護(hù)系統(tǒng)的集成緩蝕設(shè)備減少大地電壓正向和負(fù)向的波動(dòng)；(3)安裝試驗(yàn)站設(shè)備及金屬掛片用來(lái)測(cè)量管/地電位；(4)用與時(shí)間同步的數(shù)據(jù)記錄儀和應(yīng)用腐蝕因素去得到精確的近間距的管/地?cái)?shù)據(jù)。在某種程度上，GIC被看作是一個(gè)外來(lái)電流腐蝕問(wèn)題的一個(gè)新挑戰(zhàn)。未來(lái)的研究中，目標(biāo)是得到二維等價(jià)電離層電流系統(tǒng)作為時(shí)間的一個(gè)函數(shù)的一個(gè)完整的描述。18常用保護(hù)方法第3章 常用防護(hù)方法對(duì)于輸送管線外壁來(lái)說(shuō)，由于埋入地下的金屬管壁經(jīng)常受到土壤中大氣、水質(zhì)和酸堿鹽介質(zhì)的電化學(xué)腐蝕作用，極易腐蝕而報(bào)廢，所以管道外壁應(yīng)根據(jù)不同的環(huán)境特點(diǎn)，因地制宜地采用不同的保護(hù)方案。同時(shí)由于口徑越大的管線對(duì)外防腐層結(jié)構(gòu)性能要求越高，所以在防腐層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要加以特殊考慮。對(duì)一些特殊地段還要進(jìn)行有針對(duì)性的處理，如在平原地帶可優(yōu)先選用環(huán)氧粉末涂層；在土壤電阻率高的山區(qū)石方段可采用近年開(kāi)發(fā)的新型輔助陽(yáng)極進(jìn)行保護(hù)，并適當(dāng)減少陰極保護(hù)站的間距，使電流分布均勻。鑒于地下金屬管道短期內(nèi)的嚴(yán)重銹蝕，國(guó)內(nèi)在管道腐蝕控制方面作了大量工作，并將新建設(shè)埋地長(zhǎng)輸管道防腐蝕保護(hù)作為管道設(shè)計(jì)必不可少的內(nèi)容列入標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。針對(duì)發(fā)生腐蝕的原因，采取有效的措施，可以有效地減少腐蝕發(fā)生的幾率，降低腐蝕的程度。Krause證明通過(guò)使用防護(hù)層、陰極保護(hù)和選擇合適的管材或腐蝕抑制劑可以使腐蝕率得到控制。安裝一套有效的保護(hù)系統(tǒng)必須非常經(jīng)濟(jì)，所花費(fèi)最多只能占管線整個(gè)工程耗費(fèi)的1%。目前，國(guó)內(nèi)采用的管道防護(hù)方法主要有： 涂層保護(hù)涂層保護(hù)是在金屬表面覆以防腐絕緣層，是管道防腐最基本的也是必須采取的措施。管道涂上防腐材料后，經(jīng)過(guò)固化而形成油漆膜，能夠牢固結(jié)合在金屬表面上，使金屬表面同外界嚴(yán)密隔絕，阻止金屬與外界物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，從而防止了金屬腐蝕。目前，國(guó)內(nèi)外用于埋地管道的外防腐層主要有六種，即：石油瀝青、聚乙烯膠帶、聚乙烯夾克、熔結(jié)環(huán)氧粉末、煤焦油瓷漆、環(huán)氧煤瀝青。這六種防腐層在我國(guó)已有相應(yīng)的國(guó)標(biāo)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其性能對(duì)比如下表。表31 防腐涂層性能對(duì)比石油瀝青防腐層聚乙烯膠帶聚乙烯夾克層熔結(jié)環(huán)氧粉末層煤焦油瓷漆層環(huán)氧煤瀝青層電絕緣性能差優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)中化學(xué)穩(wěn)定性差優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)機(jī)械性能差差優(yōu)優(yōu)中中抗陰極剝離差中良優(yōu)優(yōu)良抗微生物侵蝕差優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)施工及修補(bǔ)難易難難難中對(duì)生態(tài)環(huán)境劣優(yōu)優(yōu)優(yōu)劣良?jí)勖讨芯镁镁弥薪?jīng)濟(jì)成本中中高高中中早期，我國(guó)的長(zhǎng)距離油氣管道的防腐層無(wú)一例外的都采用了石油瀝青加玻璃布結(jié)構(gòu)。從近幾年運(yùn)行情況看，效果良好，但是由于環(huán)境保護(hù)的限制，石油瀝青防腐層在北美和歐洲已被淘汰。80年代開(kāi)始試用了多種涂層，同時(shí)對(duì)涂敷工藝也作了相應(yīng)研究和開(kāi)發(fā)。但到目前為止，從我國(guó)各大油氣田集輸管道、城市市政管道建設(shè)和長(zhǎng)輸管道建設(shè)來(lái)看，外防腐層仍以石油瀝青為主；煤焦油瓷漆自90年代起在西部長(zhǎng)輸管道建設(shè)中得到大規(guī)模的使用；PE膠帶曾在克獨(dú)輸油管線和四川天然氣管道上得到一定規(guī)模的應(yīng)用，并作為異型管件的外防護(hù)層；擠出PE涂層主要用于油田集輸管道和保溫管線的外防護(hù)層；而FBE涂層由于價(jià)格因素早期只在某些工程的穿、跨越地段部分采用，但在近年的大型管道建設(shè)中已開(kāi)始得到普遍應(yīng)用，隨著產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化和涂敷工藝的日漸成熟，其使用將有增長(zhǎng)的趨勢(shì)；近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)在重大管道建設(shè)中主要選用了三層聚乙烯和熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層。、防腐層老化埋地輸油管道服役一定年限后，防腐層逐漸趨于老化，與鋼管的粘接性、柔韌性、電絕緣性等性能指標(biāo)逐漸下降。其主要原因有，防腐層與氧化性介質(zhì)接觸時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)；埋地管道的防腐層長(zhǎng)期處于潮濕的環(huán)境中，其大分子降解時(shí)發(fā)生水解反應(yīng)；高分子材料在較高的溫度下易斷鏈，致使加熱輸送的管道在距熱泵站出口處較近地段的防腐層老化速度加快。b、陰極剝離陰極保護(hù)在防止鋼管電化學(xué)腐蝕方面效果顯著，但也會(huì)給管道帶來(lái)負(fù)面影響。管道在陰極反應(yīng)中析出氫氣，而氫氣產(chǎn)生的壓力可導(dǎo)致防腐層與鋼管表面的剝離(即陰極剝離)。在正常的陰極保護(hù)電位下(～)，管道陰極表面總會(huì)有氫氣析出，其析氫量隨周?chē)寥赖臐穸?、pH值、保護(hù)電位、覆蓋層質(zhì)量等不同而有所不同。在正常的陰極保護(hù)電位下處于中性介質(zhì)中的管道防腐層，其缺陷處有明顯的析氫反應(yīng)發(fā)生，而在防腐層完好的部位則未發(fā)生析氫現(xiàn)象。陰極剝離現(xiàn)象不僅在管道缺陷處出現(xiàn)，而且在距離管道缺陷處較遠(yuǎn)的部位也會(huì)出現(xiàn)。c、防腐層施工質(zhì)量及性能管道防腐層的施工質(zhì)量對(duì)其耐剝離的性能有很大影響，尤其是在涂敷前鋼管的表面處理工序，若達(dá)不到有關(guān)規(guī)范所要求的等級(jí)，將引起管道防腐層剝離。目前防腐廠預(yù)制的防腐管質(zhì)量一般都符合要求，而現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口的質(zhì)量卻不易保證，致使覆蓋層與鋼管表面粘接不良而引發(fā)腐蝕穿孔事故。防腐層與鋼管表面的粘接不良也可引起管道腐蝕。由于鋼管本身屬極性材料，相對(duì)于一些非極性的涂料(如合成樹(shù)脂類(lèi))，其表面的潤(rùn)濕能力弱，與鋼管表面的粘接力較差，因此更易導(dǎo)致防腐層的剝離。、對(duì)陰極保護(hù)電流的屏蔽作用管道防腐層與鋼管表面剝離后，保護(hù)電流到達(dá)被保護(hù)金屬表面的數(shù)量減少，即陰極保護(hù)電流受到屏蔽。這種屏蔽現(xiàn)象的出現(xiàn)使防腐層剝離處的鋼管得不到應(yīng)有的保護(hù)，水和腐蝕性介質(zhì)由外部土壤通過(guò)防腐層的缺陷或固有的微孔滲入，造成鋼管表面腐蝕。即使在干燥季節(jié)，因剝離的防腐層阻止了土壤濕潤(rùn)時(shí)滲入鋼管表面水分的蒸發(fā)，而干燥的土壤高電阻率也對(duì)陰極保護(hù)電流有一定屏蔽作用，使該區(qū)域的管段處于嚴(yán)重的腐蝕環(huán)境中。隨著腐蝕產(chǎn)物的生成，又迫使防腐層與管體進(jìn)一步剝離，形成較大面積的腐蝕環(huán)境，最終導(dǎo)致管道減薄穿孔。b、管道的應(yīng)力腐蝕埋地鋼質(zhì)管道失效涂層下SCC已成為影響高壓管道安全運(yùn)行的因素之一。應(yīng)力腐蝕是指因外加應(yīng)力或殘余應(yīng)力與腐蝕聯(lián)合作用導(dǎo)致的材料破壞。處于陰極保護(hù)狀態(tài)下的埋地管道，在防腐層剝離部位由應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂引發(fā)的事故是埋地管道的主要破壞形式之一。應(yīng)力腐蝕危害的嚴(yán)重性還表現(xiàn)在，即使在遠(yuǎn)低于管材屈服極限的應(yīng)力條件或腐蝕性較弱的環(huán)境下，并且沒(méi)有減薄或變形先兆的情況下也會(huì)突然斷裂而造成嚴(yán)重事故。根據(jù)環(huán)境pH值的不同,埋地管道應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂SCC可分為高pH值和近中性SCC。有關(guān)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，陰極反應(yīng)過(guò)程會(huì)引起堿性物質(zhì)在管道外表面聚積(這類(lèi)物質(zhì)由NaOH、NaCO/NaHCO溶液和含溶解氧的水組成)，滲入鋼管表面后，易引發(fā)堿性破裂(簡(jiǎn)稱(chēng)堿脆)。而來(lái)自空氣、水或腐爛植物所生成的CO溶于水后，產(chǎn)生的氫離子以及在陰極保護(hù)過(guò)程中鋼管表面的析氫反應(yīng)，易引起管道應(yīng)力開(kāi)裂。即水化的氫離子在陰極電位的作用下通過(guò)遷移到達(dá)鋼管表面，氫離子獲得電位后變?yōu)闅湓?，部分氫原子進(jìn)入金屬晶格而形成氫分子，所積累的氫氣壓力引起氫致裂紋，致使管道在應(yīng)力的作用下形成開(kāi)裂。另外氧對(duì)埋地管線鋼的SCC作用需進(jìn)一步研究。目前的文獻(xiàn)指出SCC的傾向隨氧的參與而降低。Delanty和OBeirne引證加拿大的研究指出：在缺氧時(shí)，SCC更易發(fā)生。因此在氧進(jìn)入受限制的地方，可觀察到裂紋。假定氫引起SCC，則SCC敏感性降低是可以理解的。在某種程度上，氧的還原阻止了氫的析出。Barth分析了陰極電位下NaCl溶液中強(qiáng)度較高的管線鋼的SCC，并指出若溶液中的氧濃度足夠高，通常在CP下，氧去極化的極限電流密度超過(guò)總的陰極電流密度中氫的析出（H+H）部分。其陰極反應(yīng)為：O+4H+4e=2HO (31)這一反應(yīng)極大限制了吸附氫的析出量，從而減緩了SCC。Hirth引用數(shù)據(jù)指出氧抑制了氫氣氛中的開(kāi)裂過(guò)程，裂尖氫的優(yōu)先吸附及進(jìn)入受阻是這一效應(yīng)產(chǎn)生的根源。、選取合適的防腐層。①除了以上提到的防腐層類(lèi)型，上海慧友防腐蝕技術(shù)工程有限公司開(kāi)發(fā)出輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮材料。輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮材料以聚乙烯樹(shù)脂為主要原料，經(jīng)熱熔延壓成型制成板帶型材，用高能量射線輻照使其高分子鏈段發(fā)生交聯(lián)，再經(jīng)拉伸等工序制成。具有良好的耐腐蝕性能、力學(xué)強(qiáng)度、抗沖擊性能、電絕緣性及加熱收縮恢復(fù)至拉伸前尺寸的特殊“記憶”功能。將其包覆于鋼鐵等金屬管道外壁表面，縱向搭接縫采用自身熔融施壓粘合，環(huán)向搭接縫采用專(zhuān)用粘接劑粘結(jié)，在加熱的條件下，搭接成管道形狀的輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮材料則顯示“記憶”功能，型材的周向長(zhǎng)度將發(fā)生50%以上的顯著收縮，將輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮型材緊密地包覆在金屬管道的外壁，與此同時(shí)，環(huán)向搭接縫內(nèi)的專(zhuān)用粘接劑則充分地熔融于搭接的型材中，從而達(dá)到阻隔侵蝕性介質(zhì)對(duì)金屬管道外壁表面腐蝕的目的。另外通過(guò)調(diào)研及專(zhuān)家論證，認(rèn)為埋地鋼質(zhì)管道橡膠硫化外防腐技術(shù)可以替代現(xiàn)有瀝青防腐，可彌補(bǔ)螺紋聚乙烯膠帶防腐性能的不足。再生橡膠片是由粉碎成膠粉的硫化橡膠制品在高溫高壓下脫硫再生制得的。由于在高溫高壓下膠粉的部分交聯(lián)鍵被破壞，使得再生橡膠片部分或全部喪失了彈性，所以在將再生膠片（生膠片）包裹于鋼管外表面后，需要重新對(duì)其硫化（通過(guò)在硫化罐內(nèi)用過(guò)熱蒸汽加壓升溫進(jìn)行），以恢復(fù)橡膠防腐層的彈性，滿(mǎn)足防腐要求。試驗(yàn)表明，橡膠硫化防腐層電絕緣性能優(yōu)于石油瀝青防腐層，特別是能夠耐鹽水（10%NaCl溶液）浸泡，成本低于泡沫黃夾克防腐層?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用質(zhì)量可靠，符合環(huán)保要求。硫化橡膠防腐層作為鋼質(zhì)管道的外防腐層也存在著一定的缺點(diǎn)和不足。這主要表現(xiàn)在防腐層的質(zhì)地比較柔軟，經(jīng)防腐后的成品管在運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中易損傷外防腐層，且現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口較麻煩。這些問(wèn)題還有待于在今后的生產(chǎn)應(yīng)用中進(jìn)一步解決。另外Y. Chen，%NaCl溶液中不同pH值情況下聚苯胺/環(huán)氧樹(shù)脂(EB/ER)涂層對(duì)低碳鋼的防腐行為，此實(shí)驗(yàn)是用電化學(xué)聲阻光譜學(xué)方法進(jìn)行了150天。在中性溶液中（），EB/ER涂層相對(duì)于純ER涂層來(lái)說(shuō)提供了非常有效的腐蝕保護(hù)，尤其是EB/ER中的EB含量在510%之間時(shí)。,然后一直保持在10c㎡直到第150天，結(jié)合在材料上觀察到形成了FeO/FeO鈍化膜證明了EB的保護(hù)主要是陽(yáng)極的。在酸性或本體溶液中（pH值1或13），EB/ER涂層也比純ER涂層更有效。但是，這些介質(zhì)會(huì)因鈍化膜破裂或ER黏合劑的破壞而減弱腐蝕阻力。雙層復(fù)合吡咯防護(hù)層（PPy）也可以用于碳鋼防腐。為了使金屬聚合物之間鈍化膜處于穩(wěn)定狀態(tài)內(nèi)層攙加了PMoO(PMo)和HPO陰離子，為了抑制PMo的分解和釋放外層攙加了二羥基萘雙磺酸鹽(DHNDS)、萘雙磺酸鹽(NDS)、蒽醌雙磺酸