论文部分内容阅读
摘 要：文章针对地下管道电化学腐蚀，选用采用半电池电位法、线性极化法（LPR）、电化学噪声（ENM）和电化学阻抗谱（EIS），测试了地下管线钢电化学腐蚀程度，并分析了埋地管线钢腐蚀机理。试样结果表明：干湿交界处管道腐蚀最严重，干燥处和含水量过大区域腐蚀程度相对弱。实验结果说明土壤中的氯离子和湿度分布是影响钢样电化学腐蚀程度的主要因素。
关键词：电化学技术；地下管道；腐蚀 检测
中图分类号：TQ050.9 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）3-0033-02
当前，管道腐蚀而造成泄漏事故在国内外地下管道发生的各种破坏性事故中排在首位，造成的经济损失十分巨大。2013年11月22日，青岛中石化东黄输油管道发生泄漏爆炸特别重大事故，造成62人遇难，136人受伤，直接经济损失7.5亿元。事故的主要原因是输油管路与排水暗渠交汇处管道腐蚀变薄破裂，原油泄漏，流入排水暗渠。现场处置人员操作不当，引爆了暗渠的油气。因此，地下管道腐蚀的检测与防护是安全生产的必要措施。
本文选取地下管道不同腐蚀环境的管线钢，采用半电池电位法、线性极化法、电化学噪声和电化学阻抗谱等电化学技术进行腐蚀检测，对电化学技术在地下管道实际体系的腐蚀监测应用具有重要意义。
1 原材料与试验方法
试验选用与待测管道相同材质的金属试样Q235钢。采用自然埋设方法，每三支平行试件为一组。钢片试样S1、S2、S3、S4沿管顶到管底垂直高度等间距四个位置埋设（S1与管顶等高；S4与管底等高）。通过将试样埋入与待测管道相同的腐蚀环境中，通过1年时间后取出，测试试样的腐蚀电位（Ecorr）、腐蚀电流（icorr）、电化学噪声以及电化学交流阻抗谱来研究管线钢在土壤环境中的电化学腐蚀程度。试验规程执行全国土壤腐蚀试验网站标准。
2 电化学腐蚀检测结果
2.1 钢筋的电极电位
表1是采用半电池电位法测试埋地管线钢的自腐蚀电位试验结果。钢样的自腐蚀电位能在一定程度上反应钢筋的腐蚀状态。通常情况下，钢样的自腐蚀电位越低其腐蚀程度越严重。由表1数据看来，埋地试件的钢样电位在-300 mV（SCE）至-600 mV（SCE）之间，说明埋地管线钢已发生局部腐蚀。随着埋地深度的增加，钢样S1电位>S2电位>S3电位，而S3电位 2.2 腐蚀电流
钢样的腐蚀电流密度icorr见图1。Andrade等提出，当icorr大于1 μA/cm2，表明钢筋腐蚀速率很大，而icorr小于0.5 μA/cm2时钢筋腐蚀速率较低。由图1所示结果得，钢样S2、S3、S4腐蚀电流密度都很大，属于严重腐蚀。钢样S1腐蚀电流密度相对小，腐蚀程度较轻微。
2.3 电化学噪声分析
电化学噪声作为一种原位的、无损的、无干扰的电极检测方法，能够揭示电化学体系的特征信息。在腐蚀研究中，一般认为，噪声电阻反比于腐蚀电流密度。表2为各钢样噪声电阻值。由试验结果可知，各钢样腐蚀程度由严重到轻微依次顺序为：S3、S4、S2、S1。
2.4 电化学交流阻抗谱
交流阻抗谱：将地下管线钢腐蚀体系简单地表示为由电阻、电容等元件组成的等效电路，在保证不影响电极体系性质的情况下，对该电路施加一个小幅正弦交流电压（电流）信号，由电流（电压）响应来计算电极反应参数，进而得到管线钢/土壤界面的双电层电容、土壤电阻等各电路元件值以及管线钢腐蚀速度、土壤腐蚀机理等信息。采用交流讯号的电化学技术最早应用于基础电化学，Dawson于1978年首次运用交流阻抗谱方法研究混凝土中钢筋中的腐蚀行为。交流阻抗法是一种暂态频谱分析技术，施加的电信号对腐蚀体系的影响较小，通过解析管线钢阻抗谱和土壤阻抗谱可以评价管线钢腐蚀变化和土壤溶液体系变化，对于由Cl-引起的地下管线钢的局部腐蚀具有很高的灵敏度。
3 埋地管线电化学腐蚀分析
埋地管线钢发生电化学腐蚀主要因为土壤中存在氯离子，试样发生氯盐腐蚀。钢片发生阳极反应，局部失去电子形成Fe2+。土壤中的水与氧发生阴极还原反应形成OH-。Fe2+与OH-生成氢氧化铁。在破土取钢样的时候发现，随着埋地深度的增加，S1所处位置相对干燥，S2所处位置为微湿处、S3所处位置为干湿交界处，而S4所处位置全湿处，土壤含水量较大。埋地管线钢样腐蚀程度S3>S2>S1，这是因为随着土壤深度增加，土壤含水量越大，盐类物质水化的数量较多，导电离子的数量多，土壤的电阻越小，腐蚀阻力也就越小。S4腐蚀程度较S3轻微，可能由于含水量过大，氧进入土壤和在土壤里扩散渗透受阻，不利于腐蚀反应中阴极反应，腐蚀速率减小。实验结果说明土壤中的氯离子和湿度分布是影响钢样电化学腐蚀程度的主要因素。
4 结 论
采用半电池电位法、线性极化法、电化学噪声并结合电化学阻抗谱，测试了地下管道电化学腐蚀程度。干湿交界处S3钢样腐蚀速率最大，其次为全湿区S4钢样，再次微湿区S2钢样，在含水量最小环境中S1钢样腐蚀速率最小。实验结果说明土壤中的氯离子和湿度分布是影响钢样电化学腐蚀程度的主要因素。
参考文献：
[1] 石仁委，龙媛媛.油气管道防腐蚀工程[M].北京：中国石化出版社，2008.
[2] 曹备，张琳，杨印臣.地下管道腐蚀控制与检测评估[M].北京：中国方正出版社，2007.
[3] 杨筱蓄.油气管道安全工程[M].北京：中国石化出版社，2005.
关键词：电化学技术；地下管道；腐蚀 检测
中图分类号：TQ050.9 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）3-0033-02
当前，管道腐蚀而造成泄漏事故在国内外地下管道发生的各种破坏性事故中排在首位，造成的经济损失十分巨大。2013年11月22日，青岛中石化东黄输油管道发生泄漏爆炸特别重大事故，造成62人遇难，136人受伤，直接经济损失7.5亿元。事故的主要原因是输油管路与排水暗渠交汇处管道腐蚀变薄破裂，原油泄漏，流入排水暗渠。现场处置人员操作不当，引爆了暗渠的油气。因此，地下管道腐蚀的检测与防护是安全生产的必要措施。
本文选取地下管道不同腐蚀环境的管线钢，采用半电池电位法、线性极化法、电化学噪声和电化学阻抗谱等电化学技术进行腐蚀检测，对电化学技术在地下管道实际体系的腐蚀监测应用具有重要意义。
1 原材料与试验方法
试验选用与待测管道相同材质的金属试样Q235钢。采用自然埋设方法，每三支平行试件为一组。钢片试样S1、S2、S3、S4沿管顶到管底垂直高度等间距四个位置埋设（S1与管顶等高；S4与管底等高）。通过将试样埋入与待测管道相同的腐蚀环境中，通过1年时间后取出，测试试样的腐蚀电位（Ecorr）、腐蚀电流（icorr）、电化学噪声以及电化学交流阻抗谱来研究管线钢在土壤环境中的电化学腐蚀程度。试验规程执行全国土壤腐蚀试验网站标准。
2 电化学腐蚀检测结果
2.1 钢筋的电极电位
表1是采用半电池电位法测试埋地管线钢的自腐蚀电位试验结果。钢样的自腐蚀电位能在一定程度上反应钢筋的腐蚀状态。通常情况下，钢样的自腐蚀电位越低其腐蚀程度越严重。由表1数据看来，埋地试件的钢样电位在-300 mV（SCE）至-600 mV（SCE）之间，说明埋地管线钢已发生局部腐蚀。随着埋地深度的增加，钢样S1电位>S2电位>S3电位，而S3电位
钢样的腐蚀电流密度icorr见图1。Andrade等提出，当icorr大于1 μA/cm2，表明钢筋腐蚀速率很大，而icorr小于0.5 μA/cm2时钢筋腐蚀速率较低。由图1所示结果得，钢样S2、S3、S4腐蚀电流密度都很大，属于严重腐蚀。钢样S1腐蚀电流密度相对小，腐蚀程度较轻微。
2.3 电化学噪声分析
电化学噪声作为一种原位的、无损的、无干扰的电极检测方法，能够揭示电化学体系的特征信息。在腐蚀研究中，一般认为，噪声电阻反比于腐蚀电流密度。表2为各钢样噪声电阻值。由试验结果可知，各钢样腐蚀程度由严重到轻微依次顺序为：S3、S4、S2、S1。
2.4 电化学交流阻抗谱
交流阻抗谱：将地下管线钢腐蚀体系简单地表示为由电阻、电容等元件组成的等效电路，在保证不影响电极体系性质的情况下，对该电路施加一个小幅正弦交流电压（电流）信号，由电流（电压）响应来计算电极反应参数，进而得到管线钢/土壤界面的双电层电容、土壤电阻等各电路元件值以及管线钢腐蚀速度、土壤腐蚀机理等信息。采用交流讯号的电化学技术最早应用于基础电化学，Dawson于1978年首次运用交流阻抗谱方法研究混凝土中钢筋中的腐蚀行为。交流阻抗法是一种暂态频谱分析技术，施加的电信号对腐蚀体系的影响较小，通过解析管线钢阻抗谱和土壤阻抗谱可以评价管线钢腐蚀变化和土壤溶液体系变化，对于由Cl-引起的地下管线钢的局部腐蚀具有很高的灵敏度。
3 埋地管线电化学腐蚀分析
埋地管线钢发生电化学腐蚀主要因为土壤中存在氯离子，试样发生氯盐腐蚀。钢片发生阳极反应，局部失去电子形成Fe2+。土壤中的水与氧发生阴极还原反应形成OH-。Fe2+与OH-生成氢氧化铁。在破土取钢样的时候发现，随着埋地深度的增加，S1所处位置相对干燥，S2所处位置为微湿处、S3所处位置为干湿交界处，而S4所处位置全湿处，土壤含水量较大。埋地管线钢样腐蚀程度S3>S2>S1，这是因为随着土壤深度增加，土壤含水量越大，盐类物质水化的数量较多，导电离子的数量多，土壤的电阻越小，腐蚀阻力也就越小。S4腐蚀程度较S3轻微，可能由于含水量过大，氧进入土壤和在土壤里扩散渗透受阻，不利于腐蚀反应中阴极反应，腐蚀速率减小。实验结果说明土壤中的氯离子和湿度分布是影响钢样电化学腐蚀程度的主要因素。
4 结 论
采用半电池电位法、线性极化法、电化学噪声并结合电化学阻抗谱，测试了地下管道电化学腐蚀程度。干湿交界处S3钢样腐蚀速率最大，其次为全湿区S4钢样，再次微湿区S2钢样，在含水量最小环境中S1钢样腐蚀速率最小。实验结果说明土壤中的氯离子和湿度分布是影响钢样电化学腐蚀程度的主要因素。
参考文献：
[1] 石仁委，龙媛媛.油气管道防腐蚀工程[M].北京：中国石化出版社，2008.
[2] 曹备，张琳，杨印臣.地下管道腐蚀控制与检测评估[M].北京：中国方正出版社，2007.
[3] 杨筱蓄.油气管道安全工程[M].北京：中国石化出版社，2005.