应力作用下高强钢油气管道直流杂散电流腐蚀评价方法研究

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近年来,随着我国西气东输二三线、中俄、中缅油气管线等重大生命线工程的建设,埋地高强钢油气管线运营里程大幅增加。在役高强钢管线由于输送压力、地面压力等因素的存在不可避免的受到应力的作用,应力能够对高强管线钢腐蚀的热力学和动力学过程产生重要影响,此外,直流牵引供电系统以及高压超高压输电系统常与管线并行或交叉敷设导致管中杂散电流产生,威胁着高强钢管线的安全运行。目前,对高强钢管线的腐蚀研究多集中在应力或杂散电流等单因素引起的腐蚀,未形成相应的腐蚀评价方法。本文针对应力条件下的油气管道用高强钢直流杂散电流的腐蚀评价进行了系统研究,以期能为高强钢油气管道外腐蚀评价提供技术支撑。  基于电化学原理和慢应变速率拉伸方法,搭建了应力作用下油气管道用高强钢直流杂散电流腐蚀试验模拟平台,该平台能够模拟埋地高强钢油气管线在应力和杂散电流耦合作用下的实际工况,可以获得不同级别高强钢的腐蚀电位、极化曲线、阻抗谱等电化学参数。  利用COMSOL Multiphysics软件进行了应力仿真和杂散电流在应力作用下埋地管线内以及涂层破损点处土壤中传播规律仿真。基于建立的试验平台,运用电化学测试和表面表征技术研究了不同应力条件(30%、50%、80%、100%屈服强度)下高强钢(X65、X70、X80)油气管道在典型(酸性、近中性、碱性)土壤环境中直流杂散电流腐蚀行为,运用机械化学理论研究了应力和杂散电流等单因素对高强钢腐蚀进程的影响,得到了应力条件下高强管线钢直流杂散电流腐蚀速率发展规律。  基于Matlab平台,采用多元线性回归方法对测试结果进行处理,得到了不同级别高强钢的腐蚀速率与应力水平、杂散电流密度、土壤电导率、pH值之间的定量关系。建立了应力条件下油气管道用高强钢直流杂散电流腐蚀评价方法,给出了腐蚀速率、应力状况、杂散电流干扰、土壤腐蚀性的评价指标。利用VisualC++设计语言编制了相应的评价软件。  基于上述研究,建立了以杂散电流排流、改善应力状况、防腐层优选、加强在线检测与评价、寿命预测为主要内容的应力条件下油气管道用高强钢直流杂散电流腐蚀控制方法。
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