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【摘要】针对交流杂散电流对埋地钢质管道腐蚀问题，通过室内模拟实验建立了交流电流密度与破损面积、土壤电阻率、交流干扰电压以及防腐层电阻率数学模型，从而间接获取交流电流密度，并研究了交流电流密度对腐蚀速率的影响。研究表明，破损面积、交流干扰电压、土壤电阻率、防腐层电阻率对交流杂散电流密度具有显著的影响；电流密度小于3mA/cm2时交流电流腐蚀危害性很小，在3～10mA/cm2时腐蚀危害性较大，大于10mA/cm2时，交流腐蚀危害性很大
【关键词】交流杂散电流 埋地钢质管道 腐蚀规律 危害性评价
1 前言
关于杂散电流的研究已有120多年的历史，在对杂散电流的研究工作前期，国内外研究者认为直流杂散电流干扰危害程度最大，而忽略了对交流杂散电流的研究，导致交流杂散电流检测、评价工作远远落后于直流杂散电流。目前，国内外学者围绕交流电腐蚀机理、交流干扰形式、埋地管道上交流腐蚀特征以及交流干扰危害性评价等方面开展了一系列工作，从不同角度揭示了交流干扰的机理和腐蚀特征，但过多的集中在定性描述，尚未开展系统的研究，对于工程应用中危害不能做出准确的评价。因此，积极开展交流干扰规律研究，不仅可以为埋地钢质管道设计、运行和防护提供指导意义，而且可以为交流腐蚀危害性评估提供科学依据。
虽然交流电流对腐蚀速率影响远小于直流电流，但不能简单认为交流电流引起的金属腐蚀可以忽略不计。研究表明交流电的存在可引起电极表面的去极化作用，加剧管道腐蚀，加速防腐层的老化，引起防腐层剥离，影响干扰阴极保护系统正常运行，使牺牲阳极系统发生极性逆转，降低牺牲阳极阴极保护电流效率，致使管道得不到有效的防护。在故障状态下瞬间高压可能击穿管道的绝缘层、绝缘法兰，甚至击毁阴极保护设备并对生产操作人员人身安全造成威胁。由此可见，开展交流杂散电流研究已经迫在眉睫。对交流杂散电流腐蚀危害性评价最准确的方法就是采取电流密度进行评判，但是目前国内缺少评价标准，并且在实际运用过程中，交流电流密度很难获取，只适用于实验室环境。为此，本工作采用腐蚀挂片失重法，通过改变不同变量，获取交流杂散电流密度与各个影响因子对交流电流密度的影响规律。
2 不同参数对交流电流密度的影响2.1 破损面积对交流电流密度的影响
采用最小二乘法对实验数据进行拟合分析处理，针对实验结果，可知，在相同交流电压下，交流电流密度随破损面积的增大而减小。通过数据拟合，在土壤电阻率不变的情况下，交流电流密度与破损面积呈倒数关系。在涂层破损缺陷较小的管道上，有可能出现较高的交流电流密度，易出现点蚀，交流腐蚀危害也可能较大。
2.2 交流干扰电压对交流电流密度的影响
采用万用表测量交流干扰电压，根据电阻率为电导率倒数，采用DDS-12D电导率仪测量土壤溶液电导率并计算土壤电阻率。可知，试片上的交流电流密度随交流电压的升高而增大。在涂层破损面积及土壤电阻率相同的条件下，交流电流密度与交流干扰电压具有线性关系，进一步分析土壤电阻率对交流电流密度的影响规律。由公式：J=σZV/ L（1）式中，J为交流电流密度，σ为电导率，Z为电流方向，V为干扰电压，L为导体长度。可知，实验结果与物理模型趋势一致。
2.3 土壤电阻率对交流电流密度的影响
相同的交流电压下，交流电流密度随土壤电阻率的增大而减小，且当土壤电阻率增大到一定程度时，交流电流密度基本保持不变，呈指数关系。主要是因为在电阻率低的溶液中，离子浓度大，而对于相同破损面积的试片来说，离子浓度越大，与试片接触的几率也就越大，发生的反应的可能性越大。2.4 防腐层等级对交流电流密度的影响
根据《GB/T1410-2006固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》测量管道涂层电阻率。分析可知，涂层电阻率越大，管道内电流越小。这主要因为相同情况下，当涂层不存在缺陷时，管道无法与大地形成回路，离子移动速度很慢故腐蚀速率也很低。当管道存在破损缺陷时，管道涂层电阻率急剧下降，金属阳离子通过破损点流入土壤，造成管道内阳离子缺失从而形成腐蚀。对于存在涂层缺陷埋地管道来说，即使交流干扰电压很小，但也可能存在较高的交流电流密度。
3 交流电流密度对腐蚀速率的影响
实验中，交流电流密度值由单位面积腐蚀试片通过电流计算得来。选择不同破损面积、土壤电阻率、交流干扰电压以及不同防腐层试件进行实验，计算试片上交流电流密度以及腐蚀速率，以交流电流密度为横轴，腐蚀速率为纵坐标作腐蚀速率随交流电流密度变化曲线，如图1所示。
由图1可知，当交流电流密度≤3mA/cm2时，试片的腐蚀速率基本与自然腐蚀状态数据一致，此时可认为交流电流腐蚀作用并不明显；当交流电流密度>3mA/cm2时，试片腐蚀速率明显高于自然腐蚀状态下试片腐蚀速率，腐蚀速率随交流电流密度的增大而增大，说明此时交流电流对埋地管道腐蚀起加速作用；当交流电流密度>10mA/cm2时，腐蚀速率开始急剧增加，此时，交流电流密度对管道腐蚀影响非常显著，对于交流干扰危害应引起重视。图1 交流电流密度与腐蚀速率关系曲线4 结论
（1）破損面积、交流干扰电压、土壤电阻率、防腐层电阻率对交流杂散电流密度具有显著的影响。
（2）建立交流电流密度与破损面积、交流电压、土壤电阻率以及防腐层等级的数学模型，电流密度小于3mA/cm2时，交流电流腐蚀危害性很小；大于3mA/cm2小于10mA/cm2时腐蚀危害性较大，需采用必要的防护措施；大于10mA/cm2时，交流腐蚀危害性很大，必须采取防护措施。
[1] 翁永基，王宁.碳钢交流电腐蚀机理的探讨[J].中国腐蚀与防护学报，2011
[2] 尹国耀，魏振宏.杂散电流腐蚀与防护[J].焊管，2008
【关键词】交流杂散电流 埋地钢质管道 腐蚀规律 危害性评价
1 前言
关于杂散电流的研究已有120多年的历史，在对杂散电流的研究工作前期，国内外研究者认为直流杂散电流干扰危害程度最大，而忽略了对交流杂散电流的研究，导致交流杂散电流检测、评价工作远远落后于直流杂散电流。目前，国内外学者围绕交流电腐蚀机理、交流干扰形式、埋地管道上交流腐蚀特征以及交流干扰危害性评价等方面开展了一系列工作，从不同角度揭示了交流干扰的机理和腐蚀特征，但过多的集中在定性描述，尚未开展系统的研究，对于工程应用中危害不能做出准确的评价。因此，积极开展交流干扰规律研究，不仅可以为埋地钢质管道设计、运行和防护提供指导意义，而且可以为交流腐蚀危害性评估提供科学依据。
虽然交流电流对腐蚀速率影响远小于直流电流，但不能简单认为交流电流引起的金属腐蚀可以忽略不计。研究表明交流电的存在可引起电极表面的去极化作用，加剧管道腐蚀，加速防腐层的老化，引起防腐层剥离，影响干扰阴极保护系统正常运行，使牺牲阳极系统发生极性逆转，降低牺牲阳极阴极保护电流效率，致使管道得不到有效的防护。在故障状态下瞬间高压可能击穿管道的绝缘层、绝缘法兰，甚至击毁阴极保护设备并对生产操作人员人身安全造成威胁。由此可见，开展交流杂散电流研究已经迫在眉睫。对交流杂散电流腐蚀危害性评价最准确的方法就是采取电流密度进行评判，但是目前国内缺少评价标准，并且在实际运用过程中，交流电流密度很难获取，只适用于实验室环境。为此，本工作采用腐蚀挂片失重法，通过改变不同变量，获取交流杂散电流密度与各个影响因子对交流电流密度的影响规律。
2 不同参数对交流电流密度的影响2.1 破损面积对交流电流密度的影响
采用最小二乘法对实验数据进行拟合分析处理，针对实验结果，可知，在相同交流电压下，交流电流密度随破损面积的增大而减小。通过数据拟合，在土壤电阻率不变的情况下，交流电流密度与破损面积呈倒数关系。在涂层破损缺陷较小的管道上，有可能出现较高的交流电流密度，易出现点蚀，交流腐蚀危害也可能较大。
2.2 交流干扰电压对交流电流密度的影响
采用万用表测量交流干扰电压，根据电阻率为电导率倒数，采用DDS-12D电导率仪测量土壤溶液电导率并计算土壤电阻率。可知，试片上的交流电流密度随交流电压的升高而增大。在涂层破损面积及土壤电阻率相同的条件下，交流电流密度与交流干扰电压具有线性关系，进一步分析土壤电阻率对交流电流密度的影响规律。由公式：J=σZV/ L（1）式中，J为交流电流密度，σ为电导率，Z为电流方向，V为干扰电压，L为导体长度。可知，实验结果与物理模型趋势一致。
2.3 土壤电阻率对交流电流密度的影响
相同的交流电压下，交流电流密度随土壤电阻率的增大而减小，且当土壤电阻率增大到一定程度时，交流电流密度基本保持不变，呈指数关系。主要是因为在电阻率低的溶液中，离子浓度大，而对于相同破损面积的试片来说，离子浓度越大，与试片接触的几率也就越大，发生的反应的可能性越大。2.4 防腐层等级对交流电流密度的影响
根据《GB/T1410-2006固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》测量管道涂层电阻率。分析可知，涂层电阻率越大，管道内电流越小。这主要因为相同情况下，当涂层不存在缺陷时，管道无法与大地形成回路，离子移动速度很慢故腐蚀速率也很低。当管道存在破损缺陷时，管道涂层电阻率急剧下降，金属阳离子通过破损点流入土壤，造成管道内阳离子缺失从而形成腐蚀。对于存在涂层缺陷埋地管道来说，即使交流干扰电压很小，但也可能存在较高的交流电流密度。
3 交流电流密度对腐蚀速率的影响
实验中，交流电流密度值由单位面积腐蚀试片通过电流计算得来。选择不同破损面积、土壤电阻率、交流干扰电压以及不同防腐层试件进行实验，计算试片上交流电流密度以及腐蚀速率，以交流电流密度为横轴，腐蚀速率为纵坐标作腐蚀速率随交流电流密度变化曲线，如图1所示。
由图1可知，当交流电流密度≤3mA/cm2时，试片的腐蚀速率基本与自然腐蚀状态数据一致，此时可认为交流电流腐蚀作用并不明显；当交流电流密度>3mA/cm2时，试片腐蚀速率明显高于自然腐蚀状态下试片腐蚀速率，腐蚀速率随交流电流密度的增大而增大，说明此时交流电流对埋地管道腐蚀起加速作用；当交流电流密度>10mA/cm2时，腐蚀速率开始急剧增加，此时，交流电流密度对管道腐蚀影响非常显著，对于交流干扰危害应引起重视。图1 交流电流密度与腐蚀速率关系曲线4 结论
（1）破損面积、交流干扰电压、土壤电阻率、防腐层电阻率对交流杂散电流密度具有显著的影响。
（2）建立交流电流密度与破损面积、交流电压、土壤电阻率以及防腐层等级的数学模型，电流密度小于3mA/cm2时，交流电流腐蚀危害性很小；大于3mA/cm2小于10mA/cm2时腐蚀危害性较大，需采用必要的防护措施；大于10mA/cm2时，交流腐蚀危害性很大，必须采取防护措施。
[1] 翁永基，王宁.碳钢交流电腐蚀机理的探讨[J].中国腐蚀与防护学报，2011
[2] 尹国耀，魏振宏.杂散电流腐蚀与防护[J].焊管，2008