交流电流对埋地管道阴极保护系统的影响规律及作用机制研究

发布时间：2019-11-29 12:17

【摘要】：目前,我国石油天然气管道、高压交流输电线路以及交流电气化铁路步入了大规模建设时期,埋地管道遭受的交流干扰越来越严重。国内外交流干扰案例表明,传统"-0.85VCSE(相对于硫酸铜参比电极)”的阴极保护判据在交流干扰下已经失效,但其失效机制尚不清楚,且交流干扰下阴极保护参数的选取也存在较大分歧。基于此,本文利用实验室模拟实验和理论分析相结合的方法开展了交流电流对碳钢阴极保护系统的影响规律和作用机制研究,取得的主要结论如下：(1)通过实验室模拟实验考察了交流电流对碳钢阴极保护极化电位的影响规律。发现阴极保护水平较低时,交流电流的施加使得碳钢阴极保护极化电位瞬间发生负向偏移,而后逐渐正向偏移至稳定值：当阴极保护水平较高时,交流电流的施加使得碳钢阴极保护极化电位一直发生正向偏移至稳定值。基于交流电流的振荡作用与碳钢的极化特性,分析获得了交流干扰和阴极保护共同作用下碳钢极化电位的偏移机制。(2)开展了不同交流干扰和阴极保护水平下碳钢腐蚀模拟实验,基于腐蚀速率与交流电流密度、阴极保护极化电位及交直流电流密度之比的对应关系,建立了交流腐蚀风险等级判据。(3)通过模拟实验考察了电解液pH值对碳钢交流腐蚀的影响规律,发现无交流干扰下当pH值达到12(或者更大)时,碳钢表面能形成稳定的钝化膜,其腐蚀速率急剧降低,但交流电流的施加会破坏碳钢表面的钝化膜,从而加速其腐蚀,在此基础上,获得了碳钢在强碱性环境和“过保护”条件下的交流腐蚀机理；基于AC/DC实时电位(交流电位和直流电位的叠加信号)测试结果,结合腐蚀电化学理论,提出了碳钢在中碱性环境和“欠保护”条件下的交流腐蚀机理。(4)考察了碳钢-镁合金、碳钢-锌合金以及碳钢-铜三种直流耦合系统在交流干扰下腐蚀速率、极化电位等参数的变化规律。发现交流电流的施加加速了碳钢-镁合金、碳钢-铜两种直流耦合系统中碳钢的腐蚀,抑制了碳钢-锌合金直流耦合系统中碳钢的腐蚀,同时也影响了三种直流耦合系统中电偶电流的大小和方向。基于此,分析获得了直流耦合系统中碳钢发生交流腐蚀的机理。(5)开展了交流电流对镁合金牺牲阳极服役行为影响规律的研究。结果表明：交流干扰的施加使得镁合金牺牲阳极工作电位发生正向偏移,且其偏移量和消耗速率随着交流电流密度的增大而增加。当交流电流密度达到100A/m2(或更大)时,镁合金牺牲阳极瞬间发生“极性逆转”,但100A/m2时,“极性逆转”现象24小时后消失,而200A/m2和300A/m2时,该现象在本实验周期内(96hr)一直存在。结合不同交流干扰下镁合金牺牲阳极极化特性和表面膜层的变化规律,提出了交流干扰下镁合金牺牲阳极发生“极性逆转”的机制。(6)利用腐蚀模拟实验考察了交流电流对锌合金腐蚀速率及其表面膜层的影响规律,获得了锌合金腐蚀速率与交流电流密度的对应关系,建立了交流干扰下锌合金腐蚀速率的预测方法；并结合交流干扰下锌合金膜层的变化规律,基于腐蚀电化学原理,对锌合金的交流腐蚀机理进行了探讨。
【图文】：

应的交流电压比线对称型中两Ｃ相在管道上感应出的交流电压要小。ＮＡＣＥ逡逑的化ＰＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ》Ｉ２７嫂程中给出了邋上四种相序排列方式对管道交流感应逡逑电压的影响，如图１－３所示。从图中可Ｗ清楚的看出，，线对称型的相线排列逡逑方式对管道交流干扰最大，而点对称型的相线排列方式对管道交流干扰最小。逡逑此外，ＭｉｃｕＰＳｌ研巧了邋ＡＢＣＣＢＡ和ＡＢＣＡＢＣ两种相序对管道交流干扰电压的逡逑影响，结果发现ＡＢＣＡＢＣ型相序导致管道感应的交流电压是ＡＢＣＣＢＡ型相逡逑序的６倍。ＩｓｏｇａｉＰＷ等人的研究发现，对于单线路而言，相线水平排列时管道逡逑感应的交流电压比相线垂直排列时管道感应的交流电压的要氋。逡逑７０＊５逦逡逑＞逦Ｖ逡逑ｔｔＪ邋巧逦邋邋Ｃｅｎｔｒｅ逡逑Ｉ－逦＼逦＾逡逑＞逦Ｐａｒｔｉａｌ逡逑ｕ逡逑ｉ逦Ｉ：：逡逑０－邋■邋ｊ＇ｖｒｕｘ｜．．邋．，邋？逦ｎ邋１１邋？邋■邋？邋■逡逑；ｉ逦０１２３４５６７８９逦１０逡逑ｊ逦Ｄｉｓｔａｎｃｅ，邋ｍ逡逑围１－３相序排列方式对管道交流感应电压的影咱ｉｎｉ逡逑管道上感应的交流电压主要是由电力线中的负载电流引起的。通常来说，逡逑对于单线路的输电系统来说

共同作用的结果。＂碱化机理＂中有两个基本的假设：（１）由于阴极保护电流逡逑引起的管道防腐层缺陷处ｐＨ值的升高；（２）交流干扰导致管道电位在纯化逡逑区、免蚀区Ｗ及强碱性腐蚀区（ＨＦｅ0２－稳定区）之间波动。如图１－６所示，逡逑由于阴极反应（式１－２和１－３）的作用，逡逑0２＋２Ｈ２0＋４ｅ－一邋４０Ｈ．逦（１－２）逡逑２Ｈ２0＋４ｅ－一邋Ｈ２＋２０Ｈ－逦（１－３）逡逑ＯＨ—会在管道防腐层缺陷处积累，从而造成局部ｐＨ值的升商。作者将产生临逡逑界高ｐＨ值所需时间定义为孕育期，如图１－７所示。同时，由于交流电流的作逡逑用，管道电位会发生波动。由于铁基体的溶解反应（式１－４）和致密性氧化逡逑膜（Ｆｅ２0３）形成反应（式１－５和１－６）时间常数的差异，从而引发了管道的逡逑交流腐蚀。若管道缺陷处ｐＨ值非常高，如接近１４，管道会因为进入布拜图逡逑中ＨＦｅ化？的稳定区而遭受较高的腐蚀。逡逑Ｆｅ－２ｅ＿邋一邋Ｆｅ２＋逦（１－４）逡逑Ｆｅ２＋－ｅ．邋一邋Ｆｅ］＋逦（１－５）逡逑２Ｆｅ３＋＋６０Ｈ．邋一邋Ｆｅ２0３＋３Ｈ２0逦（１－６）逡逑－１１邋－逡逑
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.41


本文编号：2567459