交直流杂散电流与应力耦合作用下X70管线钢腐蚀及涂层剥离行为研究

发布时间：2020-06-11 17:54

【摘要】：随着油气管道输送压力的不断提高以及杂散电流的侵扰,使得埋地高强钢管线的运行环境日趋复杂。研究和探索应力作用下高强钢的腐蚀问题已成为管线钢腐蚀研究的新问题,且交直流杂散电流混合作用下高强管线钢腐蚀及防腐层剥离行为复杂和作用机理不明。因此,开展交直流杂散电流与应力耦合作用下腐蚀及防腐层剥离的相关研究具有重要工程意义。本文通过COMSOL Multiphysics仿真,开路电位、极化曲线、阻抗谱测试和三维体式显微镜观测等先进技术手段系统研究了交流杂散电流、直流杂散电流、应力三个因素单独或耦合作用下涂层破损处X70钢腐蚀及涂层剥离行为的影响规律。利用COMSOL Multiphysics软件进行了杂散电流在埋地管线钢附近土壤域及防腐层破损处传播规律研究。得到了杂散电流在埋地管线钢及附近土壤域中的传播规律,揭示了杂散电流对埋地管线钢腐蚀行为的影响,提出了减轻埋地管线遭受杂散电流干扰的防护措施。电化学研究结果表明:交流杂散电流作用下试样的开路电位负移,随着杂散电流密度的增大,腐蚀电位负移,且直流杂散电流电引起的腐蚀电位负移幅度比交流电引起的腐蚀电位负移幅度大,交直流杂散电流混合作用后腐蚀电位负移幅度比各自单独作用时大;极化曲线只有活性溶解区,没有钝化区。阳极极化曲线随着电流密度的增大逐渐变陡。加入直流杂散电流干扰后,阳极极化曲线出现了明显拐点,原因是X70钢试样表面堆积了大量腐蚀产物从而短暂阻碍了阳极极化过程;交直流杂散电流单独作用和混合作用时试样的阻抗谱均出现两个时间常数;应力对电化学行为的影响较杂散电流而言更小。腐蚀形貌观测结果表明:随着电流密度的增大,试样表面最大腐蚀坑深度变深。交直流杂散电流混合干扰时比各自单独干扰下造成的腐蚀坑深;同一条件下,对腐蚀反应及涂层剥离促进效果排列从大到小依次是直流杂散电流交流杂散电流应力;存在使涂层剥离面积达到最大且之后保持不变的临界电流密度。基于上述研究,对比单一因素(交流杂散电流、直流杂散电流)干扰、交直流杂散电流混流干扰、交直流杂散电流与应力耦合干扰下X70管线钢腐蚀及涂层剥离规律,探讨多种因素耦合作用下X70管线钢的腐蚀和涂层剥离机理。
【图文】：

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第 1 章绪论杂散电流腐蚀（Stray current corrosion）。图 1-1 为电气化铁系统形成的杂散电流示意图。由图可知，杂散电流进入金属这一区域称为阴极区，处于阴极区的管线一般不会受影响，大，管线表面会析出氢，造成防腐层的剥离脱落。当杂散电变电所时，金属管线带正电为阳极区，金属以离子的形式溶金属体的电化学腐蚀。因此，杂散电流的危害主要是对金属结构钢筋、电缆等产生的电化学腐蚀。

形貌,杂散电流腐蚀,形貌

图 1-2 典型的杂散电流腐蚀形貌Fig.1-2 The typical corrosion morphology of stray current-induced.2.2 杂散电流腐蚀研究进展当前，随着各国经济建设对能源和交通建设的要求，埋地金属管线与电通运输线路、电力线路的建设日益增多，在这些领域中，都出现了不同程散电流腐蚀现象，并有愈演愈烈的趋势，对工程建设和国民经济的发展带大的损害，引起了国内外专家、学者的高度重视，并投入了大量时间精力研得了一定的成果，但由于杂散电流本身具有的不确定性和复杂性等原因，流的腐蚀机理依然是世界腐蚀界研究的热点问题。交流电引起的腐蚀大约为直流电的 1%。但是当高压输电线与管道平行于电场和磁场的影响，在钢管上感应出交流电压和电流，对管道的危害则忽视的。在 2007 年 12 月世界管道(WordPipelines)杂志上，Matcor[25]讨论埋地金属管道在高压输电线附近遭受交流干扰腐蚀的问题，认为即使是在好涂层和阴极保护系统的管道上，交流腐蚀依然会发生，，交流干扰已成为
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE988.2

【参考文献】