電化學(xué)技術(shù)在地下管道腐蝕檢測(cè)中的應(yīng)用研究

摘 要：文章針對(duì)地下管道電化學(xué)腐蝕，選用采用半電池電位法、線性極化法（LPR）、電化學(xué)噪聲（ENM）和電化學(xué)阻抗譜（EIS），測(cè)試了地下管線鋼電化學(xué)腐蝕程度，并分析了埋地管線鋼腐蝕機(jī)理。試樣結(jié)果表明：干濕交界處管道腐蝕最嚴(yán)重，干燥處和含水量過(guò)大區(qū)域腐蝕程度相對(duì)弱。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明土壤中的氯離子和濕度分布是影響鋼樣電化學(xué)腐蝕程度的主要因素。

關(guān)鍵詞：電化學(xué)技術(shù)；地下管道；腐蝕 檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TQ050.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）3-0033-02

當(dāng)前，管道腐蝕而造成泄漏事故在國(guó)內(nèi)外地下管道發(fā)生的各種破壞性事故中排在首位，造成的經(jīng)濟(jì)損失十分巨大。2013年11月22日，青島中石化東黃輸油管道發(fā)生泄漏爆炸特別重大事故，造成62人遇難，136人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失7.5億元。事故的主要原因是輸油管路與排水暗渠交匯處管道腐蝕變薄破裂，原油泄漏，流入排水暗渠?，F(xiàn)場(chǎng)處置人員操作不當(dāng)，引爆了暗渠的油氣。因此，地下管道腐蝕的檢測(cè)與防護(hù)是安全生產(chǎn)的必要措施。

本文選取地下管道不同腐蝕環(huán)境的管線鋼，采用半電池電位法、線性極化法、電化學(xué)噪聲和電化學(xué)阻抗譜等電化學(xué)技術(shù)進(jìn)行腐蝕檢測(cè)，對(duì)電化學(xué)技術(shù)在地下管道實(shí)際體系的腐蝕監(jiān)測(cè)應(yīng)用具有重要意義。

1 原材料與試驗(yàn)方法

試驗(yàn)選用與待測(cè)管道相同材質(zhì)的金屬試樣Q235鋼。采用自然埋設(shè)方法，每三支平行試件為一組。鋼片試樣S1、S2、S3、S4沿管頂?shù)焦艿状怪备叨鹊乳g距四個(gè)位置埋設(shè)（S1與管頂?shù)雀?；S4與管底等高）。通過(guò)將試樣埋入與待測(cè)管道相同的腐蝕環(huán)境中，通過(guò)1年時(shí)間后取出，測(cè)試試樣的腐蝕電位（Ecorr）、腐蝕電流（icorr）、電化學(xué)噪聲以及電化學(xué)交流阻抗譜來(lái)研究管線鋼在土壤環(huán)境中的電化學(xué)腐蝕程度。試驗(yàn)規(guī)程執(zhí)行全國(guó)土壤腐蝕試驗(yàn)網(wǎng)站標(biāo)準(zhǔn)。

2 電化學(xué)腐蝕檢測(cè)結(jié)果

2.1 鋼筋的電極電位

表1是采用半電池電位法測(cè)試埋地管線鋼的自腐蝕電位試驗(yàn)結(jié)果。鋼樣的自腐蝕電位能在一定程度上反應(yīng)鋼筋的腐蝕狀態(tài)。通常情況下，鋼樣的自腐蝕電位越低其腐蝕程度越嚴(yán)重。由表1數(shù)據(jù)看來(lái)，埋地試件的鋼樣電位在-300 mV（SCE）至-600 mV（SCE）之間，說(shuō)明埋地管線鋼已發(fā)生局部腐蝕。隨著埋地深度的增加，鋼樣S1電位>S2電位>S3電位，而S3電位

2.2 腐蝕電流

鋼樣的腐蝕電流密度icorr見(jiàn)圖1。Andrade等提出，當(dāng)icorr大于1 μA/cm2，表明鋼筋腐蝕速率很大，而icorr小于0.5 μA/cm2時(shí)鋼筋腐蝕速率較低。由圖1所示結(jié)果得，鋼樣S2、S3、S4腐蝕電流密度都很大，屬于嚴(yán)重腐蝕。鋼樣S1腐蝕電流密度相對(duì)小，腐蝕程度較輕微。

2.3 電化學(xué)噪聲分析

電化學(xué)噪聲作為一種原位的、無(wú)損的、無(wú)干擾的電極檢測(cè)方法，能夠揭示電化學(xué)體系的特征信息。在腐蝕研究中，一般認(rèn)為，噪聲電阻反比于腐蝕電流密度。表2為各鋼樣噪聲電阻值。由試驗(yàn)結(jié)果可知，各鋼樣腐蝕程度由嚴(yán)重到輕微依次順序?yàn)椋篠3、S4、S2、S1。

2.4 電化學(xué)交流阻抗譜

交流阻抗譜：將地下管線鋼腐蝕體系簡(jiǎn)單地表示為由電阻、電容等元件組成的等效電路，在保證不影響電極體系性質(zhì)的情況下，對(duì)該電路施加一個(gè)小幅正弦交流電壓（電流）信號(hào)，由電流（電壓）響應(yīng)來(lái)計(jì)算電極反應(yīng)參數(shù)，進(jìn)而得到管線鋼/土壤界面的雙電層電容、土壤電阻等各電路元件值以及管線鋼腐蝕速度、土壤腐蝕機(jī)理等信息。采用交流訊號(hào)的電化學(xué)技術(shù)最早應(yīng)用于基礎(chǔ)電化學(xué)，Dawson于1978年首次運(yùn)用交流阻抗譜方法研究混凝土中鋼筋中的腐蝕行為。交流阻抗法是一種暫態(tài)頻譜分析技術(shù)，施加的電信號(hào)對(duì)腐蝕體系的影響較小，通過(guò)解析管線鋼阻抗譜和土壤阻抗譜可以評(píng)價(jià)管線鋼腐蝕變化和土壤溶液體系變化，對(duì)于由Cl-引起的地下管線鋼的局部腐蝕具有很高的靈敏度。

3 埋地管線電化學(xué)腐蝕分析

埋地管線鋼發(fā)生電化學(xué)腐蝕主要因?yàn)橥寥乐写嬖诼入x子，試樣發(fā)生氯鹽腐蝕。鋼片發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)，局部失去電子形成Fe2+。土壤中的水與氧發(fā)生陰極還原反應(yīng)形成OH-。Fe2+與OH-生成氫氧化鐵。在破土取鋼樣的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，隨著埋地深度的增加，S1所處位置相對(duì)干燥，S2所處位置為微濕處、S3所處位置為干濕交界處，而S4所處位置全濕處，土壤含水量較大。埋地管線鋼樣腐蝕程度S3>S2>S1，這是因?yàn)殡S著土壤深度增加，土壤含水量越大，鹽類物質(zhì)水化的數(shù)量較多，導(dǎo)電離子的數(shù)量多，土壤的電阻越小，腐蝕阻力也就越小。S4腐蝕程度較S3輕微，可能由于含水量過(guò)大，氧進(jìn)入土壤和在土壤里擴(kuò)散滲透受阻，不利于腐蝕反應(yīng)中陰極反應(yīng)，腐蝕速率減小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明土壤中的氯離子和濕度分布是影響鋼樣電化學(xué)腐蝕程度的主要因素。

4 結(jié) 論

采用半電池電位法、線性極化法、電化學(xué)噪聲并結(jié)合電化學(xué)阻抗譜，測(cè)試了地下管道電化學(xué)腐蝕程度。干濕交界處S3鋼樣腐蝕速率最大，其次為全濕區(qū)S4鋼樣，再次微濕區(qū)S2鋼樣，在含水量最小環(huán)境中S1鋼樣腐蝕速率最小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明土壤中的氯離子和濕度分布是影響鋼樣電化學(xué)腐蝕程度的主要因素。

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