接地材料對(duì)埋地金屬管道陰極保護(hù)效果及電流需求量的影響

姜子濤,杜艷霞,梁 毅,熊金根,孫冰冰

(1. 安科工程技術(shù)研究院(北京)有限公司，北京 100083； 2. 北京科技大學(xué) 新材料技術(shù)研究院腐蝕與防護(hù)中心，北京 100083；3. 中石油西部管道科技信息服務(wù)中心，烏魯木齊 830000)

接地材料對(duì)埋地金屬管道陰極保護(hù)效果及電流需求量的影響

姜子濤1,杜艷霞2,梁 毅2,熊金根3,孫冰冰3

(1. 安科工程技術(shù)研究院(北京)有限公司，北京 100083； 2. 北京科技大學(xué) 新材料技術(shù)研究院腐蝕與防護(hù)中心，北京 100083；3. 中石油西部管道科技信息服務(wù)中心，烏魯木齊 830000)

通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)探討了接地材料的極化特性及其對(duì)管道陰極保護(hù)電流需求量的影響，同時(shí)也研究接地極與管道的間距對(duì)管道極化電位的影響。結(jié)果表明：接地材料為接地模塊、銅包鋼、鋅包鋼時(shí)，體系對(duì)陰極保護(hù)電流的需求量依次降低，鋅包鋼作為接地材料的服役性能更優(yōu)越。當(dāng)接地極與試片的間距超過試樣直徑的5倍時(shí)，對(duì)試樣極化電位基本不變，即對(duì)試樣極化電位的影響可以忽略。

區(qū)域性陰極保護(hù)；接地；管道；陰極保護(hù)效果

油氣站場(chǎng)接地系統(tǒng)可以有效地減輕雷擊、靜電以及感應(yīng)電流等造成的危害。隨著管道自動(dòng)化控制程度的不斷提高，油氣站場(chǎng)接地系統(tǒng)規(guī)模愈加龐大，結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜。綜合考慮降低各區(qū)域電位差異、優(yōu)化接地系統(tǒng)及經(jīng)濟(jì)效益，站場(chǎng)內(nèi)各系統(tǒng)間采用聯(lián)合接地網(wǎng)已成為必然的趨勢(shì)[1-4]。美國、巴基斯坦等地都報(bào)道過與站場(chǎng)接地網(wǎng)相連的管線發(fā)生腐蝕泄露的案例[5-7]。在我國，站場(chǎng)接地系統(tǒng)大量采用銅和接地模塊，這些接地材料是否會(huì)對(duì)站場(chǎng)的區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)造成影響，增大管道的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，值得關(guān)注。

目前，國內(nèi)外已經(jīng)開展了一些有關(guān)接地材料對(duì)管道腐蝕行為影響規(guī)律的研究。Romanoff[8]認(rèn)為，銅雖然具有良好的導(dǎo)電性，但是可能帶來相鄰鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)物的腐蝕問題。Housk[5,9]指出，為克服鐵和銅的電位差異，必須向管道施加足夠的陰極保護(hù)，以免管道發(fā)生腐蝕。此外，為了確保陰極保護(hù)的有效性，管道與銅接地極應(yīng)保持合理的距離。E.L.Kirkpatrick[10]的研究表明,當(dāng)接地系統(tǒng)與管道直接電連接時(shí)，會(huì)對(duì)管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，陰極保護(hù)電流的需求量會(huì)增大20多倍。Bladholm[11]和Ghesquiere[12]分別研究了銅在土壤模擬溶液中的極化行為。結(jié)果表明，銅在不同溶液中的極化電流各不相同。閆愛軍[13]等研究了不同接地材料在土壤中的腐蝕行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，銅的腐蝕速率最低，Q235鋼的腐蝕速率最高。聶新輝[14]等也得到類似的結(jié)論。Gummow[15]研究了不同接地材料在不同土壤環(huán)境中的極化行為，結(jié)果表明,土壤含氧量對(duì)極化電流的需求量有很大的影響。

盡管國內(nèi)外圍繞接地系統(tǒng)與陰極保護(hù)系統(tǒng)的電化學(xué)行為開展了部分研究，但是有關(guān)新型接地材料對(duì)管道陰極保護(hù)影響規(guī)律的研究較少，同時(shí)缺乏較大規(guī)模的模擬試驗(yàn)。本工作采用室內(nèi)模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試相結(jié)合的方法，研究了多種接地材料對(duì)管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響規(guī)律，希望可以為陰極保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 室內(nèi)模擬試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料及方法

將碳鋼、銅包鋼、鋅包鋼以及接地模塊4種材料加工成10 mm×10 mm×3 mm的試樣，其中碳鋼用于模擬管道，銅包鋼、鋅包鋼以及接地模塊用于模擬油氣站的接地系統(tǒng)。用導(dǎo)電膠將試樣與導(dǎo)線進(jìn)行電連接，隨后用環(huán)氧樹脂密封5個(gè)表面，留出一個(gè)10 mm×10 mm的工作面。用SiC砂紙將試樣的工作面逐級(jí)打磨，再用去離子水和丙酮將其沖洗干凈，冷風(fēng)快速吹干，備用。

1.1.1 動(dòng)電位極化曲線測(cè)試

測(cè)量三種不同接地材料(銅包鋼、鋅包鋼、接地模塊)以及碳鋼在北京地區(qū)土壤中的極化曲線。極化曲線測(cè)試采用三電極體系，接地材料(或者碳鋼)為工作電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，Pt電極為輔助電極。選取的掃描速率為0.5 mV/s。測(cè)試結(jié)束后，將工作電極的電位值轉(zhuǎn)化為相對(duì)于Cu/CuSO4(CSE)的電位值。

1.1.2 陰極保護(hù)電流需求量測(cè)量

陰極保護(hù)電流需求量測(cè)試在-1.0 V(vs.SCE)恒電位下采用三電極法進(jìn)行，測(cè)量電路圖如圖1所示。碳鋼與接地材料共為工作電極，碳鋼與接地材料的間距為50 cm；飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，混合金屬氧化物電極為輔助電極。試驗(yàn)過程中，參比電極靠近碳鋼的表面，即碳鋼表面的電位處于-1.0 V(vs.SCE)的恒定狀態(tài)；通過電化學(xué)工作站監(jiān)測(cè)使用三種接地材料(銅包鋼、鋅包鋼、接地模塊)時(shí)，碳鋼電位達(dá)到-1.0 V(vs.SCE)所需的陰極保護(hù)電流隨時(shí)間的變化。陰極保護(hù)電流需求量測(cè)試在

圖1 陰極保護(hù)電流需求量測(cè)量電路圖Fig. 1 The circuit diagram for measurement of cathodic protection current demand

北京地區(qū)土壤中進(jìn)行。

1.1.3 不同間距下接地材料和碳鋼極化電位測(cè)量

在無陰保條件下，接地材料與碳鋼直接電相連形成回路，如圖2所示。改變接地材料與碳鋼的間距，監(jiān)測(cè)接地材料與碳鋼電連接20 min后兩者的瞬間斷電電位，即極化電位。電壓表V1與參比電極RE1測(cè)量碳鋼的斷電電位，電壓表V2與參比電極RE2測(cè)量接地材料的斷電電位。試驗(yàn)中調(diào)節(jié)接地材料與碳鋼的間距，使其分別為1，2，3，4，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50 cm。

圖2 極化電位測(cè)量電路圖Fig. 2 The circuit diagram for polarization potential measurement

1.1.4 接地極-碳鋼耦合體系混合電位的測(cè)量

圖3 接地極-碳鋼耦合體系混合電位的測(cè)量電路Fig. 3The circuit diagram of mixed potential measurement for coupling system of grounding material and carbon steel

為了研究參比電極位置對(duì)接地極-碳鋼耦合體系混合電位測(cè)試的影響，在不同接地極-碳鋼間距(1，5 ，20，50 cm)下測(cè)試了參比電極遠(yuǎn)離碳鋼時(shí)體系的混合電位,測(cè)量電路如圖3所示，接地材料與碳鋼直接電連接形成閉合回路。耦合體系混合電位的測(cè)量在接地極與碳鋼電連接20 min后(此時(shí)耦合系統(tǒng)已穩(wěn)定)，采用飽和甘汞電極和電壓表V1進(jìn)行。測(cè)試過程中，參比電極靠近碳鋼一側(cè)，平行于碳鋼表面移動(dòng)，如圖3中的箭頭所示。當(dāng)參比電極遠(yuǎn)離碳鋼表面0，1，2，3，4，5，6 cm時(shí)分別記錄耦合體系的通電電位。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果

1.2.1 動(dòng)電位極化曲線

由圖4可以看出，將碳鋼和銅極化到-0.85～-1.2 V(vs.CSE)時(shí)，碳鋼與銅包鋼的極化曲線基本重合，二者所需的陰極電流密度相差不大。但是，將接地模塊極化到-0.85～-1.2 V(vs.CSE)所需要的電流密度高于碳鋼和銅包鋼所需的。此外，將鋅包鋼電位極化到-1.2 V(vs.CSE)需要的電流與銅包鋼、碳鋼的需求量相差不大。當(dāng)極化電位低于-1.25 V(vs.CSE)時(shí)，極化鋅包鋼需要的電流密度稍大于銅包鋼和碳鋼的，但總體變化不大。

圖4 不同材料在土壤中的動(dòng)電位極化曲線Fig. 4 Potentiodynamic polarization curves of different materials in soil

將不同接地材料極化到相同的電位，所需的極化電流有所差異。在特定的條件下，極化電流密度可以相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)，故接地系統(tǒng)會(huì)對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)接地模塊(或銅包鋼)與碳鋼相連時(shí)，接地極從陰保系統(tǒng)獲取電流發(fā)生極化，而接地模塊所需的電流較銅包鋼更高。鋅的自腐蝕電位為-1.0 V(vs.CSE)，只有當(dāng)鋅的極化電位比-1.0 V(vs.CSE)更負(fù)時(shí)，才需要從陰保系統(tǒng)獲取電流。

總而言之，鋅包鋼作為接地材料的服役性能更優(yōu)越，但此時(shí)管道的陰極保護(hù)電位需要控制在-0.85～-1.0 V(vs.CSE)。若管道的陰極保護(hù)電位到達(dá)-1.2 V(vs.CSE)，甚至更負(fù)時(shí)，接地極將消耗大量的陰保電流，降低陰保系統(tǒng)的有效性。

1.2.2 陰極保護(hù)電流需求量

接地材料對(duì)碳鋼陰極保護(hù)電流需求量的影響如圖5所示。由圖5可以看出，在恒電位為-1.0 V(vs.SCE)的陰極保護(hù)下，接地模塊對(duì)碳鋼陰極保護(hù)電流需求量的影響最大，此時(shí)碳鋼的陰極保護(hù)電流需要量達(dá)到了330 μA；其次為銅包鋼，為72 μA；鋅包鋼的影響最小，約為54 μA。

圖5 接地材料對(duì)陰保電流需求量的影響Fig. 5 The effect of grounding materials on cathodic protection current demand

在恒電位為-1.0 V(vs.SCE)的陰保條件下，當(dāng)接地模塊、銅包鋼與碳鋼相連時(shí)，接地極消耗陰保電流，而鋅包鋼與碳鋼相連時(shí)，鋅包鋼發(fā)生陽極極化，向碳鋼提供陰保電流，因此，在接地極為接地模塊與銅包鋼的體系中，體系對(duì)陰保電流的需求量要大于鋅包鋼。

另外,從圖4的極化曲線也可以看出，當(dāng)接地模塊、銅包鋼發(fā)生陰極極化時(shí)，將兩種材料同時(shí)極化到-1.0 V(vs.SCE)的電位，接地模塊對(duì)電流的需求量更大。因此，當(dāng)接地模塊與碳鋼相連時(shí)，體系對(duì)陰保電流的需求量更大。

以上分析可知，當(dāng)陰保電位為-1.0 V(vs.SCE)時(shí)，接地模塊、銅包鋼、鋅包鋼對(duì)陰保電流需求量依次降低，此時(shí)，鋅包鋼作為接地材料的服役性能更優(yōu)越。

1.2.3 不同間距下接地材料和碳鋼極化電位

由于接地模塊的自腐蝕電位正于碳鋼的，因此連接后，接地模塊發(fā)生陰極極化，碳鋼發(fā)生陽極極化。由圖6可以看到，隨著接地模塊與管道間距的增大，接地模塊的極化電位正向偏移，即陰極極化程度降低；而當(dāng)間距超過5 cm之后，接地模塊的極化

圖6 碳鋼-接地模塊耦合體系中間距對(duì)極化電位的影響Fig. 6 The effect of distance in the coupling system of carbon steel and grounding module on polarization potential

電位變化不大。

與接地模塊相似，銅包鋼的自腐蝕電位也正于碳鋼的自腐蝕電位，因此連接后，銅包鋼發(fā)生陰極極化，碳鋼發(fā)生陽極極化。由圖7可以看到，隨著銅包鋼與碳鋼的間距的增大，銅包鋼的極化電位正向偏移，即陰極極化程度降低；間距大于5 cm后，銅包鋼的極化電位隨間距增大而沒有明顯變化。

圖7 碳鋼-銅包鋼耦合體系中間距對(duì)極化電位的影響Fig. 7 The effect of distance in the coupling system of carbon steel and copper clad on polarization potential

與接地模塊、銅包鋼不同，由于鋅的自腐蝕電位正于碳鋼的自腐蝕電位，因此連接后，鋅發(fā)生陽極極化，碳鋼發(fā)生陰極極化。由圖8可以看到，隨著鋅包鋼與碳鋼間距的增大，碳鋼的極化電位正向偏移，即陰極極化程度降低；當(dāng)間距超過5 cm后，碳鋼的極化電位變化不大。

圖8 碳鋼-鋅包鋼耦合體系中間距對(duì)極化電位的影響Fig. 8 The effect of distance in the coupling system of carbon steel and zinc clad steel on polarization potential

當(dāng)接地材料為接地模塊或者銅包鋼時(shí)，碳鋼與接地材料電連接，接地材料發(fā)生陰極極化，而碳鋼發(fā)生陽極極化。由于碳鋼陽極極化曲線斜率較小，且耦合體系中的電流較小，因而在碳鋼-接地模塊和碳鋼-銅包鋼耦合體系中，碳鋼陽極極化不明顯，但隨著間距的增大，碳鋼仍存在極化程度降低的趨勢(shì)，如圖6和圖7所示。隨著耦合體系間距的增大，溶液電阻隨之增加，體系總電阻增大引起電流的消耗增多，因而接地模塊、銅包鋼陰極極化程度降低，極化電位正向偏移。由于銅包鋼比接地模塊更易極化，所以間距對(duì)銅包鋼的極化影響更為明顯，間距的增大使得銅包鋼陰極極化降低的程度大于接地模塊。

當(dāng)接地材料為鋅包鋼時(shí)，碳鋼與鋅包鋼電連接，碳鋼發(fā)生陰極極化，鋅包鋼發(fā)生陽極極化。鋅包鋼陽極極化斜率很小，很難極化。因此，碳鋼與鋅包鋼的間距對(duì)鋅包鋼極化電位的影響相對(duì)較小，但鋅包鋼仍存在陽極極化程度降低的趨勢(shì)，極化電位偏移量在5 mV以內(nèi)，如圖8所示。碳鋼在碳鋼-鋅包鋼耦合體系中發(fā)生陰極極化，隨著間距的增大，溶液電阻所引起的電流消耗越多，碳鋼的陰極極化程度降低，碳鋼電位正向偏移。

當(dāng)間距過大，溶液的電阻過高，導(dǎo)致耦合體系的電流被大量消耗，陰極材料極化程度很低，極化電位變化很小，因此間距對(duì)極化電位的影響存在一個(gè)極限值。由圖6～8可以看出。當(dāng)接地材料與管道的間距小于5 cm時(shí)，隨著碳鋼與接地材料的間距增大，碳鋼與接地材料的極化程度呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)；當(dāng)接地材料與管道的間距大于5 cm時(shí)，極化電位不再發(fā)生變化。

1.2.4 接地極-碳鋼耦合體系的混合電位

由圖9可以看到，在碳鋼-接地模塊耦合體系中，同一碳鋼-接地模塊間距下，隨著參比電極逐漸遠(yuǎn)離碳鋼表面，混合電位逐漸正向偏移。當(dāng)參比電極與碳鋼之間的距離達(dá)到一個(gè)極限值時(shí)，測(cè)得的混合電位不再隨參比電極位置發(fā)生變化：當(dāng)碳鋼-接地模塊間距為1，5 cm以及20 cm時(shí)，參比電極與碳鋼表面距離的極限值為3 cm；當(dāng)碳鋼-接地模塊間距為50 cm時(shí)，參比電極與碳鋼表面距離的極限值為2 cm。

由圖10可以看到，在碳鋼-銅包鋼耦合體系中，隨著參比電極與碳鋼表面距離的不斷增大，耦合體系的混合電位也發(fā)生正向偏移。當(dāng)碳鋼與銅包鋼的間距為1 cm時(shí)，測(cè)量距離大于1 cm后混合電位不再發(fā)生變化；當(dāng)碳鋼與銅包鋼的間距為5 cm時(shí)，測(cè)量距離大于2 cm后混合電位不再發(fā)生變化；當(dāng)碳鋼與銅包鋼的間距為20 cm和50 cm時(shí)，測(cè)量距離大于3 cm后混合電位不再發(fā)生變化。

圖9 不同間距的碳鋼-接地模塊耦合體系中參比電極位置對(duì)混合電位測(cè)量的影響Fig. 9 The effect of reference electrode location in coupling system of carbon steel and grounding module with different distances on mixed potential measurement

圖10 不同間距的碳鋼-銅包鋼耦合體系中參比電極位置對(duì)混合電位測(cè)量的影響Fig. 10The effect of reference electrode location in coupling system of carbon steel and copper clad with different distances on mixed potential measurement

由圖11可以看到，在碳鋼-鋅包鋼耦合體系中，隨著參比電極與碳鋼表面距離的不斷增大，耦合體系的混合電位逐漸負(fù)向偏移，且當(dāng)參比電極與碳鋼距離達(dá)到極限值時(shí)，所測(cè)得的混合電位不再隨參比電極位置發(fā)生變化：當(dāng)碳鋼與鋅包鋼間距為1 cm和5 cm時(shí)，該極限值為3 cm；當(dāng)碳鋼與鋅包鋼間距為20 cm和50 cm時(shí)，該極限值為2 cm。

圖11 不同間距的碳鋼-鋅包鋼耦合體系中參比電極位置對(duì)混合電位測(cè)量的影響Fig. 11The effect of reference electrode location in coupling system of carbon steel and zinc clad steel with different distances on mixed potential measurement

參比電極位置對(duì)耦合體系混合電位的測(cè)量存在一定的影響。當(dāng)碳鋼與電位較正的接地材料(如銅包鋼、接地模塊等)相連時(shí)，兩者之間由于自腐蝕電位的差異而耦合形成一個(gè)原電池，由于IR降的存在以及碳鋼周圍的電場(chǎng)對(duì)的混合電位測(cè)量影響的減弱，混合電位隨著參比電極逐漸遠(yuǎn)離碳鋼表面而呈現(xiàn)逐漸變正的趨勢(shì)。當(dāng)測(cè)量位置與碳鋼表面的距離達(dá)到某一極限值，碳鋼與接地材料對(duì)測(cè)量電位的影響相當(dāng)，所測(cè)得的混合電位不再發(fā)生變化。

當(dāng)接地材料為鋅包鋼時(shí)，參比電極遠(yuǎn)離碳鋼表面，碳鋼對(duì)測(cè)量電位的影響減弱，鋅包鋼對(duì)測(cè)量電位影響逐漸呈現(xiàn)，因此所測(cè)的混合電位負(fù)向偏移。與接地模塊、銅包鋼相似，在碳鋼-鋅包鋼耦合體系中，同樣存在極限值使得測(cè)量的耦合體系的混合電位不再發(fā)生變化。在試驗(yàn)所涉及的接地材料與碳鋼的間距下，當(dāng)參比電極位置與碳鋼表面距離超過3 cm后，所測(cè)得的混合電位都不再隨參比電極的移動(dòng)而發(fā)生變化。

2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

2.1 測(cè)試方法及電路圖

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試示意圖如圖12所示，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分別閉合開關(guān)1、2、3、4、5、6實(shí)現(xiàn)不同的接地材料與管道相連，研究銅、鍍鋅鋼、鋅、接地模塊(石墨)、HY004A(鍍鎳紫銅)、CET(鋅、帶填包料的不銹鋼)六種接地材料對(duì)管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響。管線的長度為10 m，直徑為508 mm，涂層為FBE。六種接地材料的安裝方式如圖13所示。

圖12 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試示意圖(俯視圖)Fig. 12 Sketch of outdoor simulation experiment (planform)

(a) 銅 (b) 鍍鋅鋼 (c) 鋅 (d) 接地模塊

(e) HY004A (f) CET(填包前) (g) CET(填包后)圖13 不同接地材料的安裝方式Fig. 13 Field installation of various grounding materials: (a) Cu; (b) galvanized steel; (c) Zn; (d) grounding module; (e) HY004A; (f) CET (before filling) and (g) CET (after filling)

2.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果

采用外加電流陰極保護(hù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試在恒電流和恒電位兩種陰極保護(hù)條件下進(jìn)行，其測(cè)試結(jié)果見表1和表2。

表1 恒電位陰極保護(hù)下管道與不同接地材料連接時(shí)所需的陰保電流Tab. 1 The cathodic protection current of pipeline connected with different grounding materials under potential-static cathodic protection condition mA

由表1可以看出，在恒電位陰極保護(hù)條件下，當(dāng)管道與接地模塊相連時(shí)，陰保電流的需求量最大，管道與HY004A相連時(shí)則次之，當(dāng)管道與銅接地極相連時(shí)，對(duì)陰保電流的需求量位居第三。接地模塊與HY004A對(duì)陰保系統(tǒng)的影響大于銅接地極。這是因?yàn)殂~極化所需的陰保電流很小，盡管接地模塊與銅的自腐蝕電位相近。當(dāng)管道的陰保電位為-0.9V(vs. CSE)時(shí)，若將其與鍍鋅鋼或鋅電連接時(shí)，電源的輸出電流極性發(fā)生逆轉(zhuǎn)，表明此時(shí)接地材料能提供足夠的陰保電流，不需要直流電源提供陰保電流。

表2 恒電流陰極保護(hù)下管道與不同接地材料連接時(shí)所需的陰極保護(hù)電位Tab. 2The cathodic protection potential of pipeline connected with different grounding materials under constant-current cathodic protection condition V(vs.CSE)

若要管道的陰保電位達(dá)到-1.3 V(vs.CSE)，當(dāng)管道與鍍鋅鋼或者鋅電連接時(shí)，需要直流電源分別提供1.32 mA和1.22 mA的陰保電流，這比無接地極下需要的陰保電流(0.153 mA)更高。這表明，在這種情況下接地極(鍍鋅鋼或者鋅)消耗了陰保電流。此外，當(dāng)管道與CET接地極相連時(shí)，由于不銹鋼接地極與填包料的影響，直流電源將直接向管道輸出陰保電流。填包料對(duì)陰保系統(tǒng)的影響還不明確，需要進(jìn)行更多的試驗(yàn)來探索。

由表2可以看出，在恒電流陰極保護(hù)條件下，當(dāng)直流電源的輸出電流高于0.125 mA，接地系統(tǒng)使得管線電位發(fā)生正向偏移；當(dāng)輸出電流低于0.078 mA時(shí)，鋅和鍍鋅鋼接地極使管道電位發(fā)生負(fù)向偏移。HY004A對(duì)管道電位的影響最大。在恒電流陰極保護(hù)下，如果管線與銅、接地模塊、HY004A、CET相連，管線的電位將比-0.85 V(vs.CSE)更正。

3 結(jié)論

(1) 在土壤中，銅和碳鋼極化需要的電流幾乎一樣，但極化接地模塊需要的電流更多。

(2) 在-1.0 V(vs.SCE)的恒電位陰極保護(hù)下，接地材料為接地模塊、銅包鋼、鋅包鋼時(shí)，體系對(duì)陰極保護(hù)電流的需求量依次降低，鋅包鋼作為接地材料的服役性能更優(yōu)越。

(3) 無陰極保護(hù)下，在耦合體系中碳鋼與接地材料間距的增大會(huì)引起極化程度的降低，并且間距對(duì)極化電位的影響存在一個(gè)極限值，在試驗(yàn)條件下，當(dāng)間距達(dá)到5 cm，即試樣直徑的5倍，極化電位不再發(fā)生變化。

(4) 參比電極的位置對(duì)接地材料-碳鋼直流耦合體系混合電位的測(cè)試存在一定的影響。在試驗(yàn)條件下，當(dāng)參比電極與碳鋼表面距離達(dá)到3 cm，即試樣直徑的3倍，所測(cè)得的混合電位不再發(fā)生變化。

(5) 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，銅、HY004A(鍍鎳紫銅)，接地模塊(石墨)、CET(鋅、帶填包料的不銹鋼)能導(dǎo)致管道的電位發(fā)生正向偏移，同時(shí)也會(huì)增大直流電源的輸出電流。

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Effect of Electrical Grounding Material on the Cathodic Protection of Buried Metallic Pipeline and Its Current Demand

JIANG Zi-tao1, DU Yan-xia2, LIANG Yi2, XIONG Jin-gen3, SUN Bing-bing3

(1. Safetech Research Institute, Beijing 100083, China; 2. University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 3. Petrochina West Pipeline Company, Urumqi 83000, China)

Polarization characteristics of various grounding materials were measured in laboratory and then the effect of grounding materials on cathodic protection current demand of pipeline was discussed. Moreover, the effect of space between grounding and pipeline on polarization potential was studied by indoor simulation experiments. The results indicated that cathodic protection current demand decreased in turn, when the grounding material was grounding module, copper clad steel and zinc clad steel. Among them, the zinc clad steel was the best material for grounding. When the space between grounding and pipeline was beyond 5 times of sample diameter, the polarization potential of sample stayed stable, indicating that the effect of space was negligible.

regional cathodic protection; grounding; pipeline; efficiency of cathodic protection

2015-06-15

杜艷霞(1980-)，博士，副研究員，從事腐蝕與防護(hù)研究工作，15801429530，duyanxia@ustb.edu.cn

10.11973/fsyfh-201612012

TE832

A

1005-748X(2016)12-1003-07