用电化学方法评价贵阳市埋地燃气管线腐蚀行为VIP

文章编号10026886200604001803用电化学方法评价贵阳市埋地燃气管线腐蚀行为王琬1,陶文亮1,211贵州大学化学工程学院,贵州贵阳55000321南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京210009作者简介王琬1981,贵州大学化工学院,硕士研究生,讲师。收稿日期2005611摘要为了在较短的时间内获得更多贵阳市埋地燃气管线土壤中的腐蚀信息,本文采用极化曲线、扫描电镜SEM等电化学方法研究贵阳市埋地燃气管线的电化学特征,由此来评价贵阳市埋地燃气管线腐蚀行为。研究表明贵阳市土壤腐蚀过程可分为以下几种情况1在大多数土壤中,尤其是潮湿和密实的土壤,腐蚀过程主要由阴极过程控制,在酸性土壤中阴极过程主要是氢还原。2对疏松和干燥土壤,腐蚀特征接近大气条件的腐蚀,腐蚀过程由阳极过程所控制。关键词埋地燃气管线腐蚀行为极化曲线控制过程中国分类号O2132文献标志码AEVALULATINGCORROSIONBEHAVIOUROFUNDERGROUNDGASPIPELINESINGUIYANGBYUSINGINDOORMEASUREMENTSWANGWAN,TAOWEN2LIANGABSTRACTUSINGINDOORMEASUREMENTSOFPOLARIZATIONCURVE、SEMTOSTUDYCORROSIONBEHAVIOURANDCORROSIONRATEOFUNDER2GROUNDGASPIPELINESINTHREETYPICALTYPESSOILOFGUIYANGITINDICATEDTHATTHECORROSIONTYPESOFGASPIPELINESWASUNIFORMANDPITCORROSION,THESOILISTHEKEYFACTORTODECIDECORROSIONTYPESANDRATESTHEELECTROCHEMICALCHARACTERSHADBEENANALYZED,THERE2SULTSOFTHECORROSIONPROCESSOFGASPIPELINESSHOWEDASFOLLOWSTHEANODICPROCESSIONWASFERRICDISSOLUTION,THECATHODICPROCES2SIONWASPREDOMINANTLYDIFFUSIONLLYCONTROLLEDBYOXYGENREDUCTIONTHECATHODICPROCESSIONSIMULTANEOUSLYEXISTEDHYDROGENREDUC2TIONIN1SOIL,WITHALOWERPH,THECORROSIONPROCESSIONWASCONTROLLEDBYHYDROGENREDUCTIONKEYWORDSUNDERGROUNDGASPIPELINESCORROSIONBEHAVIOURPOLARIZATIONCURVECONTROLL1引言用极化曲线等电化学测试方法评价土壤腐蚀行为,探讨腐蚀机理,已取得了良好的效果3,本文将这一套方法应用于贵阳市土壤对典型腐蚀体系进行了研究和评估,为室内实验研究提供评价依据。2实验方法与内容含水量是影响材料土壤腐蚀的一个重要因素1,它是使土壤成为电解质,构成电化学腐蚀的关键因素,直接影响到与土壤腐蚀有关的其它因素,如土壤的透气性、电阻率、固、液、气三相的组成结构等,并与盐含量、酸碱性等因素间具有较强的交互作用。将从现场取回的土壤进行简易的处理后,在不改变土壤理化性质情况下,做土壤腐蚀实验。1贵阳市管线材料多为A3钢,因此选用A3钢为实验用材。2为了使实验结果具有可比性,将现场取回的土壤作为实验介质。经过处理的土样按不同比例与蒸馏水混合,配置成水分含量分别为15、20、25、30、饱和根据经验法测定2的土壤介质,加盖密封。3极化曲线测量采用M273恒电位仪,M352测试软件及微机组成的测试系统。3实验结果、分析与讨论贵阳市土壤中极化曲线特征分析将所得的极化曲线在极化区,用软件进行拟合,求出瞬时速率及相关参数。由图1A和所得参数可以看出在低含水量的时候,阳极极化曲线比阴极极化曲线陡,阳极TAFEL斜率BA阴极TAFEL斜率BC,说明阳极极化过程比阴极极化过程强,腐蚀过程一般为阳极控制图1B中含水量的时候BA、BC大小相近,腐蚀控制过程为阴、阳极共同作用而在图2C高含水量时BA12。试样的土壤腐蚀速率在中等含水量较大,而在高、低含水量下较小,这主要是因为在含水量较高的土壤中,水分较多而密实,氧含量少,作为去极化剂的氧难以达到A3钢表面,传输阻力大,因而腐蚀速率较小。在中等含水量的土壤中,试样表面形成了连续,非均匀液相膜,但又不会因含水量过多而显著改变透气性,同时液膜的不均匀造成的氧浓差电池对土壤腐蚀具有加速作用,故腐蚀速率较大,但随着含水量的继续降低,氧浓差电池的作用逐渐减小,土壤的腐蚀速率就减小,在更低含水量条件下,因土壤水分的缺失,金属的离子化阻力很大,并且有部分试样表面在薄液膜下发生钝化,因而腐蚀速率变得很低。4极化后试样腐蚀形貌分析当试样做完极化曲线后,对极化后的表面微观SEM形貌观察,进一步探索在不同含水量下A3钢的土壤腐蚀规律。图3为含水量为25的三种土壤中极化后腐蚀后表面形貌SEM观察和EDS分析可以看出在三种土壤中均发生了均匀腐蚀和局部腐蚀,不同的理化性质土壤中的点蚀形状有很大的差别在1坑中,腐蚀产物较坚硬,成壳,这说明腐蚀性离子可侵入腐蚀产物壳,对基体进行腐蚀,腐蚀产物没有保护作用,产物主要是铁的氧化物2坑中,腐蚀产物没有附着在基体上,发生了明显的点腐蚀和槽腐蚀,产物主要是铁的氧化物3坑中,腐蚀疏松,且有裂纹,说明腐蚀产物没有保护作用,是土壤与产物的混合物。根据以上研究推断A3钢在贵阳市典型土壤中可能发生的腐蚀机理是土壤中的水分溶解有盐类和大气氧,A3钢在腐蚀时生成氧化物或这些氧化物的水化物,如氧化亚铁FEO、氧化铁FE2O3和磁性氧化铁FE3O4、氢氧化铁FEOH3、氢氧化亚铁FEOH2等。A3钢在土壤中的阳极过程两价铁离子进入土壤电解液,并发生铁氧化作用FENH2OFE2NH2O2E在酸性较强的土壤中,才有相当数量的铁成为两价和三价离子,以离子状态存在与土壤中。在稳定的中性和碱性土壤中,由于FE2和OH之间的次生反应而生成FEOH2FE22OHFEOH2绿色产物当阳极区有氧时,FEOH2能氧化成为溶解度很小的FEOH32FEOH21/2O2H2O2FEOH3FEOH3产物是很不稳定的,它转变成为更稳定的产物FEOH3FEOOHH2O2FEOH3FE2O33H2OFE2O33H2O当土壤中存在HCO3、CO32和S2阴离子时,会与铁离子生成不溶性腐蚀产物,该产物阻碍阳极过程,对阳极过程有重要作用FE2S2FESFE2CO32FECO3A3钢在土壤中的阴极过程在发生土壤腐蚀时,阴极过程是氧的还原,在阴极区生成OH离子O22H2O4E4OH在酸性很强的土壤中,才会发生氢的放电22H2EH2在硫酸盐还原菌的参与下,硫酸根的还原也可作为土壤腐蚀的阴极过程SO424H2O8ES28OH铁离子的还原,由高价离子获得电子变为低价离子,也是一种土壤腐蚀的阴极过程FE3EFE25结论根据阴极过程和阳极过程的分析,贵阳市土壤腐蚀过程可分为以下几种情况1在大多数土壤中,尤其是潮湿和密实的土壤,腐蚀过程主要由阴极过程控制,在酸性土壤中阴极过程主要是氢还原。2对疏松和干燥土壤,腐蚀特征接近大气条件的腐蚀,腐蚀过程由阳极过程所控制。下转第21页91设计研究分析为简单起见,且不失一般性,可利用4A式计算HIJKII得HIJKIIHIIHIJHIJKIIHIIKII把6式代入上式变为HIJKIIKIINL1LI2KL112LJZLL无论是频响的相对灵敏度,还是频响模的相对灵敏度,多自由度灵敏度曲线会出现多个峰值,对于一般非密集模态情形,在第L阶固有频率附近,上式可表示为HIJKIIKIIKLLI2112LJZLL7A类似的,可得HIJMIIMIIMLLI2112LJZLL7BHIJCIICIICLLI2112LJZLL7C频响函数模的相对灵敏度HIJKIIKIIKLLI21L212L242L2L8AHIJMIIMIIMLLI2L21L212L242L2L8BHIJCIICIICLLI22LL212L22LL28C3系统物理参数的修正对系统进行振动控制或动力学优化设计时,有时要求对传递函数的峰值进行控制,而进行主动控制的方法主要是参数修改优化,对参数的修正量可以通过上述理论得到。我们设计一个系统,首先从理论上确定它的参数,然后建立力学模型,通过计算我们力求找出它的模态质量、模态刚度、振型和频率,并且可求出8A、8B、8C等式右边部分3。由8A、8B、8C得到下列式子HIJKIIHIJ/HIJKII/KII9AHIJMIIHIJ/HIJMII/MII9BHIJCIIHIJ/HIJCII/CII9C又由9A、9B、9C可得所需物理参数的修改量KIIKIIHIJHIJKIIHIJ10AMIIMIIHIJHIJMIIHIJ10BCIICIIHIJHIJCIIHIJ10C4结论通过以上分析,在估算系统参数,建立力学数学模型的基础之上,可利用频响函数的相对灵敏度和模态参数之间的关系,通过实测的频响函数对振动系统的物理参数进行修正,达到对传递函数峰值进行控制的目的。参考文献1程耀东机械振动学M浙江浙江大学出版社,19902周传荣模态分析与参数识别M北京科学技术出版社,19833季文美等机械振动M北京科学出版社,1985上接第19页含水量是影响电化学腐蚀的主要因素,它决定了腐蚀形态也是影响腐蚀坑形成和发展的最主要因素,当含水量为25时腐蚀速率达到最大值A3钢在土壤电化学腐蚀中,阴极极化过程比阳极极化过程强,特别是在含水量适中的土壤中更加明显在PH值较低的土壤环境中,阴极过程受析氢过程控制较为明显。参考文献1魏宝明金属腐蚀理论及应用