埋地管线钢交流腐蚀行为研究现状分析

1、第ii期龄.埋地管线钢交流腐蚀行为研究现状分析刘凯峰中国石油管道公司沈汨检测技术分公司，辽宁沈阳110168）描 要针时埋苑管线钢的交说周th行为.从交流千扰饨化和g机理两方而逐行了总牡和分析，以期为管道交溢千扰防 护提供一堞借答.美12词埋地管废；文汉干扰；饨化；祝理随着石油、天然气.电力等行业的迅速发 展，相应的根底建设大地增加，油气管网与高压 输电网诡布各地，不可防止地出现了架空高压交 流输电线路或交流供电的电气化铁路与埋地管道 共用“公共走廊”现象'七高压输电线路和城市 地铁交流牵引系统的交流电源会使与其平行的埋 地金属管道感应出交流电压.由此而产生交流电 流，并诱发交流痼蚀目

2、前国内外开展交流腐蚀研究采用的手段是 实验室模拟加速实验，主要研究干扰源特性（包 括干扰电压、干扰电流密度、交流电波形、交流 电频率等）对交流旅蚀速率和饨化特性等腐蚀行 为的影响，并取得了一定成果，然而对交流牖蚀 机理的探i寸一直存在争议，尚无一有效机理得到 学术界的广泛认可国外对交流腐蚀机理已经做了很多探索。部 分研究者通过极化曲线建立腐蚀动力学模型，围 绕明阳极塔菲尔斜率的不对称性展开讨论：局部 研究者分析交流干扰下电极界面的氧化复原反响 和腐蚀产物，探讨电化学反响过程。然而.现有 研究工作对交流干扰卜动力学和热力学机理的研 究往往是分开进行的，彼此间缺乏应有的联系和 支持。因此本文针对埋

3、地管线钢的交流腐蚀行为 进行了总结和分析，以期为管道交流干扰防护提 供借鉴。1研究现状文献资料和现场调研均说明,交流修蚀速率 仅占同等情况下的宜流腐蚀速率的1%,然而交 流腐蚀的影响是不容无视的。前人认为交流腐蚀 的主要影响因素为交流干扰电压，但是后来的研 究发现，事实上交流腐蚀起主要作用的是交流干 扰源的交变频率和作用丁金属上的交流电流密度 .funk等针对沙土和茹土两种土壤环境通过试 片（面枳为10cm?）进行了电流密度为1030a/m? 和3oo-loooa/m2的现场试验，当阴保较小（2a/ nr）、交流干扰较大30a/m2）时，其腐蚀速率 高达o.lmm/a.而goidanich等发

4、现当10a/n?的交流 干扰会使金域的腐蚀速率增大一倍。而交流干扰源的频率主要影响了电化学腐蚀 体系过程中腐蚀方程的动力学变化过程，尤其是 金属与腐蚀介质外表的非法拉第反响过程；但是 在相关的研究中发现，在不同的腐蚀体系中总是 存在一个临界频率，因此这也流使得交流腐蚀的 动力学机理更加复杂。目前对交流腐蚀的研究主要包括失重和电化 学实验两种方法，其干扰加载方法主要分为形成 交流电流密度和交流干扰电场施加两种。目前交 流腐蚀的动力学机理分析仍然存在争议，还有待 更加深入、细致的研究。1.1交流干扰对金届钝化行为的影响交流干扰对金属钝化的影响主要表达在阳极 极化方面，因此在电化学研究中多采用阳极极

5、化 曲线、ms曲线和eis来分析其外表形态。wendt和 chin发现，在较大的交流电压下，金厢的钝化膜 几乎无法形成.整个试片外表处于膜层的形成与 破坏的交晋过程中。chin等针对交流电流密度对金域的阳极钝化 区进行了分析，发现当电流密度为20a/m湖就已作者简介：刘凯峰（1981）.男.辽宁大建人.研究生学历. 工程师。在中国石油管宜公司沈阳拾测技木分公司从小长编管道外 检测、管蚀饬护、费道朗极保护评价爷工作 经不存在饨化区，同时指出频率对饨化区的宽度 根本没有影响.但是对其钝化临界电流密度有较 大影响.1.2交流腐蚀机理交流腐蚀理论模型（1）法拉第整流效应该理论首次itlmccollum

6、提出，用于解释交流 干扰加速金属腐蚀的原囚，其主.要思想为交流的 正/负两个半周期过程中产生的电流不相等.导致 腐蚀反响的不w逆：haring更加洋细地指出交流腐 蚀发生的原因主要是由于整流对金厕膜层的影响 导致的 kulman也指出氧化膜的形成与破坏是整 流作用的一个重要影响因素。（2）阳极反响不可逆性而goidanich指出，交流腐蚀的最主要原因应 该是阳极反响，即交流干扰正半周期的不可逆造 成的.曹楚南提出阳极反响的el曲线为非线性形式， 阳极溶解电流密度l是e的指数函数（式1）,当w 吼不大时，可通过式2来估计交流电建应的影响°式中：l一阳极溶解电流密度；1“一腐蚀电 流密度

7、：£-正弦波的交流电（幅值为v） : p4 一叫极tafd斜率。件* 制诘国 喘伤），矗国式<2）<3）阳极反响的去极化作用在交流干扰下，jones发现低合金钢和碳信 在除氧溶液中的fhtttafel斜率降低,因而提出交 流干扰主要是对阳极的去极化过程产生影响：而 在有氧的条件下，主要受到溶解氧的限制。事实 上，该理论仍然是针对交流干扰正负周期对金属 外表膜的影响提出的.<4>金属/腐蚀外表的周期循环作用nielsen指出埋地管道涂层缺阳附近环境发生 碱化和交流电在金属/环境介质界面的振荡作用促 进了管道的腐蚀。<5）强电场诱导效应发生交流腐浊时的电场远

8、远高于自然腐蚀状 态，且变化周期比一般腐蚀的电化学反响时间要 小几个数量级.因此可能会影响相关反成的进程 甚至会影响某些幅蚀反响的发生。交变电场不均 匀，强电场处会发生局部腐蚀，表现为与宜流干 扰相似的膺蚀现象。122交流腐蚀热力学机理研究进展ibrahim等研究了阴极保护下的交流腐蚀.结 果说明交浪电流使阴极保护效果降低，同时捉出 交流电流作用下腐蚀产物膜的不断假化复原过程 导致了交流腐蚀：阳极电流增大，在每个交流周 期内，fcfc0/fcq妒fco的周期性转变导致碳钢 的格蚀。同时,ibrahim等人做出了在阴极保护和 交流i扰同时存在的情况下通电电位和断电电位 的波动图。研究小组针对不同

9、波形、溶液以及 干扰电压中的金届铝交流腐蚀行为进行了相关研 充，指出对金属铝外表钝化膜破坏最严重的波形 为三角波。y. f.cheng等人于20xx年研制了一项d aq数据 采集技术，可以将直流信号和交流信号从总的记 录信号中别离出来.为交流干扰存在时钢铁的腐 蚀提供机理信息.其研究说明.在0-400a/m2内. 随假设交流电流密度增加.腐蚀加强：继续增加至 600-800a/m腐蚀速率减小这归因于在较高交 流电流密度下钢铁外表形成了紧密脂蚀产物层。 研宽还说明只有一小局部的交流电流参与了金属 腐蚀，即充当了法拉第电流，大局部交流电流作 为非法拉第电流参与了双电层的充放电过程，或 者是参与了水

10、的叙化复原。等人研究了x65钢在含有na2co?. nahcoj、naci的溶液中，交流电流对钝化区的影 响：交流干扰越大，钝化区波动越大。作者认为 正是由于交流电流对饨化区域的破坏，使饨化膜 无法形成从而导致了交流腐蚀。而傅备等分析了 交流干扰对金属自腐蚀电位的影响：ac正半周， 金属产生阳极极化,白腐蚀电位正移：ac负半周 明极极化.自腐蚀电位负移.交流腐蚀动力学机理研究进展在理论研猊方面，gellings发现交流干扰只会 影响非线性的ei体系,bpr=pa/pc#l：假设r<l, 那么腐蚀电位减小；假设r>l 腐蚀电位增大；zr=l 腐蚀电位不变。而bertocci根据活化控

11、制理论也得 （下转88页）艺及装黑的运行情况，得出以下结论：(1) 2#水层知离子含量97.04&/l,钠和钾含 量分别为4.78%和3.04%,硫含焚为1.06%, 2#水层 的可溶性总盐含量为22.80%.主要成分为氮化钠 和氯化钾“煞化钠和凯化钾含fit高.主要原因在 于油基固废中70%以上天然盐碱石屑，以及高压技 水层的影响。2#水层是油基固废经离心而得.物 料含水率平均在10%左右，含水率较高，且可溶性 盐在水中的占比很高，在多数的热脱附装置中， 建议企业重视进料前端脱水预处理工序.从源头 遏制工艺装备的腺蚀.(2) 油基固废采用高温热脱附技术时，在 同等腐蚀气象环境下，温度

12、越高，金属基体腐蚀 效应越强，疑腐蚀、硫牖蚀、陪款崩蚀等叠加效 应，导致工艺装备腐蚀加速。建议措施：从 工艺装备选材上落手，分析物料组分找准腐蚀 海，分析胸蚀因素。在高温区，有针对性地提升 金风材料的抗高温抗腐蚀能力。在高温区，选 择新型高性能涂层，防止金届基体直接被腐蚀 避循客观规律，严格控制操作温度，防止超高 温运行。根据油基固废特性.选择化学破耽 法、生物修其法、溶剂革取法等不涉及高温的处 理技术。参考文献【i)刘振东，并玉志，周守菊，等.金油基钻井液完井祯体家 研用ul钻井液与完井混20xx. 26(6)： 10-12.？'| n. 1、1外*液的怵究，jh；f用/.油hi化2

13、0xx.只3)： 362-367.3赵吉平.任中旧.刘爱军.笄.废弃钻井物的二次利用和：|j| r 'h(l)： >7-39.4胡小刚.康海 柴占文.等.国外钻井岩料处理技术与国 内应用研制分析几石油机械，20xx. 37(9)： 159-161.5朱窟，张进.赵雄虎.废钻井液无告化处理的室内wf)t(j). 钻井液勺完井液.1995. 12(3)： 8-14.【6)张妓妓，况成，王利君.油气用企业固体度物处理处置及 资源化技术展望jj.油气hi环境保护.20xx. 28(1)： 1-3.朱金智，叶枪.；，.塔甲木油田制井液环保处理技术研究j.油气田环境保护,20xx. 27(6

14、)： 8-118弦允书.“声泰.热席蚀的电化学机理初探虫科学勺 防护技术,1993, 5(1)： 2331.(9j吴峰.金狷材件高湘氛新蚀现象分析j.金屈熟处理， 2007. 32(3)： 04-97.基金工程：国家至大专项“深层页岩气开发关谜装备与工具 应用”(蜻号 20xxzx05038-006)收辑日期：202x-06-05：修回日期:202x-09-13(上接90页)到了相同的结论。考诟到腐蚀过程中的扩散过程.bosch等提出 了阳极过程分别为活化控制和混合控制卜的理论 模型，证明了交流腐蚀速率的增加受扩故电流密 度的制约.交流姓应电压对腐蚀行为的影响程度 取决于塔菲尔参数.同时.ch

15、in等赞同jones的阳极反响去极化规 点，并发现随假设交流电流密度的增加，阳极钝化 膜会被击穿。研究小组还根ftsgellings的稳定状态 下金属失重与交流电信号之间关系的数学模型. 提出了在tafclfit化区腐蚀电流密度与给定直液摘 蚀电位之间的关系。2结论针对交流干扰对腐蚀速率、金属钝化行为的 影响，从动力学和热力角度解释交流腐蚀机理进 行了文献总结，发现在不同的体系中，交流腐蚀 行为和机理表现出较大的差异性。因此解释特 定体系卜的交流脂蚀行为和机理,确定其防护措 施，对保证金侦的完樱性有看十分重要的意义： 何时根据现场实际情况，制定交流朵散电流的正 确处理方式，对埋地骨道的平安运行

16、以及节约费 用方面是非常有必要的。参考文献1 h.x.mengj.w.liangx-xue»et al.analysis on three-phase current unbalance in tripk-cimiits of 500kv transmission lines from changzhi to jiu' an in shanxi proving j. pew system i&hnology20l 3.37(3):641046.2 d.d.micu.g.c.christofbridis.l.czumbil.ac interference on pipelines due to double circuit power lines:a detailed $iudy(j). elcctnc power systems research.20xx.103:1-8.3 h.isogai,a.amctani.yj.uosokawa.an inves