電化學技術在地下管道腐蝕檢測中的應用研究

摘 要：文章針對地下管道電化學腐蝕，選用采用半電池電位法、線性極化法（LPR）、電化學噪聲（ENM）和電化學阻抗譜（EIS），測試了地下管線鋼電化學腐蝕程度，并分析了埋地管線鋼腐蝕機理。試樣結果表明：干濕交界處管道腐蝕最嚴重，干燥處和含水量過大區域腐蝕程度相對弱。實驗結果說明土壤中的氯離子和濕度分布是影響鋼樣電化學腐蝕程度的主要因素。

關鍵詞：電化學技術；地下管道；腐蝕 檢測

中圖分類號：TQ050.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）3-0033-02

當前，管道腐蝕而造成泄漏事故在國內外地下管道發生的各種破壞性事故中排在首位，造成的經濟損失十分巨大。2013年11月22日，青島中石化東黃輸油管道發生泄漏爆炸特別重大事故，造成62人遇難，136人受傷，直接經濟損失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。現場處置人員操作不當，引爆了暗渠的油氣。因此，地下管道腐蝕的檢測與防護是安全生產的必要措施。

本文選取地下管道不同腐蝕環境的管線鋼，采用半電池電位法、線性極化法、電化學噪聲和電化學阻抗譜等電化學技術進行腐蝕檢測，對電化學技術在地下管道實際體系的腐蝕監測應用具有重要意義。

1 原材料與試驗方法

試驗選用與待測管道相同材質的金屬試樣Q235鋼。采用自然埋設方法，每三支平行試件為一組。鋼片試樣S1、S2、S3、S4沿管頂到管底垂直高度等間距四個位置埋設（S1與管頂等高；S4與管底等高）。通過將試樣埋入與待測管道相同的腐蝕環境中，通過1年時間后取出，測試試樣的腐蝕電位（Ecorr）、腐蝕電流（icorr）、電化學噪聲以及電化學交流阻抗譜來研究管線鋼在土壤環境中的電化學腐蝕程度。試驗規程執行全國土壤腐蝕試驗網站標準。

2 電化學腐蝕檢測結果

2.1 鋼筋的電極電位

表1是采用半電池電位法測試埋地管線鋼的自腐蝕電位試驗結果。鋼樣的自腐蝕電位能在一定程度上反應鋼筋的腐蝕狀態。通常情況下，鋼樣的自腐蝕電位越低其腐蝕程度越嚴重。由表1數據看來，埋地試件的鋼樣電位在-300 mV（SCE）至-600 mV（SCE）之間，說明埋地管線鋼已發生局部腐蝕。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見圖1。Andrade等提出，當icorr大于1 μA/cm2，表明鋼筋腐蝕速率很大，而icorr小于0.5 μA/cm2時鋼筋腐蝕速率較低。由圖1所示結果得，鋼樣S2、S3、S4腐蝕電流密度都很大，屬于嚴重腐蝕。鋼樣S1腐蝕電流密度相對小，腐蝕程度較輕微。

2.3 電化學噪聲分析

電化學噪聲作為一種原位的、無損的、無干擾的電極檢測方法，能夠揭示電化學體系的特征信息。在腐蝕研究中，一般認為，噪聲電阻反比于腐蝕電流密度。表2為各鋼樣噪聲電阻值。由試驗結果可知，各鋼樣腐蝕程度由嚴重到輕微依次順序為：S3、S4、S2、S1。

2.4 電化學交流阻抗譜

交流阻抗譜：將地下管線鋼腐蝕體系簡單地表示為由電阻、電容等元件組成的等效電路，在保證不影響電極體系性質的情況下，對該電路施加一個小幅正弦交流電壓（電流）信號，由電流（電壓）響應來計算電極反應參數，進而得到管線鋼/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、土壤腐蝕機理等信息。采用交流訊號的電化學技術最早應用于基礎電化學，Dawson于1978年首次運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頻譜分析技術，施加的電信號對腐蝕體系的影響較小，通過解析管線鋼阻抗譜和土壤阻抗譜可以評價管線鋼腐蝕變化和土壤溶液體系變化，對于由Cl-引起的地下管線鋼的局部腐蝕具有很高的靈敏度。

3 埋地管線電化學腐蝕分析

埋地管線鋼發生電化學腐蝕主要因為土壤中存在氯離子，試樣發生氯鹽腐蝕。鋼片發生陽極反應，局部失去電子形成Fe2+。土壤中的水與氧發生陰極還原反應形成OH-。Fe2+與OH-生成氫氧化鐵。在破土取鋼樣的時候發現，隨著埋地深度的增加，S1所處位置相對干燥，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，這是因為隨著土壤深度增加，土壤含水量越大，鹽類物質水化的數量較多，導電離子的數量多，土壤的電阻越小，腐蝕阻力也就越小。S4腐蝕程度較S3輕微，可能由于含水量過大，氧進入土壤和在土壤里擴散滲透受阻，不利于腐蝕反應中陰極反應，腐蝕速率減小。實驗結果說明土壤中的氯離子和濕度分布是影響鋼樣電化學腐蝕程度的主要因素。

4 結 論

采用半電池電位法、線性極化法、電化學噪聲并結合電化學阻抗譜，測試了地下管道電化學腐蝕程度。干濕交界處S3鋼樣腐蝕速率最大，其次為全濕區S4鋼樣，再次微濕區S2鋼樣，在含水量最小環境中S1鋼樣腐蝕速率最小。實驗結果說明土壤中的氯離子和濕度分布是影響鋼樣電化學腐蝕程度的主要因素。

參考文獻：

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