管道3PE涂層的陰極剝離性能研究

譚冀川

摘要：油氣管道主要鋪設方式為埋地管道，因此管道會受到外界因素的影響而發(fā)生腐蝕。通過分析管道3PE涂層陰極剝離機理和條件，研究在不同的條件下3PE涂層的陰極剝離性能，得到的研究結論為：在一定條件下極化電位的變化對3PE涂層的陰極剝離性能不會產生直接影響。

關鍵詞：管道;陰極剝離;性能

為了有效防止埋地管道受到外界因素的影響而發(fā)生腐蝕破壞，通常情況下會采用外層防護涂層和陰極保護的方式進行管道防腐。外防護層的性能和質量會直接影響到管道的使用壽命。目前我國在管道工程中大量采用的外防護層技術為3PE涂層技術，并且該技術已經(jīng)取得了較好的效果。3PE涂層技術在使用過程中能夠有效提高管道的防腐性能。其中，陰極剝離性能是管道防腐層的重要參數(shù)之一，剝離性能的優(yōu)劣狀態(tài)會直接導致涂層與陰極保護的有效結合，因此在實際應用過程中需要研究極化電位對于3PE涂層技術的陰極剝離性能影響。

1 3PE涂層的陰極剝離產生的條件

管道的防腐涂層如果保持致密的完整性，那么管道與腐蝕介質會呈現(xiàn)出完全隔離的狀態(tài)，因此管道就不會發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。但是管道在長期運行過程中會出現(xiàn)防腐層損壞的現(xiàn)象，從而導致漏點的出現(xiàn)。對管道施加陰極保護的主要目的就是為了當防腐層出現(xiàn)漏點后，向管道施加一個外加電流，將管道變?yōu)殛帢O，抑制使得金屬腐蝕發(fā)生的電子遷移，從而避免或減弱腐蝕的發(fā)生。管道漏點處的金屬長期暴露在電解質中，形成腐蝕電池，并發(fā)生腐蝕的反應，主要為以下三種：

（1）陰極反應：輸送介質中的氧化性物質得到電子會被還原，從而形成陰極反應。

（2）陽極反應：金屬為陽極，氧化成陽離子的形式進入到溶液中。

（3）電子遷移：使陰極反應與陽極反應實現(xiàn)相互聯(lián)系，腐蝕反應會經(jīng)常發(fā)生，并且呈現(xiàn)出連續(xù)性的狀態(tài)。

管道在發(fā)生腐蝕的過程中，腐蝕電流會從陰極流向陽極，陽極則會失去電子呈現(xiàn)出被腐蝕的狀態(tài)。而陰極保護系統(tǒng)則是對失去電子的陽極施加外加電流，使電子源源不斷的保護管道。從而使陰極極化處于腐蝕平衡電位以下，而電解質中得不到外源電子的金屬并不會發(fā)生腐蝕。

結合上述的腐蝕反應，可以看出在陰極電流的作用下，氧被還原成氫氧負離子，或者是水在電解過程中會形成氫離子，而氫離子在陰極的作用下會形成電子，最終形成初生態(tài)氫，在兩個陰極的反應下，陰極區(qū)域會形成氫氧負離子，從而造成堿性環(huán)境，導致pH值升高。大量的氫氧負離子會移動到金屬與防腐層的交界面，導致防腐層的粘接位置出現(xiàn)氧化反應，形成溶解或者聚合物，使得粘接力降低，從而導致防腐層發(fā)生剝離，最終形成陰極剝離。

由此可以說明，在利用防腐層和陰極保護過程中，防腐層產生陰極剝離的條件包括以下幾點：

（1）防腐層破損：當防腐層完整時，防腐層能夠起到較好的抗?jié)B透性，并且保護金屬不會受到外界腐蝕因素的影響，介質無法通過防腐層到達金屬表面，這時陰極保護不會起到作用，更不會發(fā)生陰極剝離，因此防腐層破損是產生陰極剝離的首要原因。

（2）陰極反應產生過量的氫氧根離子，通過分析陰極剝離機理可以發(fā)現(xiàn)，陰極反應所產生的氫氧根離子過剩是導致陰極剝離產生的主要外界因素。而發(fā)生陰極反應需要水和氧氣等物質的存在，因此陰極剝離所產生的基本條件應當是在陰極保護條件下，金屬表面受到水等腐蝕介質的影響。

綜上所述，對于3PE防腐涂層，即使存在個別的剝離部位，如果剝離涂層沒有出現(xiàn)破損現(xiàn)象，由于3PE涂層的抗?jié)B透性較好，外界的腐蝕介質無法通過涂層滲透到金屬表面，因此也不會產生陰極剝離。

2陰極剝離性能結果分析

2.13PE涂層的陰極剝離性能

通過分析極化電位對于3PE涂層陰極剝離性能的影響，結合不同的實驗溫度和實驗條件，可以得出極化電位與陰極剝離所產生的距離關系。通過相應的實驗結果可以看出，在不同的溫度和時間組合條件下，在固定區(qū)域的極化電位范圍內，陰極剝離距離呈現(xiàn)出一個基本穩(wěn)定的數(shù)值，由此可以說明，陰極極化電位對于3PE腐涂層的陰極剝離距離不會產生較大影響。然而在實際應用過程中，溫度和時間會對陰極剝離距離產生明顯的影響，隨著溫度的不斷增加和時間的延長，剝離距離會逐漸增加。

3.2聚乙烯熱收縮帶的陰極剝離性能

3PE涂層在使用過程中可能會發(fā)生漏點，而聚乙烯熱收縮帶是進行修補的主要材料。由于聚乙烯熱收縮帶的熔點較高，因此在進行實驗過程中很難結合溫度進行結果確定，在實際實驗過程中，可以將熱收縮帶的陰極剝離實驗溫度調整為38℃，結合不同陰極極化電位的情況進行陰極剝離實驗。

通過相應的實驗結果可以看出，隨著陰極極化電位的不斷變化，熱收縮帶的陰極剝離距離不會產生明顯的變化，但是在實際應用過程中，當計劃電位達到-4V時，剝離距離會明顯增加，由此可以說明熱收縮帶的極化電位不能低于-3.5V。另外，隨著時間的不斷增加，熱收縮帶的陰極剝離距離也會呈現(xiàn)出上升趨勢，該情況與3PE涂層的陰極剝離特點大致相同。通過實驗，熱收縮帶的陰極剝離會隨著時間的增加導致剝離速度會比3PE涂層更快。并且在相同的陰極極化電位和實驗條件下，雖然熱收縮帶的溫度較低，但是剝離速度快。由此可以說明聚乙烯熱收縮帶與3PE涂層進行對比，聚乙烯熱收縮帶的陰極剝離性能較差。

結束語

綜上所述，發(fā)生陰極剝離的主要條件是由于陰極保護管道的防腐層出現(xiàn)了破壞，導致外界介質滲入到管道表面，在陰極電流的作用下會發(fā)生陰極反應。而3PE涂層的陰極剝離性能不會受到陰極極化電位的影響，但是熱收縮帶的陰極剝離性能會產生明顯的變化，因此在實際應用過程中，需要重點保護陰極保護與外防腐層的結合點，從而有效提高了管道的防腐性。

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