【摘要】：目前,我國石油天然氣管道、高壓交流輸電線路以及交流電氣化鐵路步入了大規(guī)模建設時期,埋地管道遭受的交流干擾越來越嚴重。國內(nèi)外交流干擾案例表明,傳統(tǒng)"-0.85VCSE(相對于硫酸銅參比電極)”的陰極保護判據(jù)在交流干擾下已經(jīng)失效,但其失效機制尚不清楚,且交流干擾下陰極保護參數(shù)的選取也存在較大分歧�；诖�,本文利用實驗室模擬實驗和理論分析相結合的方法開展了交流電流對碳鋼陰極保護系統(tǒng)的影響規(guī)律和作用機制研究,取得的主要結論如下：(1)通過實驗室模擬實驗考察了交流電流對碳鋼陰極保護極化電位的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)陰極保護水平較低時,交流電流的施加使得碳鋼陰極保護極化電位瞬間發(fā)生負向偏移,而后逐漸正向偏移至穩(wěn)定值：當陰極保護水平較高時,交流電流的施加使得碳鋼陰極保護極化電位一直發(fā)生正向偏移至穩(wěn)定值。基于交流電流的振蕩作用與碳鋼的極化特性,分析獲得了交流干擾和陰極保護共同作用下碳鋼極化電位的偏移機制。(2)開展了不同交流干擾和陰極保護水平下碳鋼腐蝕模擬實驗,基于腐蝕速率與交流電流密度、陰極保護極化電位及交直流電流密度之比的對應關系,建立了交流腐蝕風險等級判據(jù)。(3)通過模擬實驗考察了電解液pH值對碳鋼交流腐蝕的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)無交流干擾下當pH值達到12(或者更大)時,碳鋼表面能形成穩(wěn)定的鈍化膜,其腐蝕速率急劇降低,但交流電流的施加會破壞碳鋼表面的鈍化膜,從而加速其腐蝕,在此基礎上,獲得了碳鋼在強堿性環(huán)境和“過保護”條件下的交流腐蝕機理；基于AC/DC實時電位(交流電位和直流電位的疊加信號)測試結果,結合腐蝕電化學理論,提出了碳鋼在中堿性環(huán)境和“欠保護”條件下的交流腐蝕機理。(4)考察了碳鋼-鎂合金、碳鋼-鋅合金以及碳鋼-銅三種直流耦合系統(tǒng)在交流干擾下腐蝕速率、極化電位等參數(shù)的變化規(guī)律。發(fā)現(xiàn)交流電流的施加加速了碳鋼-鎂合金、碳鋼-銅兩種直流耦合系統(tǒng)中碳鋼的腐蝕,抑制了碳鋼-鋅合金直流耦合系統(tǒng)中碳鋼的腐蝕,同時也影響了三種直流耦合系統(tǒng)中電偶電流的大小和方向�；诖�,分析獲得了直流耦合系統(tǒng)中碳鋼發(fā)生交流腐蝕的機理。(5)開展了交流電流對鎂合金犧牲陽極服役行為影響規(guī)律的研究。結果表明：交流干擾的施加使得鎂合金犧牲陽極工作電位發(fā)生正向偏移,且其偏移量和消耗速率隨著交流電流密度的增大而增加。當交流電流密度達到100A/m2(或更大)時,鎂合金犧牲陽極瞬間發(fā)生“極性逆轉(zhuǎn)”,但100A/m2時,“極性逆轉(zhuǎn)”現(xiàn)象24小時后消失,而200A/m2和300A/m2時,該現(xiàn)象在本實驗周期內(nèi)(96hr)一直存在。結合不同交流干擾下鎂合金犧牲陽極極化特性和表面膜層的變化規(guī)律,提出了交流干擾下鎂合金犧牲陽極發(fā)生“極性逆轉(zhuǎn)”的機制。(6)利用腐蝕模擬實驗考察了交流電流對鋅合金腐蝕速率及其表面膜層的影響規(guī)律,獲得了鋅合金腐蝕速率與交流電流密度的對應關系,建立了交流干擾下鋅合金腐蝕速率的預測方法；并結合交流干擾下鋅合金膜層的變化規(guī)律,基于腐蝕電化學原理,對鋅合金的交流腐蝕機理進行了探討。
【圖文】：

應的交流電壓比線對稱型中兩Ｃ相在管道上感應出的交流電壓要小。ＮＡＣＥ逡逑的化ＰＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ》Ｉ２７嫂程中給出了邋上四種相序排列方式對管道交流感應逡逑電壓的影響，如圖１－３所示。從圖中可Ｗ清楚的看出，，線對稱型的相線排列逡逑方式對管道交流干擾最大，而點對稱型的相線排列方式對管道交流干擾最小。逡逑此外，ＭｉｃｕＰＳｌ研巧了邋ＡＢＣＣＢＡ和ＡＢＣＡＢＣ兩種相序?qū)艿澜涣鞲蓴_電壓的逡逑影響，結果發(fā)現(xiàn)ＡＢＣＡＢＣ型相序?qū)е鹿艿栏袘慕涣麟妷菏牵粒拢茫茫拢列拖噱义闲虻模侗�。ＩｓｏｇａｉＰＷ等人的研究發(fā)現(xiàn)，對于單線路而言，相線水平排列時管道逡逑感應的交流電壓比相線垂直排列時管道感應的交流電壓的要氋。逡逑７０＊５邐逡逑＞邐Ｖ逡逑ｔｔＪ邋巧邐邋邋Ｃｅｎｔｒｅ逡逑Ｉ－邐＼邐＾逡逑＞邐Ｐａｒｔｉａｌ逡逑ｕ逡逑ｉ邐Ｉ：：逡逑０－邋■邋ｊ＇ｖｒｕｘ｜．．邋．，邋？邐ｎ邋１１邋？邋■邋？邋■逡逑；ｉ邐０１２３４５６７８９邐１０逡逑ｊ邐Ｄｉｓｔａｎｃｅ，邋ｍ逡逑圍１－３相序排列方式對管道交流感應電壓的影咱ｉｎｉ逡逑管道上感應的交流電壓主要是由電力線中的負載電流引起的。通常來說，逡逑對于單線路的輸電系統(tǒng)來說

共同作用的結果。＂堿化機理＂中有兩個基本的假設：（１）由于陰極保護電流逡逑引起的管道防腐層缺陷處ｐＨ值的升高；（２）交流干擾導致管道電位在純化逡逑區(qū)、免蝕區(qū)Ｗ及強堿性腐蝕區(qū)（ＨＦｅ0２－穩(wěn)定區(qū)）之間波動。如圖１－６所示，逡逑由于陰極反應（式１－２和１－３）的作用，逡逑0２＋２Ｈ２0＋４ｅ－一邋４０Ｈ．邐（１－２）逡逑２Ｈ２0＋４ｅ－一邋Ｈ２＋２０Ｈ－邐（１－３）逡逑ＯＨ—會在管道防腐層缺陷處積累，從而造成局部ｐＨ值的升商。作者將產(chǎn)生臨逡逑界高ｐＨ值所需時間定義為孕育期，如圖１－７所示。同時，由于交流電流的作逡逑用，管道電位會發(fā)生波動。由于鐵基體的溶解反應（式１－４）和致密性氧化逡逑膜（Ｆｅ２0３）形成反應（式１－５和１－６）時間常數(shù)的差異，從而引發(fā)了管道的逡逑交流腐蝕。若管道缺陷處ｐＨ值非常高，如接近１４，管道會因為進入布拜圖逡逑中ＨＦｅ化？的穩(wěn)定區(qū)而遭受較高的腐蝕。逡逑Ｆｅ－２ｅ＿邋一邋Ｆｅ２＋邐（１－４）逡逑Ｆｅ２＋－ｅ．邋一邋Ｆｅ］＋邐（１－５）逡逑２Ｆｅ３＋＋６０Ｈ．邋一邋Ｆｅ２0３＋３Ｈ２0邐（１－６）逡逑－１１邋－逡逑
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.41


本文編號：2567459