【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(shè)時(shí)期,埋地管道遭受的交流干擾越來越嚴(yán)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(hù)判據(jù)在交流干擾下已經(jīng)失效,但其失效機(jī)制尚不清楚,且交流干擾下陰極保護(hù)參數(shù)的選取也存在較大分歧�；诖�,本文利用實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法開展了交流電流對碳鋼陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響規(guī)律和作用機(jī)制研究,取得的主要結(jié)論如下：(1)通過實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)考察了交流電流對碳鋼陰極保護(hù)極化電位的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)陰極保護(hù)水平較低時(shí),交流電流的施加使得碳鋼陰極保護(hù)極化電位瞬間發(fā)生負(fù)向偏移,而后逐漸正向偏移至穩(wěn)定值：當(dāng)陰極保護(hù)水平較高時(shí),交流電流的施加使得碳鋼陰極保護(hù)極化電位一直發(fā)生正向偏移至穩(wěn)定值�；诮涣麟娏鞯恼袷幾饔门c碳鋼的極化特性,分析獲得了交流干擾和陰極保護(hù)共同作用下碳鋼極化電位的偏移機(jī)制。(2)開展了不同交流干擾和陰極保護(hù)水平下碳鋼腐蝕模擬實(shí)驗(yàn),基于腐蝕速率與交流電流密度、陰極保護(hù)極化電位及交直流電流密度之比的對應(yīng)關(guān)系,建立了交流腐蝕風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判據(jù)。(3)通過模擬實(shí)驗(yàn)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(dāng)pH值達(dá)到12(或者更大)時(shí),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(huì)破壞碳鋼表面的鈍化膜,從而加速其腐蝕,在此基礎(chǔ)上,獲得了碳鋼在強(qiáng)堿性環(huán)境和“過保護(hù)”條件下的交流腐蝕機(jī)理；基于AC/DC實(shí)時(shí)電位(交流電位和直流電位的疊加信號(hào))測試結(jié)果,結(jié)合腐蝕電化學(xué)理論,提出了碳鋼在中堿性環(huán)境和“欠保護(hù)”條件下的交流腐蝕機(jī)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(shí)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(jī)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(jié)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(dāng)交流電流密度達(dá)到100A/m2(或更大)時(shí),鎂合金犧牲陽極瞬間發(fā)生“極性逆轉(zhuǎn)”,但100A/m2時(shí),“極性逆轉(zhuǎn)”現(xiàn)象24小時(shí)后消失,而200A/m2和300A/m2時(shí),該現(xiàn)象在本實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)(96hr)一直存在。結(jié)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(jī)制。(6)利用腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)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(yīng)關(guān)系,建立了交流干擾下鋅合金腐蝕速率的預(yù)測方法；并結(jié)合交流干擾下鋅合金膜層的變化規(guī)律,基于腐蝕電化學(xué)原理,對鋅合金的交流腐蝕機(jī)理進(jìn)行了探討。
【圖文】：

應(yīng)的交流電壓比線對稱型中兩Ｃ相在管道上感應(yīng)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(yīng)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(diǎn)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(jié)果發(fā)現(xiàn)ＡＢＣＡＢＣ型相序?qū)е鹿艿栏袘?yīng)的交流電壓是ＡＢＣＣＢＡ型相逡逑序的６倍。ＩｓｏｇａｉＰＷ等人的研究發(fā)現(xiàn)，對于單線路而言，相線水平排列時(shí)管道逡逑感應(yīng)的交流電壓比相線垂直排列時(shí)管道感應(yīng)的交流電壓的要?dú)�。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�?yīng)電壓的影咱ｉｎｉ逡逑管道上感應(yīng)的交流電壓主要是由電力線中的負(fù)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(jié)果。＂堿化機(jī)理＂中有兩個(gè)基本的假設(shè)：（１）由于陰極保護(hù)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(dǎo)致管道電位在純化逡逑區(qū)、免蝕區(qū)Ｗ及強(qiáng)堿性腐蝕區(qū)（ＨＦｅ0２－穩(wěn)定區(qū)）之間波動(dòng)。如圖１－６所示，逡逑由于陰極反應(yīng)（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(huì)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(shí)間定義為孕育期，如圖１－７所示。同時(shí)，由于交流電流的作逡逑用，管道電位會(huì)發(fā)生波動(dòng)。由于鐵基體的溶解反應(yīng)（式１－４）和致密性氧化逡逑膜（Ｆｅ２0３）形成反應(yīng)（式１－５和１－６）時(shí)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(huì)因?yàn)檫M(jìn)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(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG174.41


本文編號(hào)：2567459