李磊 李祥琦 張勇 陳瑞雪 葉小偉

北京管道河北輸油氣分公司

 

摘要：腐蝕防護是保障管道安全運行的重要手段。通過(guò)選取兩條管道同時(shí)埋設自腐蝕試樣和陰極保護試樣，分別測試其腐蝕速率和腐蝕形貌，對陰極保護效果進(jìn)行評價(jià)。結果表明，陰極保護試樣腐蝕速率遠遠小于自腐蝕試樣腐蝕速率，陰極保護有效。

關(guān)鍵詞：長(cháng)輸管道；陰極保護效果；腐蝕速率測試

 

油氣管道大多埋于地下，因環(huán)境因素較為復雜，容易發(fā)生腐蝕，因此管道防腐是保障管道安全運營(yíng)的重要措施[1-3]。目前我國埋地管道均采用防腐層與陰極保護聯(lián)合防腐[4-6]。為了評估管道陰極保護有效性，選取YQP管道0928#—1103#測試樁管段（管段1）和LtL管道0199#—0240#測試樁管段（管段2）進(jìn)行實(shí)驗，現場(chǎng)選擇不同測試樁位置埋設試樣，測試各處陰極保護電位、自腐蝕試樣以及陰極保護試樣的腐蝕速率。

1  實(shí)驗方法

1.1  試樣埋設

兩條管道同為X70管道，均采用3PE防腐層。根據SY/T 0029―2012 《埋地鋼質(zhì)檢查片應用技術(shù)規范》，在管段1選取7處測試樁、管段2選取4處測試樁作為試樣（試片）埋設位置。每處埋設自腐蝕試樣3個(gè)以及模擬不同防腐層破損面積與管道相連的試樣（以下簡(jiǎn)稱(chēng)陰極保護試樣）3個(gè)，模擬防腐層破損面積分別為0.4 cm2、1.0 cm2、6.5 cm2。試樣埋設時(shí)間2020年11月，其中YQP管道1071#、1074#、1077#和LtL管道99#、231#、233#、240#處8個(gè)試片于8個(gè)月后取出，YQP管道928#、1090#、1095#、1103#處4個(gè)試片于12個(gè)月后取出。

1.2  管道陰保電位測試

采用與被測管道相同材質(zhì)（X70）、工作面積為1 cm2的試片模擬管道防腐層缺陷，試片背面焊接導線(xiàn)并用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行封裝，將未封裝面打磨至光亮，使試片表面無(wú)明顯劃痕。將試片埋于管道上方，通過(guò)測試樁導線(xiàn)與管道相連接，如圖 1所示。試片充分極化后，將中斷器設置為通12 s，斷3 s，數據采集間隔為0.025 s，啟用瞬時(shí)電位記錄儀連續記錄通、斷電電位。

圖 1 測試樁處通電電位和斷電電位測試示意圖

1.3  腐蝕速率測試

取回現場(chǎng)埋設試樣后，按照GB/T 16545―2015《金屬和合金的腐蝕 腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除》進(jìn)行酸洗去除腐蝕產(chǎn)物后稱(chēng)重，酸洗液配比為500 mL HCl，密度1.19 g/mL，500 mL去離子水+3.5 g六次甲基四胺。酸洗步驟為將試片浸泡在酸洗液中10 min，然后用軟毛刷輕輕刷洗試片表面，用清水沖洗試片，無(wú)水乙醇脫水，冷風(fēng)吹干，干燥箱干燥24 h后稱(chēng)重，按照式（1）計算平均腐蝕速率。

式中：V為腐蝕速率，mm/a；△G為試樣埋設前后的質(zhì)量差，g；S為試片表面積，cm2；t為腐蝕時(shí)間，h；ρ為試片鋼密度，g/cm3；C為換算系數，8.76×104。

同時(shí)進(jìn)行點(diǎn)蝕測試。使用凹坑測試儀測量自腐蝕試樣和陰極保護試樣蝕坑深度，每個(gè)試樣表面選擇10個(gè)位置分別測量，確定最大蝕坑深度，計算點(diǎn)蝕速率。

1.4  腐蝕形貌測試

將取出的埋設試片酸洗前、酸洗后宏觀(guān)形貌進(jìn)行拍攝；采用Zeiss共聚焦測量顯微鏡（圖 2）對試樣腐蝕產(chǎn)物表面形貌進(jìn)行采集，測試三維腐蝕形貌。

圖 2 Zeiss共聚焦測量顯微鏡

2  結果與討論

2.1  管道陰保電位

試片埋設位置通、斷電電位測試結果如表 1所示。

表 1 管道通電電位和斷電電位測試結果

根據GB/T 21447―2018 《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規范》可知，管道斷電電位負于﹣850 mV，即可達到正常陰極保護效果。由表 1可知，測試位置斷電電位均負于﹣850 mV，可以認為管道陰極保護有效。

2.2  腐蝕速率測試結果

自腐蝕試樣平均腐蝕速率和點(diǎn)蝕速率測試結果如表 2所示，陰極保護試樣點(diǎn)蝕速率測試結果如表 3所示。

表 2 自腐蝕試樣腐蝕速率測試結果

表 3 陰極保護試樣點(diǎn)蝕速率測試結果

以YQP管道928#、1074#和1077#這3處為例，自腐蝕試樣點(diǎn)蝕速率和陰極保護試樣最大點(diǎn)蝕速率分別為0.312 mm/a，0.011 mm/a；0.281 mm/a， 0.068 mm/a；0.234 mm/a，0.074 mm/a。根據GB/T 21447-2018《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規范》，3處土壤腐蝕性等級均為中，施加陰極保護后均降為弱�？梢钥闯�，陰極保護試樣點(diǎn)蝕速率遠遠小于沒(méi)有陰極保護的自腐蝕試樣點(diǎn)蝕速率，表明試驗管段陰極保護系統可以大幅度降低管道腐蝕速率，為管道提供良好保護。

以L(fǎng)tL管道231#和240#這2處為例，自腐蝕試樣點(diǎn)蝕速率和陰極保護試樣最大點(diǎn)蝕速率分別為0.259 mm/a，0.066 mm/a；0.171 mm/a，0.010 mm/a。同理，2處土壤腐蝕性等級均為中，施加陰極保護后均降為弱。陰極保護系統有效。

2.3  試樣腐蝕形貌

以L(fǎng)tL管道199#測試樁處埋設試片為例，酸洗前、酸洗后宏觀(guān)形貌以及所測試的三維腐蝕形貌圖分別見(jiàn)圖 3—6�？梢钥闯�，自腐蝕試樣腐蝕情況要比陰極保護試樣腐蝕情況嚴重得多，蝕坑深度明顯大于陰極保護試樣。同樣可以說(shuō)明，陰極保護系統大幅度降低了管道腐蝕速率，可為管道提供良好保護。

圖 3 LtL管道199#陰極保護試樣酸洗前、后宏觀(guān)形貌

圖 4 LtL管道199#陰極保護試樣三維腐蝕形貌測試

圖 5 LtL管道199#自腐蝕試樣酸洗前、后宏觀(guān)形貌

圖 6 LtL管道199#自腐蝕試樣三維腐蝕形貌

3  結論

（1）試驗管段陰保電位測試結果表明，管道保護電位負于﹣850 mV，管道處于有效陰極保護狀態(tài)。

（2）陰極保護試樣點(diǎn)蝕速率遠遠小于沒(méi)有陰極保護的自腐蝕試樣點(diǎn)蝕速率，自腐蝕試樣腐蝕情況要比陰極保護試樣腐蝕情況嚴重得多。試驗管段陰極保護系統大幅度降低了管道腐蝕速率，可以為管道提供良好保護。

 

參考文獻：

[1]王永濤，劉曉龍，郭彥明，等. DM/RTK-GPS技術(shù)在中航油長(cháng)輸管道防腐層檢測中的應用[J]. 全面腐蝕控制，2020，34(1)：116-120.

[2]彭晗. 陰極保護在埋地燃氣管道腐蝕防護中的應用[J]. 化學(xué)工程與裝備，2018(12)：103-104.

[3]王勇.吳起—延煉輸油管道陰極保護系統運行現狀分析及優(yōu)化運行研究[D]. 西安：西安石油大學(xué)，2015.

[4]單慶偉.長(cháng)輸天然氣管道防腐層及陰極保護技術(shù)分析[J]. 全面腐蝕控制，2021，35(8)：128-129.

[5]杜東雷，劉北霜.輸油管線(xiàn)腐蝕檢測與防護[J]. 化工管理，2020(36)：85-86.

[6]黃紅科，魏松林，劉朝，等. 站場(chǎng)埋地管道陰極保護電位測量與評估的影響因素[J]. 全面腐蝕控制，2021，35(6)：10-18.

 

作者簡(jiǎn)介：李磊，1986年生，副主任工程師（NACE CP3），主要從事管道完整性管理工作。聯(lián)系方式：13223301915，lilei14@pipechina.com.cn。