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。通過選取兩條管道同時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，對陰極保護效果進行評價。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。

關鍵詞：長輸管道；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）進行實驗，現場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 《埋地鋼質檢查片應用技術規(guī)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個以及模擬不同防腐層破損面積與管道相連的試樣（以下簡稱陰極保護試樣）3個，模擬防腐層破損面積分別為0.4 cm2、1.0 cm2、6.5 cm2。試樣埋設時間2020年11月，其中YQP管道1071#、1074#、1077#和LtL管道99#、231#、233#、240#處8個試片于8個月后取出，YQP管道928#、1090#、1095#、1103#處4個試片于12個月后取出。

1.2  管道陰保電位測試

采用與被測管道相同材質（X70）、工作面積為1 cm2的試片模擬管道防腐層缺陷，試片背面焊接導線并用環(huán)氧樹脂進行封裝，將未封裝面打磨至光亮，使試片表面無明顯劃痕。將試片埋于管道上方，通過測試樁導線與管道相連接，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，啟用瞬時電位記錄儀連續(xù)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 腐蝕試樣上腐蝕產物的清除》進行酸洗去除腐蝕產物后稱重，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，無水乙醇脫水，冷風吹干，干燥箱干燥24 h后稱重，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量差，g；S為試片表面積，cm2；t為腐蝕時間，h；ρ為試片鋼密度，g/cm3；C為換算系數，8.76×104。

同時進行點蝕測試。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，每個試樣表面選擇10個位置分別測量，確定最大蝕坑深度，計算點蝕速率。

1.4  腐蝕形貌測試

將取出的埋設試片酸洗前、酸洗后宏觀形貌進行拍攝；采用Zeiss共聚焦測量顯微鏡（圖 2）對試樣腐蝕產物表面形貌進行采集，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 《鋼質管道外腐蝕控制規(guī)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蝕速率測試結果如表 2所示，陰極保護試樣點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，自腐蝕試樣點蝕速率和陰極保護試樣最大點蝕速率分別為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《鋼質管道外腐蝕控制規(guī)范》，3處土壤腐蝕性等級均為中，施加陰極保護后均降為弱。可以看出，陰極保護試樣點蝕速率遠遠小于沒有陰極保護的自腐蝕試樣點蝕速率，表明試驗管段陰極保護系統(tǒng)可以大幅度降低管道腐蝕速率，為管道提供良好保護。

以LtL管道231#和240#這2處為例，自腐蝕試樣點蝕速率和陰極保護試樣最大點蝕速率分別為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(tǒng)有效。

2.3  試樣腐蝕形貌

以LtL管道199#測試樁處埋設試片為例，酸洗前、酸洗后宏觀形貌以及所測試的三維腐蝕形貌圖分別見圖 3—6。可以看出，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。同樣可以說明，陰極保護系統(tǒng)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）陰極保護試樣點蝕速率遠遠小于沒有陰極保護的自腐蝕試樣點蝕速率，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(tǒng)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技術在中航油長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(tǒng)運行現狀分析及優(yōu)化運行研究[D]. 西安：西安石油大學，2015.

[4]單慶偉.長輸天然氣管道防腐層及陰極保護技術分析[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。聯系方式：13223301915，lilei14@pipechina.com.cn。