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(hù)是保障管道安全運(yùn)行的重要手段。通過選取兩條管道同時(shí)埋設(shè)自腐蝕試樣和陰極保護(hù)試樣，分別測(cè)試其腐蝕速率和腐蝕形貌，對(duì)陰極保護(hù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，陰極保護(hù)試樣腐蝕速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于自腐蝕試樣腐蝕速率，陰極保護(hù)有效。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)輸管道；陰極保護(hù)效果；腐蝕速率測(cè)試

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

1  實(shí)驗(yàn)方法

1.1  試樣埋設(shè)

兩條管道同為X70管道，均采用3PE防腐層。根據(jù)SY/T 0029―2012 《埋地鋼質(zhì)檢查片應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》，在管段1選取7處測(cè)試樁、管段2選取4處測(cè)試樁作為試樣（試片）埋設(shè)位置。每處埋設(shè)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)稱陰極保護(hù)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(shè)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(cè)試

采用與被測(cè)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(dǎo)線并用環(huán)氧樹脂進(jìn)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(cè)試樁導(dǎo)線與管道相連接，如圖 1所示。試片充分極化后，將中斷器設(shè)置為通12 s，斷3 s，數(shù)據(jù)采集間隔為0.025 s，啟用瞬時(shí)電位記錄儀連續(xù)記錄通、斷電電位。

圖 1 測(cè)試樁處通電電位和斷電電位測(cè)試示意圖

1.3  腐蝕速率測(cè)試

取回現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)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(fēng)吹干，干燥箱干燥24 h后稱重，按照式（1）計(jì)算平均腐蝕速率。

式中：V為腐蝕速率，mm/a；△G為試樣埋設(shè)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(shù)，8.76×104。

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

1.4  腐蝕形貌測(cè)試

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

圖 2 Zeiss共聚焦測(cè)量顯微鏡

2  結(jié)果與討論

2.1  管道陰保電位

試片埋設(shè)位置通、斷電電位測(cè)試結(jié)果如表 1所示。

表 1 管道通電電位和斷電電位測(cè)試結(jié)果

根據(jù)GB/T 21447―2018 《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》可知，管道斷電電位負(fù)于﹣850 mV，即可達(dá)到正常陰極保護(hù)效果。由表 1可知，測(cè)試位置斷電電位均負(fù)于﹣850 mV，可以認(rèn)為管道陰極保護(hù)有效。

2.2  腐蝕速率測(cè)試結(jié)果

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

表 2 自腐蝕試樣腐蝕速率測(cè)試結(jié)果

表 3 陰極保護(hù)試樣點(diǎn)蝕速率測(cè)試結(jié)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(hù)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(jù)GB/T 21447-2018《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》，3處土壤腐蝕性等級(jí)均為中，施加陰極保護(hù)后均降為弱�？梢钥闯�，陰極保護(hù)試樣點(diǎn)蝕速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于沒有陰極保護(hù)的自腐蝕試樣點(diǎn)蝕速率，表明試驗(yàn)管段陰極保護(hù)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(hù)。

以LtL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(hù)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(jí)均為中，施加陰極保護(hù)后均降為弱。陰極保護(hù)系統(tǒng)有效。

2.3  試樣腐蝕形貌

以LtL管道199#測(cè)試樁處埋設(shè)試片為例，酸洗前、酸洗后宏觀形貌以及所測(cè)試的三維腐蝕形貌圖分別見圖 3—6�？梢钥闯�，自腐蝕試樣腐蝕情況要比陰極保護(hù)試樣腐蝕情況嚴(yán)重得多，蝕坑深度明顯大于陰極保護(hù)試樣。同樣可以說明，陰極保護(hù)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(hù)。

圖 3 LtL管道199#陰極保護(hù)試樣酸洗前、后宏觀形貌

圖 4 LtL管道199#陰極保護(hù)試樣三維腐蝕形貌測(cè)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(jié)論

（1）試驗(yàn)管段陰保電位測(cè)試結(jié)果表明，管道保護(hù)電位負(fù)于﹣850 mV，管道處于有效陰極保護(hù)狀態(tài)。

（2）陰極保護(hù)試樣點(diǎn)蝕速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于沒有陰極保護(hù)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(hù)試樣腐蝕情況嚴(yán)重得多。試驗(yàn)管段陰極保護(hù)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(hù)。

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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。