燃气输送用防腐管道
李国磊 王希峰
【摘 要】本文通过对管道涂层局部电位、溶液pH和溶解氧浓度的测量，研究了阴极保护对管道防腐涂层下腐蚀的影响。结果表明：在管道腐蚀的早期阶段，由于受几何限制的原因，阴极保护无法保护到间隙底部的材料。阴极保护在缓解防腐涂层间隙区域腐蚀的主要方法是提高其pH。随着距管道阳极焊点位置距离的增加，管道防腐涂层间隙底部需要通过阴极保护来提供更好阴极极化效果。
【关键词】阴极保护；间隙腐蚀；防腐涂层
【Abstract】In this work，a test rig was developed to study the effect of cathodic protection on corrosion of pipeline steel in the crevice area under disbonded coating through the measurements of local potential，solution pH and dissolved oxygen concentration.Results demonstrated that，in the early stage of corrosion of steel，CP cannot reach the crevice bottom to protect steel from corrosion due to the geometrical limitation.The main role of CP in mitigation of sequential corrosion of steel in crevice under disbonded coating is to enhance the local solution alkalinity.With the increase of distance from the open holiday，a high cathodic polarization is required to achieve appropriate CP level at crevice bottom.
【Key words】Cathodic protection；Crevice corrosion；Polymer coating
0 综述
管道主要通过涂层和阴极保护进行防腐[1]。虽然涂层具有良好的防腐性能，但是当腐蚀性气体、水、化学物质进入管道与涂层间隙时，会形成容易发生腐蚀反应的电化学环境，从而使管道涂层发生剥离[3-5]。
研究证明，阴极保护会对管道与涂层间隙的化学环境产生影响。例如，Fessler等发现剥离的涂层间隙区域的电位总是低于施加保护的电位，阴极保护无法起到保护效果[6]；Dong等研究了涂层缺陷处钢的局部腐蚀，断定阴极保护影响了间隙底部的局部电化学环境和腐蚀反应[8]；Perdomo等测定了涂层间隙内的局部电位、溶液pH和溶解氧浓度，发现管道的电化学腐蚀归因于沿着间隙逐渐变化的化学环境[3-7]；此外，Stratmann团队使用Kelvin扫描探针研究了剥离的管道涂层，并表明涂层界面的电化学反应导致了脱离[9]。管道涂层剥离时，整个界面的电位会明显降低到非常负的数值，这是涂层间隙发生腐蚀反应的典型特点。
管道涂层下的腐蚀过程通常用间隙腐蚀来模拟[10]。我们利用间隙模拟装置通过对起局部电位、溶液pH和溶解氧浓度的测量，来研究阴极保护对涂层间腐蚀的影响，并深入分析了电化学腐蚀机理。
1 实验方案
从管道上切割一块试验钢片。如图1所示，利用该装置模拟涂层间隙腐蚀，选用饱和甘汞电极作为参比电极，铂丝作为辅助电极。用有机玻璃和塑料薄片模拟防腐涂层，沿有机玻璃方向每隔5cm钻3个小孔，模拟防腐涂层缺陷，并在小孔上固定微型电极。当阴极保护施加到防腐涂层时，分别测量不同小孔处的局部电位、溶液pH和溶解氧浓度。
实验试剂选用浓度为0.01M和pH为6.8的硫酸钠溶液。所有实验需在22℃的空气中进行。
2 实验结果
如图2所示，防腐涂层浸泡在溶液中1h后，不同腐蚀电位条件下，防腐涂层缺陷的距离与管道局部电位、溶液pH和溶解氧浓度的函数关系。如图2a所示，随着防腐涂层缺陷距离的增大，局部电位也越来越大；如图2b所示，随着防腐涂层缺陷距离的增大溶液pH减小，且在间隙的最底部pH值最小。如图2c所示，溶液中溶解氧的浓度为8.3mg/L，这意味着阴极保护的作用不能渗透到间隙的底部。此外，无论是否应用了阴极保护，间隙底部的溶解氧浓度都会随着缺陷距离的增大从8.3mg/L降低到1.0mg/L。
3 结果分析
涂层间隙的溶液pH值理应伴随阴极保护的增强而增大，如图3b所示，电位越负溶液pH值越大。由于水不断生成氢氧根离子，也会造成溶液pH值增大。可以得出结论，提高管道涂层防腐能力的关键是增加涂层间隙溶液的pH。然而这会加速防腐涂层从管道上脱落[3，4，7]。因此施加阴极保护时要对涂层内溶液的pH和涂层的剥离同时考虑。
4 结论
在钢制管道涂层的早期腐蚀阶段，由于几何的限制阴极保护无法有效保护到涂层间隙，腐蚀优先发生在涂层间隙内部。随着时间的推移涂层间隙内溶液pH值逐渐增大，在管道较高pH值处施加阴极保护效果较差。因此阴极保护的主要作用是提高了涂层间隙溶液的pH值。
管道涂层阳极焊点与涂层间隙内部的电位差总是存在的，这会影响阴极保护的效果。而随着距涂层阳极焊点距离的增加，无论是否有阴极保护氧气的浓度都会明显下降。
【参考文献】
[1]National Energy Board，Report of Public Inquiry Concerning Stress Corrosion Cracking on Canadian Oil and Gas Pipelines，MH-2-95，1996.
[2]D.T.Chin，G.M.Sabde，Corrosion 5（1999）229.
[3]J.J.Perdomo，M.E.Chabica，I.Song，Corrosion Science 43（2001）515.
[4]A.Q.Fu，Y.F.Cheng，Corrosion Science 51（2009）914.
[5]W.Furbeth，M.Stratmann，Corrosion Science 43（2001）207.
[6]R.R.Fessler， A.J. Markworth，R.N.Parkins，Corrosion 39（1983）20.
[7]F.M.Song，D.W.Kirk，J.W.Graydon，D.E.Cormack，Corrosion 58（2002）1015.
[8]C.F.Dong，A.Q.Fu，X.G.Li，Y.F.Cheng，Electrochimica Acta 54（2008）628.
[9]A.Leng，H.Steckel，M.Stratmann，Corrosion Science 41（1999）547.
[10]Zhengfeng Li，Fuxing Gan，Xuhui Mao，Corrosion Science，44（2002）689.
[責任编辑：田吉捷]
