李磊 李祥琦 张勇 陈瑞雪 叶小伟

北京管道河北输油气分公司

 

摘要：腐蚀防护是保障管道安全运行的重要手段。通过选取两条管道同时埋设自腐蚀试样和阴极保护试样，分别测试其腐蚀速率和腐蚀形貌，对阴极保护效果进行评价。结果表明，阴极保护试样腐蚀速率远远小于自腐蚀试样腐蚀速率，阴极保护有效。

关键词：长输管道；阴极保护效果；腐蚀速率测试

 

油气管道大多埋于地下，因环境因素较为复杂，容易发生腐蚀，因此管道防腐是保障管道安全运营的重要措施[1-3]。目前我国埋地管道均采用防腐层与阴极保护联合防腐[4-6]。为了评估管道阴极保护有效性，选取YQP管道0928#—1103#测试桩管段（管段1）和LtL管道0199#—0240#测试桩管段（管段2）进行实验，现场选择不同测试桩位置埋设试样，测试各处阴极保护电位、自腐蚀试样以及阴极保护试样的腐蚀速率。

1  实验方法

1.1  试样埋设

两条管道同为X70管道，均采用3PE防腐层。根据SY/T 0029―2012 《埋地钢质检查片应用技术规范》，在管段1选取7处测试桩、管段2选取4处测试桩作为试样（试片）埋设位置。每处埋设自腐蚀试样3个以及模拟不同防腐层破损面积与管道相连的试样（以下简称阴极保护试样）3个，模拟防腐层破损面积分别为0.4 cm2、1.0 cm2、6.5 cm2。试样埋设时间2020年11月，其中YQP管道1071#、1074#、1077#和LtL管道99#、231#、233#、240#处8个试片于8个月后取出，YQP管道928#、1090#、1095#、1103#处4个试片于12个月后取出。

1.2  管道阴保电位测试

采用与被测管道相同材质（X70）、工作面积为1 cm2的试片模拟管道防腐层缺陷，试片背面焊接导线并用环氧树脂进行封装，将未封装面打磨至光亮，使试片表面无明显划痕。将试片埋于管道上方，通过测试桩导线与管道相连接，如图 1所示。试片充分极化后，将中断器设置为通12 s，断3 s，数据采集间隔为0.025 s，启用瞬时电位记录仪连续记录通、断电电位。

图 1 测试桩处通电电位和断电电位测试示意图

1.3  腐蚀速率测试

取回现场埋设试样后，按照GB/T 16545―2015《金属和合金的腐蚀 腐蚀试样上腐蚀产物的清除》进行酸洗去除腐蚀产物后称重，酸洗液配比为500 mL HCl，密度1.19 g/mL，500 mL去离子水+3.5 g六次甲基四胺。酸洗步骤为将试片浸泡在酸洗液中10 min，然后用软毛刷轻轻刷洗试片表面，用清水冲洗试片，无水乙醇脱水，冷风吹干，干燥箱干燥24 h后称重，按照式（1）计算平均腐蚀速率。

式中：V为腐蚀速率，mm/a；△G为试样埋设前后的质量差，g；S为试片表面积，cm2；t为腐蚀时间，h；ρ为试片钢密度，g/cm3；C为换算系数，8.76×104。

同时进行点蚀测试。使用凹坑测试仪测量自腐蚀试样和阴极保护试样蚀坑深度，每个试样表面选择10个位置分别测量，确定最大蚀坑深度，计算点蚀速率。

1.4  腐蚀形貌测试

将取出的埋设试片酸洗前、酸洗后宏观形貌进行拍摄；采用Zeiss共聚焦测量显微镜（图 2）对试样腐蚀产物表面形貌进行采集，测试三维腐蚀形貌。

图 2 Zeiss共聚焦测量显微镜

2  结果与讨论

2.1  管道阴保电位

试片埋设位置通、断电电位测试结果如表 1所示。

表 1 管道通电电位和断电电位测试结果

根据GB/T 21447―2018 《钢质管道外腐蚀控制规范》可知，管道断电电位负于﹣850 mV，即可达到正常阴极保护效果。由表 1可知，测试位置断电电位均负于﹣850 mV，可以认为管道阴极保护有效。

2.2  腐蚀速率测试结果

自腐蚀试样平均腐蚀速率和点蚀速率测试结果如表 2所示，阴极保护试样点蚀速率测试结果如表 3所示。

表 2 自腐蚀试样腐蚀速率测试结果

表 3 阴极保护试样点蚀速率测试结果

以YQP管道928#、1074#和1077#这3处为例，自腐蚀试样点蚀速率和阴极保护试样最大点蚀速率分别为0.312 mm/a，0.011 mm/a；0.281 mm/a， 0.068 mm/a；0.234 mm/a，0.074 mm/a。根据GB/T 21447-2018《钢质管道外腐蚀控制规范》，3处土壤腐蚀性等级均为中，施加阴极保护后均降为弱。可以看出，阴极保护试样点蚀速率远远小于没有阴极保护的自腐蚀试样点蚀速率，表明试验管段阴极保护系统可以大幅度降低管道腐蚀速率，为管道提供良好保护。

以LtL管道231#和240#这2处为例，自腐蚀试样点蚀速率和阴极保护试样最大点蚀速率分别为0.259 mm/a，0.066 mm/a；0.171 mm/a，0.010 mm/a。同理，2处土壤腐蚀性等级均为中，施加阴极保护后均降为弱。阴极保护系统有效。

2.3  试样腐蚀形貌

以LtL管道199#测试桩处埋设试片为例，酸洗前、酸洗后宏观形貌以及所测试的三维腐蚀形貌图分别见图 3—6。可以看出，自腐蚀试样腐蚀情况要比阴极保护试样腐蚀情况严重得多，蚀坑深度明显大于阴极保护试样。同样可以说明，阴极保护系统大幅度降低了管道腐蚀速率，可为管道提供良好保护。

图 3 LtL管道199#阴极保护试样酸洗前、后宏观形貌

图 4 LtL管道199#阴极保护试样三维腐蚀形貌测试

图 5 LtL管道199#自腐蚀试样酸洗前、后宏观形貌

图 6 LtL管道199#自腐蚀试样三维腐蚀形貌

3  结论

（1）试验管段阴保电位测试结果表明，管道保护电位负于﹣850 mV，管道处于有效阴极保护状态。

（2）阴极保护试样点蚀速率远远小于没有阴极保护的自腐蚀试样点蚀速率，自腐蚀试样腐蚀情况要比阴极保护试样腐蚀情况严重得多。试验管段阴极保护系统大幅度降低了管道腐蚀速率，可以为管道提供良好保护。

 

参考文献：

[1]王永涛，刘晓龙，郭彦明，等. DM/RTK-GPS技术在中航油长输管道防腐层检测中的应用[J]. 全面腐蚀控制，2020，34(1)：116-120.

[2]彭晗. 阴极保护在埋地燃气管道腐蚀防护中的应用[J]. 化学工程与装备，2018(12)：103-104.

[3]王勇.吴起—延炼输油管道阴极保护系统运行现状分析及优化运行研究[D]. 西安：西安石油大学，2015.

[4]单庆伟.长输天然气管道防腐层及阴极保护技术分析[J]. 全面腐蚀控制，2021，35(8)：128-129.

[5]杜东雷，刘北霜.输油管线腐蚀检测与防护[J]. 化工管理，2020(36)：85-86.

[6]黄红科，魏松林，刘朝，等. 站场埋地管道阴极保护电位测量与评估的影响因素[J]. 全面腐蚀控制，2021，35(6)：10-18.

 

作者简介：李磊，1986年生，副主任工程师（NACE CP3），主要从事管道完整性管理工作。联系方式：13223301915，lilei14@pipechina.com.cn。