作为油气运输的重要设施,长输管道的安全稳定运行是国家经济建设的重要保障。目前,在役埋地管道多采用碳钢,其长期处于复杂土壤环境中,受微生物、水分及腐蚀性离子的协同作用易引发电化学腐蚀,从而影响管道的安全运行和使用寿命。对于短距离欠保护管段,埋地牺牲阳极法是一种行之有效的辅助性阴极保护措施,其防护效果取决于土壤环境与牺牲阳极材料的电化学性能等多种因素的综合影响。电流效率是牺牲阳极阴极保护设计中的重要参数,其数值的变化会直接影响阴极保护设计的有效性。因此,研究牺牲阳极电流效率的影响因素及变化规律对阴极保护设计、预测牺牲阳极的寿命都具有重要意义。
孔小东等指出,合金元素主要是通过形成第二相影响铝阳极的电化学性能,其中Ti对提高阳极电流效率有促进作用。赵国强等通过电化学方法明确了Al-Zn-In牺牲阳极在不同工作电流密度下的电流效率和溶解机制。廖海星等从微观角度讨论了电流效率与铝合金显微组织的关系。胡正阳等指出,镁合金的理论电容量高,但电流效率低,通过添加合金元素可以抑制镁合金过快溶解或局部溶解的特性,提高其使用寿命。另外,文献都报道了镁合金和铝合金电流效率的快速测试方法。目前,埋地管道牺牲阳极的研究主要集中于铝合金牺牲阳极,而对镁合金牺牲阳极环境影响因素的研究相对匮乏,尤其是针对实际服役环境中镁合金牺牲阳极电流效率影响规律的系统性研究。
西南山区地形起伏大、土壤类型多样、气候湿热多雨,导致管道沿线土壤电阻率差异显著。低洼地带土层较厚,而陡坡地段土层浅薄,以砂砾质土为主且土壤电阻率较高。土壤多呈酸性至微酸性,局部石灰岩区呈中性至微碱性。受地质条件与山区降水的影响,管道沿线土壤电阻率空间差异显著。同时,部分牺牲阳极埋深不足,服役温度范围较宽,现有牺牲阳极难以提供有效阴极保护。作者以西南山区在役镁合金牺牲阳极为对象,在模拟土壤环境中开展电流效率评价试验及腐蚀产物分析,明确环境因素对镁合金电流效率的影响规律与腐蚀机制,并结合实际服役环境提出适宜的埋设参数范围,以期为现场优化布设镁合金牺牲阳极提供科学依据。
1 试 验
1. 1 试验材料
现场调研结果表明,西南片区山区的钢制埋地管道采用3PE+牺牲阳极阴极保护联合防护,沿线土壤电阻率为15~100Ω·m,土壤pH为5. 5~7. 5,镁阳极埋设温度为3~40℃。对现场取回的镁合金牺牲阳极 ( 简称镁阳极) 进行线切割,加 工 成ϕ16mm×48 mm的试样;然后,将704硅橡胶涂覆镁阳极试样表面,使其暴露面积为14 cm2 。表1为镁阳极的化学成分。试验溶液为模拟土壤液,其离子组成如表2所示。
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