一種模擬研究埋地管道陰極保護(hù)效率的實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及油氣管道系統(tǒng)領(lǐng)域，公開了一種模擬研究埋地管道陰極保護(hù)效率的實(shí)驗(yàn)裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中不能對(duì)埋地管道的陰極保護(hù)效率進(jìn)行有效評(píng)價(jià)的技術(shù)問題，該實(shí)驗(yàn)裝置包括：模擬電解池，模擬電解池中放置有涂膜鋼板試樣，模擬電解池為涂膜鋼板試樣提供不同環(huán)境介質(zhì)，涂膜鋼板試樣用于模擬真實(shí)的管道；陰極保護(hù)控制儀，用于為涂膜鋼板試樣提供陰極保護(hù)；陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)，連接于涂膜鋼板試樣，用于檢測(cè)涂膜鋼板試樣的電極電位。達(dá)到了能夠有效的評(píng)價(jià)埋地管道的陰極保護(hù)效率的技術(shù)效果。
【專利說明】一種模擬研究埋地管道陰極保護(hù)效率的實(shí)驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣管道系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種模擬研宄埋地管道陰極保護(hù)效率的實(shí)驗(yàn)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在各地政府的大力支持下，作為第五大運(yùn)輸業(yè)一油氣管道運(yùn)輸業(yè)進(jìn)入飛速發(fā)展階段，油氣輸送管道里程數(shù)大幅度攀升。伴隨著以西氣東輸為標(biāo)志性的戰(zhàn)略性工程的實(shí)施，我國輸油輸氣管道的使用愈加普遍頻繁。但與此同時(shí)，這為油氣輸送管道的安全運(yùn)行提出了重大的課題，特別是對(duì)于在陰極保護(hù)條件下，埋地油氣輸送管道涂層發(fā)生剝離后陰極保護(hù)效率的檢測(cè)與預(yù)判以及膜下的腐蝕狀態(tài)和腐蝕類型成為亟待解決的問題。
[0003]目前，我國的油氣輸送管道大部分采用外加陰極保護(hù)電流和3PE防腐層雙重保護(hù)措施來防止外部環(huán)境對(duì)管道的腐蝕。理想的涂層能使管壁與外界環(huán)境完全隔絕，它雖然對(duì)保護(hù)電流流向管壁產(chǎn)生了很大的阻力，但可使這部分管壁完全受到涂層和電化學(xué)的雙重保護(hù)，見圖1所示的III區(qū)。如果涂層破損或存在微孔，管壁將與土壤直接接觸，此時(shí)涂膜阻力大幅度下降，陰極保護(hù)電流可順利到達(dá)金屬表面并迅速增大，可建立足夠的保護(hù)電位，此時(shí)同樣可使這部分管壁如同裸管那樣受到陰極保護(hù)而不發(fā)生腐蝕，見圖1所示的I區(qū)。但當(dāng)涂層與管壁發(fā)生剝離，剝離后的涂層與管壁間形成縫隙，同時(shí)水、空氣和電解質(zhì)通過縫隙進(jìn)入到膜下形成局部腐蝕環(huán)境。這時(shí)保護(hù)電流因涂層與管壁之間的縫隙而受阻于外涂層，使得這部分區(qū)域既得不到涂層保護(hù)，又得不到陰極保護(hù)，從而形成了嚴(yán)重的局部腐蝕，見圖1所示的II區(qū)。
[0004]在防護(hù)狀況調(diào)查和管道改造及防護(hù)層大修過程中人們發(fā)現(xiàn)，管道與管道的焊接部位，補(bǔ)口防護(hù)層外觀似乎完整無缺，此處陰極保護(hù)電位也處于有效范圍，但將補(bǔ)口防護(hù)層剝開后，防護(hù)層下面的管道表面已形成了明顯的、甚至是嚴(yán)重的局部腐蝕。這種在防護(hù)層和陰極保護(hù)雙重保護(hù)措施下都未能阻止的管道腐蝕或腐蝕穿孔區(qū)域稱之為“陰極保護(hù)死區(qū)”，其腐蝕現(xiàn)象叫“陰極保護(hù)死區(qū)腐蝕”。這一類局部腐蝕隱蔽性很強(qiáng)，難以發(fā)現(xiàn)，但破壞性極大，危害嚴(yán)重，是目前造成長輸管道腐蝕穿孔的主要原因之一，這類腐蝕在我國的西氣東輸一線同樣被發(fā)現(xiàn)，然而現(xiàn)有技術(shù)中還不能對(duì)埋地管道的陰極保護(hù)效率進(jìn)行有效評(píng)價(jià)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種模擬研宄埋地管道陰極保護(hù)效率的實(shí)驗(yàn)裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中不能對(duì)埋地管道的陰極保護(hù)效率進(jìn)行有效評(píng)價(jià)的技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供一種模擬研宄埋地管道陰極保護(hù)效率的實(shí)驗(yàn)裝置，包括:模擬電解池、陰極保護(hù)控制儀和陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)；
[0007]所述模擬電解池中放置有涂膜鋼板試樣，所述涂膜鋼板試樣表面包含一涂膜缺陷，所述模擬電解池為所述涂膜鋼板試樣提供不同環(huán)境介質(zhì)，所述涂膜鋼板試樣用于模擬真實(shí)的管道；所述模擬電解池具體包括:
[0008]土壤介質(zhì)，放置于所述模擬電解池，覆蓋于所述涂膜鋼板試樣表面；
[0009]有機(jī)玻璃管，放置于所述涂膜缺陷表面，所述有機(jī)玻璃管內(nèi)填充有所述土壤介質(zhì)，所述涂膜鋼板試樣與所述有機(jī)玻璃管垂直相接構(gòu)成模擬研宄電極，所述模擬研宄電極連接于所述陰極保護(hù)控制儀的工作電極接口 ；所述有機(jī)玻璃管用以阻擋垂直到達(dá)涂膜缺陷處的陰極保護(hù)電流，模擬剝離后的涂層對(duì)陰極保護(hù)電流的屏蔽；被所述有機(jī)玻璃管所遮蔽的所述涂膜鋼板試樣的表面裸露部分用以模擬真實(shí)條件下涂膜發(fā)生剝離時(shí)的管道；
[0010]對(duì)電極，連接于所述陰極保護(hù)控制儀的對(duì)電極接口 ；
[0011]第一參比電極，連接于所述陰極保護(hù)控制儀的參比電極接口，
[0012]微濾膜，放置于所述有機(jī)玻璃管和所述涂膜鋼板試樣之間，用于模擬所述管道的涂膜破損剝離后膜下裸露的金屬部分與外界環(huán)境的聯(lián)系通道；
[0013]所述陰極保護(hù)控制儀，用于為所述涂膜鋼板試樣提供陰極保護(hù)；
[0014]所述陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)，連接于所述涂膜鋼板試樣，用于檢測(cè)所述涂膜鋼板試樣的電極電位。
[0015]可選的，所述對(duì)電極具體為:鐵或石墨；和/或
[0016]所述第一參比電極具體為:飽和KCl甘未電極或飽和硫酸銅電極。
[0017]可選的，所述模擬電解池還包括:第二參比電極，所述第二參比電極一端插入所述有機(jī)玻璃管中的土壤介質(zhì)，所述第二參比電極的另一端連接于所述陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)。
[0018]可選的，所述陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)、所述第二參比電極和所述涂膜鋼板試樣構(gòu)成閉合回路，以測(cè)定所述表面裸露部分的電極電位，從而通過所述電極電位判定涂層破損剝離處管體的陰極保護(hù)效率。
[0019]可選的，通過采用不同材質(zhì)和厚度的微濾膜來調(diào)節(jié)所述有機(jī)玻璃管和所述涂膜鋼板試樣相接處的縫隙大小，以此來模擬涂膜處于不同剝離程度時(shí)與外界環(huán)境的接觸狀態(tài)。
[0020]可選的，通過控制所述土壤介質(zhì)的組成來調(diào)節(jié)進(jìn)入到所述表面裸露部分的電解質(zhì)含量；通過控制所述電解池的開閉狀態(tài)來調(diào)節(jié)進(jìn)入到所述表面裸露部分的氧氣濃度；通過控制所述土壤介質(zhì)的濕度來調(diào)節(jié)進(jìn)入到所述表面裸露部分的水的含量；通過控制所述微濾膜的材質(zhì)與厚度來調(diào)節(jié)進(jìn)入到所述表面裸露部分的陰極保護(hù)電流的大??；以此模擬涂膜剝離失效后不同的環(huán)境條件對(duì)涂膜剝離失效處管體陰極保護(hù)效率的影響。
[0021]可選的，所述陰極保護(hù)控制儀具體為:電化學(xué)工作站或恒電位儀。
[0022]可選的，所述陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)，具體為:電位差測(cè)量儀。
[0023]本發(fā)明有益效果如下:
[0024]由于在本發(fā)明實(shí)施例中，提供了一種模擬研宄埋地管道陰極保護(hù)效率的實(shí)驗(yàn)裝置，包括:模擬電解池，所述模擬電解池中放置有涂膜鋼板試樣，所述模擬電解池為所述涂膜鋼板試樣提供不同環(huán)境介質(zhì)，所述涂膜鋼板試樣用于模擬真實(shí)的管道；陰極保護(hù)控制儀，用于為所述涂膜鋼板試樣提供陰極保護(hù)；陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)，連接于所述涂膜鋼板試樣，用于檢測(cè)所述涂膜鋼板試樣的電極電位，故而能夠確定涂膜鋼板試樣在不同的環(huán)境條件下，何時(shí)會(huì)處于正常的陰極保護(hù)狀態(tài)，何時(shí)處于局部保護(hù)狀態(tài)，何時(shí)又完全未被陰極保護(hù)而出現(xiàn)嚴(yán)重的局部腐蝕，進(jìn)而達(dá)到了能夠有效的評(píng)價(jià)埋地管道的陰極保護(hù)效率的技術(shù)效果，并且能夠用以指導(dǎo)實(shí)際埋地鋼質(zhì)管道的腐蝕與防護(hù)工作，為實(shí)際埋地管道在陰極保護(hù)條件下涂層發(fā)生剝離后能否安全運(yùn)行提供了判斷依據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中埋地鋼質(zhì)管道涂層在不同狀態(tài)時(shí)的陰極保護(hù)效果示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中模擬研宄埋地管道陰極保護(hù)效率的實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)果圖；
[0027]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中模擬研宄埋地管道陰極保護(hù)效率的實(shí)驗(yàn)裝置模擬研宄電極示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中陰極保護(hù)條件下涂膜鋼板試樣涂層破損剝離處的陰極保護(hù)電位和電流隨時(shí)間的變化關(guān)系圖，其中，所施加的陰極保護(hù)電位為-0.925V，土壤為新疆鹽漬土，溫度為25°C，土壤濕度為15%，有機(jī)玻璃管與鋼板試樣之間的縫隙大小為0.125mm ；
[0029]圖5為本發(fā)明實(shí)例I中陰極保護(hù)條件下涂膜鋼板試樣涂層破損剝離處的陰極保護(hù)電位和電流隨時(shí)間的變化關(guān)系圖，其中，所施加的陰極保護(hù)電位為-0.925V，土壤為新疆鹽漬土，溫度為25°C，土壤濕度為15%，有機(jī)玻璃管與鋼板試樣之間的縫隙大小為0.250mm ;
[0030]圖6為本發(fā)明實(shí)例I中陰極保護(hù)條件下涂膜鋼板試樣涂層破損剝離處的陰極保護(hù)電位和電流隨時(shí)間的變化關(guān)系圖，其中，所施加的陰極保護(hù)電位為-0.925V，土壤為新疆鹽漬土，溫度為25°C，土壤濕度為15%，有機(jī)玻璃管與鋼板試樣之間的縫隙大小為0.375mm ;
[0031]圖7為本發(fā)明實(shí)例I中陰極保護(hù)條件下涂膜鋼板試樣涂層破損剝離處的陰極保護(hù)電位和電流隨時(shí)間的變化關(guān)系圖；其中，所施加的陰極保護(hù)電位為-0.925V，土壤為新疆鹽漬土，溫度為25°C，土壤濕度為5%，有機(jī)玻璃管與鋼板試樣之間的縫隙大小為0.375mm。

【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明提供一種模擬研宄埋地管道陰極保護(hù)效率的實(shí)驗(yàn)裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中不能對(duì)埋地管道的陰極保護(hù)效率進(jìn)行有效評(píng)價(jià)的技術(shù)問題。
[0033]本發(fā)明實(shí)施例總體思路如下:
[0034]提供了一種模擬研宄埋地管道陰極保護(hù)效率的實(shí)驗(yàn)裝置，包括:模擬電解池，所述模擬電解池中放置有涂膜鋼板試樣，所述模擬電解池為所述涂膜鋼板試樣提供不同環(huán)境介質(zhì)，所述涂膜鋼板試樣用于模擬真實(shí)的管道；陰極保護(hù)控制儀，用于為所述涂膜鋼板試樣提供陰極保護(hù)；陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)，連接于所述涂膜鋼板試樣，用于檢測(cè)所述涂膜鋼板試樣的電極電位，故而能夠確定涂膜鋼板試樣在不同的環(huán)境條件下，何時(shí)會(huì)處于正常的陰極保護(hù)狀態(tài)，何時(shí)處于局部保護(hù)狀態(tài)，何時(shí)又完全未被陰極保護(hù)而出現(xiàn)嚴(yán)重的局部腐蝕，進(jìn)而達(dá)到了能夠有效的評(píng)價(jià)埋地管道的陰極保護(hù)效率的技術(shù)效果，并且能夠用以指導(dǎo)實(shí)際埋地鋼質(zhì)管道的腐蝕與防護(hù)工作；為實(shí)際埋地管道在陰極保護(hù)條件下涂層發(fā)生剝離后能否安全運(yùn)行提供了判斷依據(jù)。
[0035]為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面通過附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做詳細(xì)的說明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體特征是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的詳細(xì)的說明，而不是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的技術(shù)特征可以相互組合。
[0036]本發(fā)明實(shí)施例提供一種模擬研宄埋地管道陰極保護(hù)效率的實(shí)驗(yàn)裝置，請(qǐng)參考圖2和圖3，具體包括:模擬電解池O、陰極保護(hù)控制儀10和陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)1，下面將對(duì)這三個(gè)分別進(jìn)行介紹。
[0037]I)模擬電解池O
[0038]請(qǐng)繼續(xù)參考圖2，所述模擬電解池O中放置有涂膜鋼板試樣3，所述涂膜鋼板試樣3表面包含一涂膜缺陷3a，所述模擬電解池O為所述涂膜鋼板試樣3提供不同環(huán)境介質(zhì)，所述涂膜鋼板試樣3用于模擬真實(shí)的管道，其中涂膜缺陷3a的直徑d可以小于等于0.5cm ;
[0039]所述模擬電解池O具體包括:
[0040]土壤介質(zhì)9，放置于所述模擬電解池O，覆蓋于所述涂膜鋼板試樣3表面；
[0041]有機(jī)玻璃管4，放置于所述涂膜缺陷3a表面，所述有機(jī)玻璃管4內(nèi)填充有所述土壤介質(zhì)9，所述涂膜鋼板試樣3與所述有機(jī)玻璃管4垂直相接構(gòu)成模擬研宄電極，所述模擬研宄電極連接于所述陰極保護(hù)控制儀10的工作電極接口 ；所述有機(jī)玻璃管4用以阻擋垂直到達(dá)涂膜缺陷3a處的陰極保護(hù)電流，模擬剝離后的涂層對(duì)陰極保護(hù)電流的屏蔽；被所述有機(jī)玻璃管4所遮蔽的所述涂膜鋼板試樣3的表面裸露部分用以模擬真實(shí)條件下涂膜發(fā)生剝離時(shí)的管道；
[0042]其中，有機(jī)玻璃管4的內(nèi)徑例如為:l-2cm、高度例如為:5-10cm，涂膜缺陷3a完全被有機(jī)玻璃管4所遮蔽。
[0043]對(duì)電極8，連接于所述陰極保護(hù)控制儀10的對(duì)電極8接口，對(duì)電極8例如為:所述對(duì)電極8具體為:鐵或石墨；
[0044]第一參比電極7，連接于所述陰極保護(hù)控制儀10的參比電極接口，所述第一參比電極7例如為:飽和KCl甘汞電極或飽和硫酸銅電極；
[0045]微濾膜6，放置于所述有機(jī)玻璃管4和所述涂膜鋼板試樣3之間，用于模擬所述管道的涂膜破損剝離后膜下裸露的金屬部分與外界環(huán)境的聯(lián)系通道；
[0046]其中，微濾膜6的材質(zhì)可以是普通打印紙、不同規(guī)格的濾紙或有機(jī)半透膜等；一層微濾膜6厚度為0.05—0.125mm。
[0047]在具體實(shí)施過程中，通過采用不同材質(zhì)和厚度的微濾膜6來調(diào)節(jié)所述有機(jī)玻璃管4和所述涂膜鋼板試樣3相接處的縫隙大小，以此來模擬涂膜處于不同剝離程度時(shí)與外界環(huán)境的接觸狀態(tài)。
[0048]在具體實(shí)施過程中，有機(jī)玻璃管4用以阻擋垂直到達(dá)涂膜缺陷3a處的陰極保護(hù)電流，模擬剝離后的涂層對(duì)陰極保護(hù)電流的屏蔽；有機(jī)玻璃管4與涂膜鋼板試樣3表面間的縫隙用以模擬涂膜破損剝離后膜下裸露的金屬部分與外界環(huán)境的聯(lián)系通道?？p隙的阻力和微濾膜6的材質(zhì)與厚度直接相關(guān)，影響到達(dá)被有機(jī)玻璃管4所屏蔽部分試樣的水、氧氣、無機(jī)鹽離子含量以及陰極保護(hù)電流的大小。
[0049]作為進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，所述模擬電解池O還包括:第二參比電極5，所述第二參比電極5 —端插入所述有機(jī)玻璃管4中的土壤介質(zhì)9，所述第二參比電極5的另一端連接于所述陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)I。第二參比電極5用于用來測(cè)定不同環(huán)境條件下被有機(jī)玻璃管4所遮蓋的裸露金屬部分的電極電位。
[0050]在具體實(shí)施過程中，所述陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)1、所述第二參比電極5和所述涂膜鋼板試樣3構(gòu)成閉合回路，以測(cè)定所述表面裸露部分的電極電位，從而通過所述電極電位判定涂層破損剝離處管體的陰極保護(hù)效率。
[0051]作為進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，可以通過控制土壤組成、溫度以及濕度來模擬涂膜鋼板試樣3實(shí)際所處的環(huán)境狀態(tài)。由于土壤的組成(特別是土壤中電解質(zhì)的種類與含量)，溫度以及濕度與其導(dǎo)電性密切相關(guān)，因此可以通過改變土壤組成、溫度以及濕度從而改變有機(jī)玻璃管4與涂膜鋼板試樣3接界處的電阻大小，以模擬不同環(huán)境條件對(duì)涂膜失效處管道的陰極保護(hù)效率的影響規(guī)律。同時(shí)通過改變土壤的組成、溫度與濕度調(diào)節(jié)進(jìn)入有機(jī)玻璃管4內(nèi)的水、氧氣以及無機(jī)鹽離子的含量，以模擬涂膜破損剝離后膜下裸露金屬的腐蝕狀態(tài)。
[0052]進(jìn)一步的，還可以通過控制所述土壤介質(zhì)9的組成來調(diào)節(jié)進(jìn)入到所述表面裸露部分的電解質(zhì)含量；通過控制所述電解池的開閉狀態(tài)來調(diào)節(jié)進(jìn)入到所述表面裸露部分的氧氣濃度；通過控制所述土壤介質(zhì)9的濕度來調(diào)節(jié)進(jìn)入到所述表面裸露部分的水的含量；通過控制所述微濾膜6的材質(zhì)與厚度來調(diào)節(jié)進(jìn)入到所述表面裸露部分的陰極保護(hù)電流的大?。灰源四M涂膜剝離失效后不同的環(huán)境條件對(duì)涂膜剝離失效處管體陰極保護(hù)效率的影響。
[0053]2)陰極保護(hù)控制儀10
[0054]所述陰極保護(hù)控制儀10，用于為所述涂膜鋼板試樣3提供陰極保護(hù)；
[0055]舉例來說，所述陰極保護(hù)控制儀10例如為:電化學(xué)工作站或恒電位儀。
[0056]經(jīng)過調(diào)節(jié)陰極保護(hù)控制儀10的電壓大小使得涂膜鋼板試樣3處于確定的外加陰極保護(hù)電位下，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬試樣施加陰極保護(hù)作用。與此同時(shí)，通過陰極保護(hù)控制儀10可以同步記錄在不同土壤環(huán)境條件下體系陰極保護(hù)電流的大小及其相應(yīng)的變化規(guī)律。由于埋地管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)中陰極保護(hù)電位和電流具有一定的相關(guān)性(例如:埋地管線某處的保護(hù)電位越負(fù)，相應(yīng)的陰極保護(hù)電流就會(huì)變得越大)，因而通過該陰極保護(hù)控制儀10完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)涂膜鋼板試樣3陰極保護(hù)電位和電流的控制。
[0057]3)陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)I
[0058]所述陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)1，連接于所述涂膜鋼板試樣3，用于檢測(cè)所述涂膜鋼板試樣3的電極電位。
[0059]舉例來說，所述陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)1，例如為:電位差測(cè)量儀。
[0060]由于電位差測(cè)量儀的高輸入阻抗，使得通過插入有機(jī)玻璃管4內(nèi)的第二參比電極5與模擬試樣構(gòu)成的測(cè)量回路的電流很小，由此通過電位差測(cè)量儀可準(zhǔn)確地同步記錄被有機(jī)玻璃管4所屏蔽的裸露金屬表面處的電極電位。該電極電位的大小受到到達(dá)該處的陰極保護(hù)電流的影響，因此，該方法可用來模擬研宄土壤環(huán)境介質(zhì)環(huán)境以及有機(jī)玻璃管4與涂膜鋼板試樣3表面間的縫隙阻力對(duì)模擬試樣涂層剝離處陰極保護(hù)效率的影響。
[0061]例如:根據(jù)所檢測(cè)到的電極電位以及相應(yīng)的保護(hù)電流的變化情況，可確定管道涂層破損剝離處在不同環(huán)境條件下，何時(shí)處于正常的陰極保護(hù)狀態(tài)，何時(shí)處于局部保護(hù)狀態(tài)，何時(shí)又完全未被陰極保護(hù)。并且可依據(jù)環(huán)境條件的變化情況，判定涂膜剝離后膜下的裸露金屬部分是否會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的局部腐蝕。
[0062]下面將以模擬研宄埋地管道陰極保護(hù)效率的實(shí)驗(yàn)裝置在具體實(shí)施過程中的應(yīng)用來對(duì)其進(jìn)行介紹，當(dāng)然，以下實(shí)施例僅作為舉例，并不作為限制。
[0063]實(shí)施例1:
[0064]本實(shí)例為采用本發(fā)明裝置模擬研宄有機(jī)玻璃管4與涂膜鋼板試樣3表面間的縫隙大小以及土壤濕度對(duì)模擬鋼板試樣涂膜剝離后膜下裸露金屬部分的陰極保護(hù)效率的影響。
[0065]本實(shí)例所采用的模擬試樣是由尺寸為10mm*60mm*5mm的X70鋼板先經(jīng)過水性砂紙打磨以及乙醇或丙酮超聲處理后，再在其表面涂覆一層厚度為30 μ m的聚氨酯涂料，待涂料有機(jī)溶劑揮發(fā)完后在其表面密封一層絕緣膠，以此來模擬實(shí)際埋地管道的3PE(三層結(jié)構(gòu)的聚乙烯)防腐涂層。通過在涂膜完整的鋼板表面用刀切開一個(gè)直徑為0.5cm的裸露圓形區(qū)域，即可得到模擬試樣(也即涂膜鋼板試樣3)，以碳鋼片為對(duì)電極8，飽和甘汞電極為第一參比電極7，構(gòu)成三電極研宄體系。
[0066]在室溫條件下，先在模擬電解池O中平鋪適量一定濕度的新疆土( 土壤組成)，保證該土壤的孔隙率和實(shí)際埋地管道中的土壤大致相同，然后將上述的模擬試樣平放于模擬電解池O中。在模擬試樣涂膜破損的位置上方疊放有不同層數(shù)的微濾膜6 (材質(zhì)為普通打印紙，一層微濾膜6厚度為0.125mm)，以此來調(diào)節(jié)有機(jī)玻璃管4與涂膜鋼板試樣3表面間的縫隙大小。再在微濾膜6正上方罩上一根長度為50mm，內(nèi)徑為1mm，壁厚為2mm的有機(jī)玻璃管4，管中填充滿土壤(僅充當(dāng)電解質(zhì))，整個(gè)過程始終保持有機(jī)玻璃管4垂直并壓緊涂膜鋼板試樣3表面。最后在模擬電解池O中填充適量土壤，使得整個(gè)模擬試樣浸沒在土壤之中。
[0067]將模擬試樣(研宄電極)、對(duì)電極8和參比電極分別與恒電位儀的外接口相連后，經(jīng)調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)使陰極保護(hù)電位設(shè)定在-0.925V。模擬電解池O中土壤的濕度分別控制在5%和15%;有機(jī)玻璃管4與涂膜鋼板試樣3間的縫隙大小分別控制在0.125mm,0.250mm以及0.375_。通過該裝置研宄有機(jī)玻璃管4與涂膜鋼板試樣3表面間的縫隙大小和土壤濕度對(duì)模擬試樣涂層剝離處裸露金屬部分的陰極保護(hù)電位和相應(yīng)的保護(hù)電流的影響。
[0068]當(dāng)土壤濕度恒定時(shí)，有機(jī)玻璃管4與涂膜鋼板試樣3表面間的縫隙越大，模擬試樣涂層剝離處裸露金屬部分的陰極保護(hù)效果越好。如圖4(4a為陰極保護(hù)電位曲線、4b為陰極保護(hù)電流曲線)、5 (5a為陰極保護(hù)電位曲線、5b為陰極保護(hù)電流曲線)、6 (6a為陰極保護(hù)電位曲線、6b為陰極保護(hù)電流曲線)所示的結(jié)果表明，在室溫條件下，外加陰極保護(hù)電位設(shè)定為-0.925V，土壤濕度恒定在15%，當(dāng)縫隙大小為d = 0.125mm時(shí)，隨時(shí)間的延長，陰極保護(hù)電位從-0.582V不斷負(fù)移，陰極保護(hù)電流從36.4 μ A不斷變大；當(dāng)縫隙大小d = 0.250mm時(shí)，隨時(shí)間的延長，陰極保護(hù)電位從-0.521V不斷負(fù)移，陰極保護(hù)電流從33 μ A不斷變大。無論縫隙為0.125mm或是0.250mm，由于縫隙間距較小，縫隙內(nèi)外的電解質(zhì)交換難于進(jìn)行，當(dāng)外加電位陰極極化時(shí)，電力線很難從縫隙外部通過微濾膜6達(dá)到縫隙內(nèi)裸露金屬表面，此時(shí)縫隙電阻很大，縫隙內(nèi)外會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很大的電壓降，此兩種不同縫隙尺寸下涂層剝離處裸露金屬部分的陰極保護(hù)電位比較接近，但都始終高于最小有效陰極保護(hù)電位-0.775V，因而裸露金屬部分得不到完全有效的陰極保護(hù)，會(huì)發(fā)生腐蝕。但當(dāng)縫隙大小d = 0.375mm時(shí)，隨時(shí)間的延長，陰極保護(hù)電位從-0.7281V不斷負(fù)移，最終趨近于-0.85V，陰極保護(hù)電流從35.7 μΑ不斷變大，最終趨近于120μΑ。由于縫隙尺寸增大，縫隙電阻驟減，縫隙內(nèi)外的電解質(zhì)交換更易于進(jìn)行，當(dāng)外加電位陰極極化時(shí)，電力線更易于達(dá)到涂層剝離處裸露金屬表面，導(dǎo)致其保護(hù)電位降低，并且始終低于最小有效陰極保護(hù)電位-0.775V，因而該條件下裸露金屬部分能夠得到有效的陰極保護(hù)，不會(huì)發(fā)生腐蝕。
[0069]如圖6和7 (7a為陰極保護(hù)電位曲線、7b為陰極保護(hù)電流曲線)所示的結(jié)果表明，在室溫條件下，外加陰極保護(hù)電位設(shè)定為-0.925V，有機(jī)玻璃管4與涂膜鋼板試樣3表面間的縫隙大小d恒定在0.375mm，當(dāng)土壤濕度為5%時(shí)，隨時(shí)間的延長，陰極保護(hù)電位從-0.4669V不斷負(fù)移，陰極保護(hù)電流從0.4768 μΑ不斷變大。由于土壤濕度較低，土壤中電解質(zhì)的導(dǎo)電性很差，電力線很難從縫隙外部通過微濾膜6滲入到縫隙內(nèi)部，在縫隙處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很大的電壓降，導(dǎo)致涂層剝離處裸露金屬部分的陰極保護(hù)電位始終高于最小有效陰極保護(hù)電位-0.775V，因而裸露金屬部分得不到完全有效的陰極保護(hù)，會(huì)發(fā)生腐蝕。但當(dāng)土壤濕度為15%時(shí)，隨時(shí)間的延長，陰極保護(hù)電位從-0.7281V不斷負(fù)移，最終趨近于-0.85V，陰極保護(hù)電流從35.7 μ A不斷變大，最終趨近于120 μ Ao隨著土壤濕度增大，土壤中電解質(zhì)的導(dǎo)電性也會(huì)有大幅度增強(qiáng)。由于電力線更易于通過微濾膜6達(dá)到涂層剝離處裸露金屬表面，導(dǎo)致其保護(hù)電位迅速降低，并且始終低于最小有效陰極保護(hù)電位-0.775V，該條件下裸露金屬部分始終能夠得到有效的陰極保護(hù)，不會(huì)發(fā)生腐蝕。
[0070]實(shí)施例2:
[0071]本實(shí)例為采用本發(fā)明裝置模擬研宄土壤含水量連續(xù)交替變化對(duì)模擬試樣涂膜剝離后膜下裸露金屬部分的陰極保護(hù)效率及其腐蝕狀況的影響。
[0072]本實(shí)例采用的模擬電極與實(shí)施例1中所述的一樣。在室溫條件下，先在模擬電解池O中平鋪適量濕度為23%的新疆土(將近飽和狀態(tài))，保證該土壤的孔隙率和實(shí)際埋地管道中的土壤大致相同，然后將上述的模擬試樣平放于模擬電解池O中。在模擬鋼板試樣涂膜破損的位置上方疊放有不同層數(shù)的微濾膜6 (材質(zhì)為普通打印紙，一層微濾膜6厚度為0.125mm)，以此來調(diào)節(jié)有機(jī)玻璃管4與涂膜鋼板試樣3表面間的縫隙大小。再在微濾膜6正上方罩上一根長度為50mm，內(nèi)徑為1mm，壁厚為2mm的有機(jī)玻璃管4，管中填充滿土壤(僅充當(dāng)電解質(zhì))，整個(gè)過程始終保持有機(jī)玻璃管4垂直并壓緊涂膜鋼板表面。最后在模擬電解池O中填充一部分土壤，使得整個(gè)模擬試樣浸沒在土壤之中。
[0073]將模擬試樣(研宄電極)、對(duì)電極8和參比電極分別與恒電位儀的外接口相連后，經(jīng)調(diào)節(jié)恒電位儀，設(shè)定外加陰極保護(hù)電位的大小。為實(shí)現(xiàn)模擬電解池O中土壤含水量的連續(xù)交替變化，間隔12h將上述模擬電解池O裝置放在電熱鼓風(fēng)式恒溫干燥箱(溫度設(shè)定在550C )中，待模擬電解池O中土壤水分揮發(fā)待盡時(shí)，向電解池中加入適量的水直至土壤表面滲出水飽和為止。與此同時(shí)記錄模擬試樣涂層剝離處裸露金屬部分的陰極保護(hù)電位以及相應(yīng)的保護(hù)電流的變化情況。12h后又將模擬電解池O裝置轉(zhuǎn)移到電熱鼓風(fēng)式恒溫干燥箱外，如此周期性反復(fù)操作，來實(shí)現(xiàn)土壤含水量的連續(xù)交替變化。
[0074]當(dāng)土壤含水量較低時(shí)，模擬試樣涂層剝離處的陰極保護(hù)電位較所設(shè)定的保護(hù)電位更正，保護(hù)電流比較小(將近幾個(gè)微安)，此狀態(tài)下模擬試樣涂層剝離處的裸露金屬部分得不到有效的陰極保護(hù)作用。但由于土壤含水量較低，土壤之中的電解質(zhì)導(dǎo)電性比較差，縫隙電阻較大，水、氧氣以及無機(jī)鹽離子等很難通過微濾膜6進(jìn)入到縫隙內(nèi)部，被有機(jī)玻璃管4所屏蔽區(qū)域難以形成電化學(xué)腐蝕環(huán)境，故而其表面腐蝕比較輕微；當(dāng)土壤含水量濕度較大時(shí)，模擬試樣涂層剝離處的陰極保護(hù)電位比較接近所設(shè)定的保護(hù)電位，保護(hù)電流比較大(將近幾百微安)。此狀態(tài)下土壤之中的電解質(zhì)導(dǎo)電性比較好，縫隙阻力較小，陰極保護(hù)電流易于通過有機(jī)玻璃管4與涂膜鋼板試樣3表面間的縫隙流入裸露金屬表面，從而使得試樣得到比較有效的陰極保護(hù)，故而被有機(jī)玻璃管4所屏蔽的裸露金屬表面腐蝕亦比較輕微；但當(dāng)土壤含水量出現(xiàn)干濕交替變化時(shí)，模擬試樣被有機(jī)玻璃管4所屏蔽的裸露金屬部分卻發(fā)生非常嚴(yán)重的腐蝕。由于當(dāng)土壤濕度增大時(shí)，水、氧氣、無機(jī)鹽離子以及陰極保護(hù)電流通過有機(jī)玻璃管4與涂膜鋼板試樣3表面間的縫隙流入裸露金屬表面，此時(shí)試樣得到比較好的陰極保護(hù)作用；但當(dāng)土壤濕度減小時(shí)，整個(gè)土壤的電解質(zhì)電導(dǎo)率下降，縫隙阻力增大，陰極保護(hù)電流很難通過有機(jī)玻璃管4與涂膜鋼板試樣3表面間的縫隙流入裸露金屬表面。而此時(shí)有機(jī)玻璃管4內(nèi)部裸露金屬部分區(qū)域已經(jīng)形成了一個(gè)局部腐蝕環(huán)境，加劇了模擬試樣涂層剝離處裸露金屬部分的局部腐蝕。
[0075]本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，至少具有以下有益效果:
[0076]由于在本發(fā)明實(shí)施例中，提供了一種模擬研宄埋地管道陰極保護(hù)效率的實(shí)驗(yàn)裝置，包括:模擬電解池，所述模擬電解池中放置有涂膜鋼板試樣，所述模擬電解池為所述涂膜鋼板試樣提供不同環(huán)境介質(zhì)，所述涂膜鋼板試樣用于模擬真實(shí)的管道；陰極保護(hù)控制儀，用于為所述涂膜鋼板試樣提供陰極保護(hù)；陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)，連接于所述涂膜鋼板試樣，用于檢測(cè)所述涂膜鋼板試樣的電極電位，故而能夠確定涂膜鋼板試樣在不同的環(huán)境條件下，何時(shí)會(huì)處于正常的陰極保護(hù)狀態(tài)，何時(shí)處于局部保護(hù)狀態(tài)，何時(shí)又完全未被陰極保護(hù)而出現(xiàn)嚴(yán)重的局部腐蝕，進(jìn)而達(dá)到了能夠有效的評(píng)價(jià)埋地管道的陰極保護(hù)效率的技術(shù)效果，并且能夠用以指導(dǎo)實(shí)際埋地鋼質(zhì)管道的腐蝕與防護(hù)工作；為實(shí)際埋地管道在陰極保護(hù)條件下涂層發(fā)生剝離后能否安全運(yùn)行提供了判斷依據(jù)。
[0077]盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0078]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬研宄埋地管道陰極保護(hù)效率的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括:模擬電解池、陰極保護(hù)控制儀和陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)； 所述模擬電解池中放置有涂膜鋼板試樣，所述涂膜鋼板試樣表面包含一涂膜缺陷，所述模擬電解池為所述涂膜鋼板試樣提供不同環(huán)境介質(zhì)，所述涂膜鋼板試樣用于模擬真實(shí)的管道；所述模擬電解池具體包括: 土壤介質(zhì)，放置于所述模擬電解池，覆蓋于所述涂膜鋼板試樣表面； 有機(jī)玻璃管，放置于所述涂膜缺陷表面，所述有機(jī)玻璃管內(nèi)填充有所述土壤介質(zhì)，所述涂膜鋼板試樣與所述有機(jī)玻璃管垂直相接構(gòu)成模擬研宄電極，所述模擬研宄電極連接于所述陰極保護(hù)控制儀的工作電極接口 ；所述有機(jī)玻璃管用以阻擋垂直到達(dá)涂膜缺陷處的陰極保護(hù)電流，模擬剝離后的涂層對(duì)陰極保護(hù)電流的屏蔽；被所述有機(jī)玻璃管所遮蔽的所述涂膜鋼板試樣的表面裸露部分用以模擬真實(shí)條件下涂膜發(fā)生剝離時(shí)的管道； 對(duì)電極，連接于所述陰極保護(hù)控制儀的對(duì)電極接口； 第一參比電極，連接于所述陰極保護(hù)控制儀的參比電極接口， 微濾膜，放置于所述有機(jī)玻璃管和所述涂膜鋼板試樣之間，用于模擬所述管道的涂膜破損剝離后膜下裸露的金屬部分與外界環(huán)境的聯(lián)系通道； 所述陰極保護(hù)控制儀，用于為所述涂膜鋼板試樣提供陰極保護(hù)； 所述陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)，連接于所述涂膜鋼板試樣，用于檢測(cè)所述涂膜鋼板試樣的電極電位。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述對(duì)電極具體為:鐵或石墨；和/或 所述第一參比電極具體為:飽和KCl甘未電極或飽和硫酸銅電極。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述模擬電解池還包括:第二參比電極，所述第二參比電極一端插入所述有機(jī)玻璃管中的土壤介質(zhì)，所述第二參比電極的另一端連接于所述陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)、所述第二參比電極和所述涂膜鋼板試樣構(gòu)成閉合回路，以測(cè)定所述表面裸露部分的電極電位，從而通過所述電極電位判定涂層破損剝離處管體的陰極保護(hù)效率。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，通過采用不同材質(zhì)和厚度的微濾膜來調(diào)節(jié)所述有機(jī)玻璃管和所述涂膜鋼板試樣相接處的縫隙大小，以此來模擬涂膜處于不同剝離程度時(shí)與外界環(huán)境的接觸狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，通過控制所述土壤介質(zhì)的組成來調(diào)節(jié)進(jìn)入到所述表面裸露部分的電解質(zhì)含量；通過控制所述電解池的開閉狀態(tài)來調(diào)節(jié)進(jìn)入到所述表面裸露部分的氧氣濃度；通過控制所述土壤介質(zhì)的濕度來調(diào)節(jié)進(jìn)入到所述表面裸露部分的水的含量；通過控制所述微濾膜的材質(zhì)與厚度來調(diào)節(jié)進(jìn)入到所述表面裸露部分的陰極保護(hù)電流的大??；以此模擬涂膜剝離失效后不同的環(huán)境條件對(duì)涂膜剝離失效處管體陰極保護(hù)效率的影響。
7.如權(quán)利要求1-6任一所述的裝置，其特征在于，所述陰極保護(hù)控制儀具體為:電化學(xué)工作站或恒電位儀。
8.如權(quán)利要求1-6任一所述的裝置，其特征在于，所述陰極保護(hù)電位測(cè)量系統(tǒng)，具體為:電位差測(cè)量儀。
【文檔編號(hào)】G01N17/02GK104515731SQ201410799808
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】李英義, 曠亞非, 韓昌柴, 惠海軍, 曾冬冬, 陳梁, 鄭大海, 張照旭, 黃娟 申請(qǐng)人:中國石油天然氣股份有限公司