犧牲陽極是否導(dǎo)致3PE防腐層陰極剝離的探討

摘 要

摘要：通過分析鋼管防腐層發(fā)生陰極剝離的條件、3PE防腐層的特性，得出犧牲陽極陰極保護(hù)不會導(dǎo)致3PE防腐層發(fā)生陰極剝離。關(guān)鍵詞：埋地燃?xì)夤艿?；陰極保護(hù)；犧牲陽極；3PE防腐層；陰極剝離D
摘要：通過分析鋼管防腐層發(fā)生陰極剝離的條件、3PE防腐層的特性，得出犧牲陽極陰極保護(hù)不會導(dǎo)致3PE防腐層發(fā)生陰極剝離。
關(guān)鍵詞：埋地燃?xì)夤艿?；陰極保護(hù)；犧牲陽極；3PE防腐層；陰極剝離
Discussion on whether Sacrificial Anode Leads to Cathodic Disbonding of 3 PE Anticorrosive Tape
MA Chang-fu，YANG Yin-chen
Abstract：Through analyzing the condition of cathodic disbonding of steel pipe anticorrosive tape and feature of the 3PE anticorrosive tape，it is concluded that sacrificial anode cathodic protection does not lead to cathodic disbonding of 3 PE anticorrosive tape.
Key words：buried gas pipeline；cathodic protection；sacrificial anode；3 PE anticorrosive tape；cathodic disbonding
1 概述
    實驗測定，碳鋼的最小保護(hù)電位為-0.85V，正于此電位，則不能有效阻止腐蝕的發(fā)生；但若電位負(fù)向偏移太大，可能會減弱甚至破壞防腐層的粘結(jié)力，發(fā)生陰極剝離[1]。
    對于強(qiáng)制電流方式，恒電位儀陰極導(dǎo)線直接連接到管道上，陰極導(dǎo)線連接點附近管道的電位最負(fù)；對于犧牲陽極方式，陽極通過導(dǎo)線連接到管道上，也是連接點附近管道的電位最負(fù)[2]。隨著與連接點距離的增加，管道電位逐漸上升，最遠(yuǎn)端電位最正。電位上升速度取決于防腐層的絕緣性能，正常的陰極保護(hù)必須保證最遠(yuǎn)端的管道電位負(fù)于-0.85V。在防腐層絕緣性能不變的前提下，最大電位越負(fù)，則每臺恒電位儀或每組陽極保護(hù)距離就越長。
2 影響因素分析
    陰極剝離的過程是：土壤中的水會電解生成氫離子和氫氧根離子，在鋼管的陰極區(qū)發(fā)生氫離子還原為氫原子，進(jìn)而生成氫分子的反應(yīng)。當(dāng)水中帶有防腐層的鋼管電位過負(fù)，達(dá)到或超過析氫電位，氫離子在鋼管上發(fā)生劇烈的還原反應(yīng)，管道表面會析出氫氣，導(dǎo)致防腐層發(fā)生剝離。
    發(fā)生剝離的充分必要條件有3個：①鋼管表面電位達(dá)到析氫電位；②在鋼管表面有足夠的氫離子，由于剝離前的防腐層緊緊貼附在鋼管表面，這就意味著防腐層的含水量要比較高；③氫氣泡的產(chǎn)生破壞了防腐層對鋼管的粘附。上述3個條件缺一不可，達(dá)到析氫電位只是剝離發(fā)生的必要條件，但并不是充分條件。析氫電位建立在鐵-水系的電位-pH值圖的基礎(chǔ)上，與防腐層性能沒有任何關(guān)系。
    第②個條件則取決于防腐層的性能。如果防腐層抗水滲透能力較強(qiáng)，鋼管表面的氫離子還原后，無法得到及時的補(bǔ)充，就會發(fā)生濃度極化。即使鋼管表面電位超過析氫電位，由于沒有足夠的氫離子，也不會有大量的氫氣泡產(chǎn)生。如果防腐層抗水滲透能力較弱，在鋼管表面的防腐層中含有較多的水分，氫離子還原后，可以得到及時的補(bǔ)充，鋼管表面電位超過析氫電位時，就會有大量的氫氣泡產(chǎn)生。
    第③個條件也與防腐層性能有重大關(guān)系。在氫離子被大量還原后，陰極表面將由于氫氧根離子富集，而呈現(xiàn)堿性，如果防腐層耐堿性能較差，其對鋼管的粘附力就會變差，導(dǎo)致嚴(yán)重剝離的發(fā)生；如果防腐層耐堿性能較強(qiáng)，剝離的發(fā)生就相對較輕。
    另外，剝離的發(fā)生還與防腐層對鋼管的粘附力類型有關(guān)，如果其粘附建立在化學(xué)鍵合的基礎(chǔ)上，剝離的發(fā)生就相對困難；而粘附建立在機(jī)械附著的基礎(chǔ)上，剝離的發(fā)生就相對容易。
    根據(jù)前述分析可知，保護(hù)電位不比析氫電位更負(fù)，可以使管道進(jìn)入本質(zhì)安全狀態(tài)，從根本上杜絕防腐層剝離的發(fā)生，但此時每臺恒電位儀或每組犧牲陽極的保護(hù)距離太短，性能沒有得到充分利用，造成無謂的浪費(fèi)。要提高陰極保護(hù)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)針對每種防腐層合理確定最大電位，在避免發(fā)生剝離的前提下，充分利用恒電位儀或犧牲陽極的潛能，達(dá)到最大保護(hù)距離。
3 3PE防腐層剝離電位的確定
    對于最大保護(hù)電位，《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》GB/T 21448—2008中規(guī)定：“陰極保護(hù)狀態(tài)下管道的極限保護(hù)電位(CSE，銅/飽和硫酸銅參比電極)不能比-1200mV更負(fù)。”但對于剝離電位，《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》GB/T21448—2008中并未表述。國內(nèi)這方面的研究也較少，有些油田曾進(jìn)行過石油瀝青防腐層的實際陰極剝離試驗，較為統(tǒng)一的認(rèn)識是：-1.70V是有害剝離的始點，一般認(rèn)為-1.50V對于石油瀝青防腐層是不會產(chǎn)生剝離的。而原石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)曾明確規(guī)定保護(hù)電位安全值如下：石油瀝青防腐層為-1.5V，環(huán)氧粉末防腐層為-2.0V。這也正是從能否產(chǎn)生防腐層剝離的角度考慮而確定的參數(shù)。
    近期建設(shè)的管道，很多都采用3PE防腐層。3PE防腐層是薄層環(huán)氧粉末作底層，膠粘劑作中間層，聚乙烯作面層的復(fù)合結(jié)構(gòu)。其底層的粘附力類型、耐堿性都與單獨的環(huán)氧粉末防腐層相似，而聚乙烯面層又有較好的耐水滲透性，含水量明顯低于單獨的環(huán)氧粉末防腐層，故其耐陰極剝離能力肯定不會低于單獨的環(huán)氧粉末防腐層。
    在深圳，鋼質(zhì)地下燃?xì)夤艿蓝嗖捎?PE防腐層，并采用了犧牲陽極陰極保護(hù)，絕大多數(shù)采用鎂合金陽極，其開路電位為-1.5V左右。多年來，管道運(yùn)行管理單位一直在管道的防腐狀態(tài)方面進(jìn)行定期檢測。實際檢測結(jié)果表明沒有陰極剝離現(xiàn)象發(fā)生。
    采用人工模擬加速剝離，不同溫度、時間條件下的試驗都表明，極化電位在-1.5～-4.0V范圍內(nèi)，3PE防腐層陰極剝離半徑都保持在一個基本穩(wěn)定的數(shù)值上[3]。
    綜合分析可知，3PE防腐層最大保護(hù)電位至少負(fù)于-2.0V，至于具體數(shù)值，需要進(jìn)一步的試驗及工程檢驗確定。
4 結(jié)論
    鋼管達(dá)到析氫電位是防腐層剝離的必要條件，并不是充分條件。3PE防腐層的剝離電位至少負(fù)于-2.0V，犧牲陽極的開路電位都正于-1.7V，故犧牲陽極不會導(dǎo)致3PE防腐層發(fā)生陰極剝離。
參考文獻(xiàn)：
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[3] 張其濱，劉金霞，赫連建峰，等.管道3PE涂層的陰極剝離性能研究[J].腐蝕與防護(hù)，2006，(7)：331-333.
 
(本文作者：馬長福 楊印臣 深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司 廣東深圳 518054)