一種土壤環境陰極保護電位範圍評價方法
2023-12-08 19:25:11
一種土壤環境陰極保護電位範圍評價方法
【專利摘要】本發明屬於金屬材料陰極保護【技術領域】，特別提供了一種土壤環境陰極保護電位範圍評價方法，可以快速確定土壤中材料的局部腐蝕的有效保護電位範圍，以解決利用國際標準NACERP0169中的陰保範圍判定準則所確定的陰保電位範圍不能夠有效防止局部腐蝕的問題。利用慢速率掃描極化曲線和快速率掃描極化曲線得到準平衡態和被快速掃描幹擾條件下的零電流電位，選取快掃和慢掃極化曲線中均處於陰極極化範圍而不超過過保護電位的電位區間作為實際施工過程中陰極保護電位，防止埋地管線在陰極保護下發生點蝕、應力腐蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕。
【專利說明】一種土壤環境陰極保護電位範圍評價方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於金屬材料陰極保護【技術領域】，特別是提供了一種在土壤環境下陰極保護電位範圍評價方法。
【背景技術】
[0002]陰極保護技術是防腐蝕領域最重要的技術之一。特別是埋地管線等承壓設施，其所經或所處地區土壤條件複雜多變，再加上可能存在一定的交流雜散電流(通常認為腐蝕性弱、不做針對性防護)的幹擾，往往導致常規陰極保護條件不能有效減緩埋地鋼製管道或承壓設備發生土壤環境腐蝕破壞，導致巨大的經濟損失甚至人員傷亡，因此必須要用陰極保護技術進行防腐蝕。依據國際標準NACE RP 0169，通常情況下埋地管線的陰極保護範圍是-850mVCSE?-1200mVCSE(相對飽和 Cu /CuSO4 參比電極，CSE)或-775 mVSCE?-1125 mVSCE(相對飽和甘汞電極，SCE)。但是實際的施工過程發現依據此標準進行陰極保護的管道仍然會發生點蝕、應力腐蝕等局部腐蝕，因此標準中規定的陰極保護範圍只能對均勻腐蝕的防止有很好的效果，而不能解決局部腐蝕的問題。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種土壤環境陰極保護電位範圍有效性的快速評價方法，可以解決利用國際標準陰極保護範圍不能夠有效的防止土壤中材料的局部腐蝕問題。
[0004]本發明的技術方案是:一種土壤環境陰極保護電位範圍評價方法，具體包括以下步驟:
步驟1:將待測土壤經過烘乾在溫度為85?105°C、研磨，用20目的篩子過篩後，用水與土壤1:1的比例配製成土壤溶液，備用；
步驟2:將待測金屬用環氧樹脂把實驗用的材料鑲嵌起來,工作面積為IOmmX IOmm,用200,600,800號金相砂紙逐級打磨至光亮，用無水乙醇和丙酮進行脫脂，用蒸餾水衝洗，吹乾，作為工作電極，將所述工作電極浸入到步驟I製備得到的土壤溶液的浸出液中15飛0min，待電位穩定後進行測量，與輔助電極和參比電極，裝入三電極體系進行極化曲線的測量;
步驟 3:選取 0.5 mV/s、5 mV/sUO mV/s、25 mV/s、50 mV/sUOO mV/s 和 150 mV/s7 種不同掃描速率做出極化曲線，其中，0.5 mV/s掃描速率處於準平衡態，是電化學極化曲線測試中常用的穩態掃描速率，為慢速掃描曲線；當掃描速率< 50 mV/s時的極化曲線達到亞穩態，50mV/s、100mV/s和150mV/s三條極化曲線基本一致，均具有代表性，選擇100mV/s的曲線作為快速掃描極化曲線；根據慢速和快速掃描曲線的零電流電位的差異將電位範圍分成三個區間，三個區分別為:快速和慢速掃描曲線的零電流電位之間的電位區間為I區，從快速掃描的零電流電位至_1125mVSCE為II區，-1125mVSCE以下為III區；根據國際標準NACERP 0169，1區、II區為陰極保護電位區。但是，I區雖然能夠有效減低均勻腐蝕速率，但有發生局部腐蝕的可能；II區均勻腐蝕和局部腐蝕均不易發生；111區可能處於過保護電位範圍內，存在氫脆的風險；因此，II區為本方法所確定的適宜的陰極保護電位區。
[0005]進一步，所述參比電極為飽和甘汞電極SCE ;鉬片為輔助電極
根據國際標準，I區和II區的電位均可以起到陰極保護的作用，但是在實際施工過程發現:如果將陰極保護電位設為I區的電位，則仍然不可避免的會發生點蝕、應力腐蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕；同時由於雜散電流等外部不利條件的存在，都會使土壤中的材料發生腐蝕。
[0006]如果將陰極保護的電位設為III區的電位，則土壤中的材料會發生「過保護」的現象，即過低的保護電位會造成土壤中的材料的防腐層漏點處大量析出氫氣，造成塗層陰極剝離，不僅使防腐層失效，而且還可導致金屬材料產生氫脆進而導致管道斷裂事故。
[0007] 而II區中陰極保護電位則能有效的防止這些問題，是理想的陰極保護電位區間。
[0008]基於鋼質材料在土壤環境中的不同腐蝕模式的發生過程中的穩態和非穩態電化學信息的差異的系統研究，確定快速區分均勻腐蝕、點蝕、應力腐蝕以及交流電流耦合的局部腐蝕的電化學防護的電位範圍的電化學方法；確定測試的試驗流程；通過實驗測試確定陰極保護電位範圍。
[0009]本發明的優點就在於該方法可以快速、有效地的確定材料陰極保護的範圍，為材料得到有效地陰極保護提供了切實可行的方法。實驗方法簡單，結果可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是用不同掃描速率確定合適的掃描速率而測得的極化曲線。
[0011]圖2是確定適合的掃描速率後繪製的快、慢掃描極化曲線。
【具體實施方式】
[0012]以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0013]本發明一種土壤環境陰極保護電位範圍評價方法，具體包括以下步驟:將取回來的土壤經過烘乾(85~105°C)、研磨，用20目的篩子過篩後，用水與土壤1:1的比例配製成土壤溶液，裝入三電極體系(埋入土壤中的材料製備成工作電極，鉬片為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極)準備進行極化曲線的測量。
[0014]工作電極是用環氧樹脂把實驗用的材料鑲嵌起來，電極工作面積為IOmmX IOmm,工作電極用200、600、800號金相砂紙逐級打磨至光亮，用無水乙醇和丙酮進行脫脂，用蒸餾水衝洗，吹乾，然後浸入被測溶液中15~50 mins，待電位穩定後進行測量。
[0015]分別選取0.5 mV/s、5 mV/s、10 mV/s、25 mV/s、50 mV/s> 100 mV/s> 150 mV/s 等 7種不同掃描速率做出極化曲線，如圖1所示。
[0016]其中，0.5 mV/s掃描速率處於準平衡態，是電化學極化曲線測試中常用的穩態掃描速率，當掃描速率≤50 mV/s時的極化曲線達到亞穩態，50mV/s、100mV/s和150mV/s三條極化曲線基本一致，均具有代表性，故選擇100mV/s的曲線作為本方法中的典型快速掃描極化曲線。從上述7條極化曲線中選取兩條具有代表性的極化曲線，慢掃描速率和快速掃描速率的極化曲線各一條進行作圖，如圖2所示，選取了慢速掃描速率0.5 mV/s和快速掃描速率100mV/S的兩條極化曲線。根據圖2中慢速和快速掃描曲線的零電流電位的差異將電位範圍分成三個區間，其中，快速和慢速掃描曲線的零電流電位之間的電位區間為I區，從快速掃描的零電流電位至-1125 mVSCE為II區，-1125 mVSCE以下為III區。
[0017]根據國際標準NACE RP 0169中採用的埋地管線的陰極保護電位範圍為-850mVCSE?-1200mVCSE (相對飽和 Cu /CuSO4 參比電極，CSE)或-775 mVSCE?-1125 mVSCE (相對飽和甘汞電極，SCE)。實際上，在較弱的陰極保護下管道會發生點蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕。I區和II區的電位均可以起到陰極保護的作用，但是在實際施工過程發現:如果將陰極保護電位設為I區的電位，則仍然不可避免的會發生點蝕、應力腐蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕；同時由於雜散電流等外部不利條件的存在，都會使土壤中的材料發生腐蝕。
[0018]如果將陰極保護的電位設為III區的電位，則土壤中的材料會發生「過保護」的現象，即過低的保護電位會造成土壤中的材料的防腐層漏點處大量析出氫氣，造成塗層陰極剝離，不僅使防腐層失效，而且還可導致金屬材料產生氫脆進而導致管道斷裂事故。
[0019]而II區中陰極保護電位則能有效的防止這些問題，是理想的陰極保護電位區間。
[0020]與現有的技術相比，本發明的特點在於方法相對簡單、成本低廉、能快速測定特定土壤中陰極保護電位的適宜範圍；所確定的陰保電位範圍不僅可以防止均勻腐蝕，還能有效地抑制點蝕、應力腐蝕以及交流雜散電流導致的局部腐蝕。
【權利要求】
1.一種土壤環境陰極保護電位範圍評價方法，其特徵在於，具體包括以下步驟: 步驟1:將待測土壤經過烘乾在溫度為85?105°C、研磨，用20目的篩子過篩後，用水與土壤1:1的比例配製成土壤溶液，備用； 步驟2:將待測金屬用環氧樹脂把實驗用的材料鑲嵌起來,工作面積為IOmmX IOmm,用200,600,800號金相砂紙逐級打磨至光亮，用無水乙醇和丙酮進行脫脂，用蒸餾水衝洗，吹乾，作為工作電極，將所述工作電極浸入到步驟I製備得到的土壤溶液的浸出液中15飛0min，待電位穩定後進行測量，與輔助電極和參比電極，裝入三電極體系進行極化曲線的測量; 步驟 3:選取 0.5 mV/s、5 mV/sUO mV/s、25 mV/s、50 mV/sUOO mV/s 和 150 mV/s7 種不同掃描速率做出極化曲線，其中，0.5 mV/s掃描速率處於準平衡態，是電化學極化曲線測試中常用的穩態掃描速率，為慢速掃描曲線；當掃描速率< 50 mV/s時的極化曲線達到亞穩態，50mV/s、100mV/s和150mV/s三條極化曲線基本一致，均具有代表性，選擇100mV/s的曲線作為快速掃描極化曲線；根據慢速和快速掃描曲線的零電流電位的差異將電位範圍分成三個區間，三個區分別為:快速和慢速掃描曲線的零電流電位之間的電位區間為I區，從快速掃描的零電流電位至_1125mVSCE為II區，-1125mVSCE以下為III區；即II區為適宜的陰極保護電位區。
2.如權利要求1所述的評價方法，其特徵在於，所述參比電極為飽和甘汞電極或Cu/CuSO4S比電極；鉬片為輔助電極。
【文檔編號】G01N17/02GK103528943SQ201310472959
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月11日 優先權日:2013年10月11日
【發明者】劉智勇, 李曉剛, 王麗葉, 李瓊 申請人:北京科技大學