跟着国民经济的快速发展,我国油气管说念、电力融会和能源牵引系统(包括电气化铁路)的里程日新月异。但受地舆位置的为止,油气管说念与电力融会、能源牵引系统不可幸免地出现并行敷设的情况,彼此会产生骚动和影响[1-4]。尤其是在列车加快和刹车阶段,地电位梯度显然进步模范限值[5-6],电气化铁路产生的杂散电流可使管说念电化学腐蚀速度达到当然腐蚀速度的几倍到十几倍[7-8],易激发管说念表现[9]迪士尼彩乐园平台出租,具有极大的危害性,日益引起东说念主们的嗜好[10]。
针对直流杂散电流骚动的判断和评价要领,多个模范皆作念了关系章程,即管说念断电电位应达到阴极保护准则[11-13],但关于动态直流杂散电流骚动情况下管说念阴极保护灵验性的评价准则,各模范均莫得触及[14]。在RPRCI的一份申诉中也曾商酌了遴选－850 mV通电电位评价阴极保护的灵验性[15],但该评价准则弗成用于动态杂散电流骚动情况。抓续波动的直流杂散电流会对管说念/泥土界面双电层产生充放电恶果,况兼在受到严重骚动的地区,很难从宽泛测试中取得准确的断电电位[16],因此难以评价管说念实质受保护状态。业内对动态直流杂散电流骚动的检测与评价已进行了无数筹谋,但于今仍无法准确评价动态直流杂散电流骚动影响身分及骚动强度与管说念腐蚀严重进程的对应关系[17]。
埋设查验片是评价管说念腐蚀风险最径直的方针[18-19]。经统计分析可知,阴极保护度与管说念实在保护电位之间有一定关系性[20]。为此,作家在部摊派说念沿线埋设了自腐蚀查验片和阴极保护查验片,并测试埋设点的泥土环境情况和阴极保护电位,以探索管说念实质受保护状态的评价要领。
1. 教师
按照SY/T 0029－2012《埋地钢质查验片运用手艺表率》中式50 mm×100 mm规格的查验片。查验片材料为管说念工程用X70钢,将线切割加工后查验片名义磨光,遴选中号钢字模对查验片打码编号。将查验片用丙酮脱脂-无水酒精脱水清洗,吹干再放入干燥器内干燥24 h后称量。装配绝缘导线、挂编号牌。用易断根的耐水密封材料遮蔽查验片编号、导线通顺处和饱和的表出面,使得试片的表出面积为2 cm×5 cm。
查验片包括自腐蚀查验片和阴极保护查验片各3片,将其辨认埋设在华南某管说念测试桩隔邻管说念两侧,表出面背向管说念,在查验片上部确立铜/硫酸铜参比电极(CSE)。埋设24 h后测量查验片的自腐蚀电位；遴选数据纪录仪测量阴极保护查验片的通/断电电位(Eon/Eoff),每秒测试一个电位值,测量时刻为5 min；使用ZC-8泥土电阻测试仪测量管说念隔邻的泥土电阻率。1 a后将查验片挖出,不雅察腐蚀描写,称量,并计算其腐蚀速度。
2. 扫尾与商酌
2.1 管说念沿线泥土腐蚀性
完成自腐蚀查验片和阴极保护查验片埋设后,对其自腐蚀电位进行纪录,在查验片开挖前,再次对自腐蚀查验片的自腐蚀电位进行纪录,并测试泥土电阻率。自腐蚀查验片的自腐蚀电位(Ecorr)、腐蚀速度(vcorr)和泥土电阻率(ρ)如表1所示。笔据国标GB/T 21447－2018《钢质管说念外腐蚀限度表率》和GB/T 50568－2019《油气田及管说念岩土工程勘探模范》,辨认以泥土电阻率和查验片腐蚀速度为策画判断管说念沿线泥土腐蚀性。
表 1 查验片自腐蚀电位和泥土腐蚀性
Table 1. Free corrosion potentials of coupons and corrosivity of soil
序号
Ecorr(vs. CSE)/V
ρ/(Ω·m)
泥土腐蚀性(ρ为策画)
vcorr/(mm·a－1)
泥土腐蚀性(vcorr为策画)
GB/T 21447－2018
GB/T 50568－2019
GB/T 21447－2018
GB/T 50568－2019
1#
－0.320
452.2
弱
微
0.051 4
中
强
2#
－0.439
697.1
弱
微
0.072 6
较强
强
3#
－0.657
60.3
弱
弱
0.021 8
较弱
弱
4#
－0.505
74.1
弱
弱
0.043 4
中
强
5#
－0.463
615.4
弱
微
0.026 5
较弱
中
8#
－0.811
364.2
弱
微
0.040 1
中
强
9#
－0.752
42.7
中
中
0.007 6
弱
微
10#
－0.340
226.1
弱
微
0.052 5
中
强
11#
－0.669
72.8
弱
弱
0.047 3
中
强
12#
－0.382
144.4
弱
微
0.018 4
较弱
中
13#
－0.748
18.8
强
强
0.042 2
中
强
14#
－0.668
36.4
中
中
0.059 7
中
强
15#
－0.848
15.1
强
强
0.016 5
较强
中
16#
－0.479
98.0
弱
弱
0.072 2
较强
强
17#
－0.678
69.1
弱
弱
0.045 9
中
强
18#
－0.347
452.2
弱
微
0.076 9
较强
强
19#
－0.771
108.0
弱
微
0.083 5
较强
强
58#
－0.455
753.6
弱
微
0.049 1
中
强
笔据泥土电阻率数据,不错判定管说念沿线大部分泥土的腐蚀性为微、弱,少数几处泥土腐蚀性为中。当以腐蚀速度为策画时,笔据GB/T 21447－2018模范,各测点泥土腐蚀性在弱到中之间；笔据GB/T 50568－2019模范,各测点泥土腐蚀性在微到强之间,相反较大。依据两种模范,以腐蚀速度为策画的评价扫尾总体高于以泥土电阻率为策画的评价扫尾。由计算可知,腐蚀速度与泥土电阻率和自腐蚀电位之间的皮尔逊关系性系数辨认仅为0.26和0.22,关系性相等低。
2.2 波动电流对腐蚀速度的影响
阴极保护查验片开挖前测试并纪录查验片的通/断电电位。由于管说念受到利害的直流骚动,是以通电电位剧烈波动。通电电位的变化会对管说念产生极化或去极化效应,导致断电电位也发生变化,如图1和图2所示。由极化旨趣可知,断电电位的影响身分不仅包括通电电位偏离平均值的大小,还包括通电电位在某个方朝上抓续偏离时刻的曲直,通电电位在某个方朝上抓续偏离时刻越长,则断电电位变化越大。各测点通电电位波动情况相反较大,对断电电位形成的影响也不同,因此需要一种要领评价通电电位波动对阴极保护灵验性的影响。
图 1 通电电位波动幅度大、波动周期短,断电电位基本踏实
Figure 1. Switch-on potential with large amplitude and short cycle, and stable switch-off potential
图 2 通电电位波动幅度大、波动周期长,断电电位波动幅度大
Figure 2. Switch-on potential with large amplitude and long cycle, and switch-off potential with larger amplitude
地铁杂散电流引起管说念电位的动态波动特征是一种广博风光,各地杂散电流的波动幅度和周期特征相通又不尽疏浚[21]。关于这种动态变化的参数,合适的科罚方法是遴选统计器用求数据的平均值和模范差。
当测试数据中存在长周期波动时,通电电位测试弧线与其平均值交点的数目较少,因此笔据一段时刻的通电电位测试弧线与平均值的交点数目不错计算电位波动的平均周期。
当通电电位测试弧线与其平均值相交时,交点两侧的测试值xi和xi+1有如下关系：
(1)
式中：
为通电电位平均值。
当通电电位测试弧线与其平均值不相交时,两相邻测试值有如下关系：
(2)
遴选数据科罚软件中的逻辑函数不错筛选出通电电位测试弧线与其平均值交点,遴选逻辑函数对得到的交点进行相邻交点合并,这么不错拔除大部分短周期数据,得到响应长周期的灵验交点数目Ni。一段时刻中,Ni越小,领悟通电电位波动周期越长,则其波动对断电电位的影响就越大。
设该段时刻内固定取样时刻终止,得到测试的总和据量为N。通过t=N/Ni不错表征通电电位波动的平均半周期。t越大领悟通电电位波动周期越长；用模范差S走漏通电电位偏离平均值的进程,S越大,对断电电位的影响越大。
断电电位衰减弧线由欧姆电压降和断电后试片名义双电层电容放电衰减两部分构成。电容放电相宜以下轨则[16]:
(3)
式中：E为放电后的电位；E0为启动电位；t为放电时刻；τ为时刻常数。
由电位的相对性可知,放电经过也可看作由某个通电电位变化的差值引起的极化弧线,如图3所示。这时管说念启动电位为E0,该通电电位长久极化的最终电位为Eend。自t0时刻动手通电,管说念电位由E0向Eend电位极化,由t0至t时刻产生的电位差Et为：
(4)
图 3 极化/去极化走漏图
Figure 3. Polarization/depolarization schematic diagram
动态直流杂散电流波动导致管说念上某一次充/放电足够万古刻后的最终极化电位无法获知,以通电电位波动的模范差代替电流收支引起的最终电位变化(Eend－E0)。详尽通电电位偏离平均值的进程和偏离抓续时刻,不错界说一个评价动态直流杂散电流波动强度的参数If:
(5)
式中：S是通电电位模范差；t为通电电位波动平均半周期；τ为时刻常数。
If和电位的量纲疏浚,包含了通电电位偏离平均值的进程和抓续时刻特征。由数据拟合不错拔除S代替(Eend－E0)产生的偏差。
表2为教师管说念阴极保护现象,包括通电电位的平均值(Eon)、通电电位波动平均半周期(t)、直流杂散电流波动强度(If)、断电电位(Eoff)、极化电位差(ΔE)和阴极保护查验片腐蚀速度(vcorr)。对教师数据进行拟合得到时刻常数τ=2 s。由教师数据统计的动态直流骚动下通电电位平均波动半周期在8~31 s,此时e－t/2≈0,因此If≈S。
表 2 教师管说念阴极保护现象
Table 2. Cathodic protection conditions for test pipeline
编号
Eon(vs. CSE)/V
t/s
If≈S/V
Eoff(vs. CSE)/V
ΔE/V
vcorr/(mm·a－1)
1#
－0.506
10.5
0.07
－0.425 5
0.221 5
0.059 6
2#
－1.299
13.5
4.19
－0.797 9
－0.186 9
0.021 2
3#
－1.381
10.3
0.96
－0.928 8
－0.155 8
0.014 1
4#
－1.489
20.0
1.00
－1.004 0
－0.208 0
0.008 2
5#
－1.216
13.3
0.83
－0.729 3
－0.121 3
0.010 4
8#
－1.588
31.0
0.84
－1.141 2
－0.432 2
0.006 0
9#
－1.091
16.1
0.68
－0.933 1
－0.159 1
0.007 8
10#
－0.969
9.5
0.33
－0.841 4
－0.200 4
0.006 4
11#
－0.357
12.3
0.38
－0.862 5
－0.129 5
0.008 8
12#
－0.734
19.0
0.14
－0.802 5
－0.318 5
0.004 9
13#
－0.933
8.0
0.52
－0.785 8
－0.074 8
0.011 3
14#
－1.281
13.3
0.17
－0.804 7
－0.140 7
0.003 6
15#
－2.094
10.0
0.31
－1.330 7
－0.595 7
0.005 9
16#
－1.740
17.8
0.51
－1.000 9
－0.376 9
0.006 6
17#
－1.457
17.8
1.45
－0.896 3
－0.235 3
0.007 9
18#
－1.109
8.9
0.91
－0.805 6
－0.225 6
0.005 2
19#
－1.594
14.5
0.88
－0.984 4
－0.257 4
0.012 4
58#
－1.792
14.2
1.67
－0.742 2
－0.053 2
0.028 1
以－0.85 V断电电位和100 mV极化准则评价杂散电流骚动区段的阴极保护灵验性。由表2可见,1#测点电位发生正向极化,2#测点杂散电流波动强度参数If最大,12#、14#、18#测点阴极保护断电电位正于－0.85 V,查验片腐蚀速度也低于0.01 mm/a。在骚动严重的管段,3#测点阴极保护达标,其腐蚀速度也高于0.01 mm/a,但低于NACE模范章程的0.0254 mm/a。这领悟关于杂散电流骚动小的区域,单纯依据－0.85 V断电电位和100 mV极化准则评价阴极保护偏于保守,而关于杂散电流骚动较大的区域,阴极保护可能不及。
详尽接洽管说念极化电位差ΔE和直流杂散电流骚动波动强度参数If,对管说念极化电位E进行修正,即在极化电位差ΔE的基础上加0.06倍If,得到E=ΔE+0.06If。管说念极化电位越负,腐蚀电流越小。关于埋地碳钢而言,阴极保护鸿沟为极化弧线塔菲尔区。笔据塔菲尔公式E=a+bln|i|,当以自腐蚀电位为基准时(a=0),则E=ΔE+0.06If=blnie。是以,腐蚀电流密度ie=exp[(ΔE+0.06If)/b]。数据拟合扫尾显现,当b=0.15 V时,总腐蚀电流密度ie与阴极保护查验片腐蚀速度的关系性系数最大为0.97。关于未经If修正的极化电位差ΔE,其对应的各测点腐蚀电流密度io[io=exp(ΔE/0.18)]与阴极保护查验片腐蚀速度的关系性系数最大为0.92。
为相比阴极保护查验片的腐蚀速度、修正前后极化电位差对应的腐蚀电流、修正后极化电位的变化趋势,对其作图,如图4所示。为了将数据放入归拢张图中相比,把腐蚀速度乘以倍数10,对io和ie辨认乘以0.2的系数。由图4可见,当参数If相比小时,ie与io弧线相比接近,而在参数If相比大的2#、3#、4#、58#桩位置,ie弧线偏离io,这领悟杂散电流波动强度增大会导致腐蚀速度增高,ie弧线与阴极保护查验片的腐蚀速度弧线有更高的一致性。可见参数If不错用于评价动态杂散电流波动对阴极保护灵验性的影响。其中8#、15#、16#阀室腐蚀速度与ie变化的幅度稍不成比例,这是因为该三个测点的腐蚀速度如故相等低,强阴极极化也难以进一步镌汰其腐蚀速度。惟有19#阀室阴极保护达标且修正后极化电位(ΔE+0.06If)小于－0.1 V,但其腐蚀速度略高于0.01 mm/a,这可能与19#阀室自腐蚀速度较高关系,也可能是测量偏差所致。
图 4 教师管说念腐蚀速度与io及ie的关系性
Figure 4. Correlation of corrosion rate of test pipeline under CP with io and ie
由以上分析可知,通电电位剧烈波动如实影响了阴极保护的灵验性。在该管说念所受骚动波动周期下,通电电位波动导致阴极保护断电电位波动,其幅度尽头于0.06If。在动态直流骚动下通电电位平均波动半周期较万古,If≈S,计算中也不错径直用S代替If。在管说念极化电位小于－0.1 V的测点,阴极保护查验片腐蚀速度基本皆在0.01 mm/a以下。
3. 动态杂散电流严重进程评价要领的适用性
本次测试的管说念沿线泥土电阻率为15~753 Ω·m,腐蚀速度为0.016 5~0.083 5 mm/a,泥土腐蚀性涵盖了微、弱、中、强各等第。该评价要领给出的扫尾与实测阴极保护查验片腐蚀速度具有很好的一致性,可见该评价要领用于评价动态直流杂散电流骚动具有尽头好的普适性。
将该直流骚动评价要领用于华南另一段管说念,测试扫尾见表3,各参数变化趋势见图5。由于大部分测点If较小,无数ie、io电流数据点重合,惟有041#测点If稍大,ie计算数据显然大于io。计算得ie、io与阴极保护查验片腐蚀速度的关系性系数辨认为0.57和0.60。不雅察弧线可知,其关系性系数较低主要由If值相等低的4#、5#测点数据引起,剔除4#、5#测点数据后,两个关系性系数辨认擢升为0.84、0.86。当If较小时,杂散电流之外的身分在腐蚀中占据主导地位,这可能是导致ie与腐蚀速度的关系性镌汰的主要原因。仅凭表3中的数据难以分析4#、5#测点阴极保护数据与腐蚀速度关系性镌汰的原因。
表 3 华南某管说念阴极保护现象
Table 3. Cathodic protection conditions for a pipeline in South China
编号
Eon(vs. CSE)/V
t/s
If≈S/V
Eoff(vs. CSE)/V
ΔE/V
vcorr/(mm·a－1)
041#
－1.005 0
10.7
0.79
－0.781 8
－0.134 8
0.178 1
1#
－2.139 0
14.5
0.43
－1.185 1
－0.386 1
0.064 3
2#
－1.001 8
10.7
0.06
－0.852 5
－0.119 5
0.166 2
083#
－1.670 0
12.3
0.40
－0.902 0
－0.163 0
0.043 3
4#
－1.556 9
6.7
0.07
－1.172 6
－0.361 6
0.199 3
5#
－1.588 2
4.8
0.09
－0.906 3
－0.194 3
0.363 0
6#
－1.879 8
5.2
0.21
－1.131 4
－0.351 4
0.053 5
7#
－1.038 0
13.3
0.21
－0.701 1
－0.073 1
0.156 6
8#
－1.333 8
8.4
0.10
－0.970 0
－0.231 0
0.059 1
9#
－1.088 8
9.4
0.09
－0.994 8
－0.201 8
0.037 9
10#
－1.886 0
6.7
0.06
－0.999 0
－0.372 0
0.106 5
11#
－1.318 1
8.4
0.08
－0.672 3
－0.015 3
0.409 4
图 5 华南某管说念腐蚀速度与io及ie的关系性
Figure 5. Correlation of corrosion rate of a pipeline under CP with io and ie in South China
用公式(5)评价50 Hz的交流电流骚动,其半周期t为0.01 s,正弦波电位的模范差S就是交流电电位灵验值Va,计算可得If=Va×0.005,即交流电引起的骚动低于疏浚电位直流电骚动水平的1%。关于60 Hz的交流电流骚动,计算可得If=Va×0.004,可见交流电流骚动的影响随频率的加多而镌汰,这与HAYDEN等[22-23]的教师扫尾基本一致。这可能是因为该数据科罚要领只遴选了直流电位动态波动模范差和半周期,忽略了动态直流电位在平均值高下波动的波形与交流正弦波形的相反,是以直流电位动态波动在公式(5)中的作用恶果与交流正弦波电流疏浚。可见,要是把模范差换成交流电位,公式(5)还可用于评价交流电流骚动。由于If具有电位的量纲,该要领对交直流电流骚动的计算扫尾不错与阴极保护电位测量扫尾进行重叠运算,形成一个量化评价受交直流骚动管说念腐蚀风险的参数。
4. 论断
（1）动态直流杂散电流的剧烈波动影响阴极保护评价准则的灵验性。
比赛要求选手设计一套SQL算法，只用一条 SQL 秒杀 100 万张火车票，让乘客都都能顺利坐上火车回家过年。查看赛题详情。在将近两周的赛程报名中，迪士尼彩乐园最新网址共有数百位数据库爱好者积极参与。选手们展现了极高的参与热情和竞争强度，每天高频次地提交评测，力求在性能上不断突破。
（2）界说了评价动态直流杂散电流波动强度的参数If,If参数提高了计算腐蚀电流密度i与阴极保护下腐蚀速度的关系性。
（3）当修正后极化电位(E=ΔE+0.06If)小于－0.1 V时,各测点阴极保护查验片腐蚀速度基本皆能降到0.01 mm/a以下。
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