埋地钢质管道阴极保护电绝缘测试方法应用分析

围绕近年来普遍出现的埋地钢质管道输油气站场和阀室电绝缘失效问题,结合已开展的80座站场和阀室的电绝缘测试结果,介绍了目前阴极保护系统电绝缘失效的现状及失效形式,以实际工程案例分别阐述了目前常用的电绝缘测试方法的适用性和应用条件.基于现场测试数据和电路模型,分析和探讨了现有电位法和漏电率法测量误差的成因,以及采用电流环法和电压法判断绝缘失效时的应用条件.此外,结合实际工程经验,介绍了外部搭接、导电介质沉积和绝缘装置失效等3种典型的埋地钢质管道电绝缘失效故障的特征,并推荐了不同电绝缘失效形式下的排查方法,可帮助测试人员快速准确地排查电绝缘失效故障.     

某油气集输管线腐蚀失效分析

目的掌握管道腐蚀机理,有针对性地提出防腐方案。方法现场进行腐蚀管段截取和介质取样,采用腐蚀失效管段管材分析、腐蚀介质成分分析和腐蚀产物分析的试验方法,室内开展管道腐蚀失效原因检测和分析。结果失效管段内表面存在不均匀的沉积物,且部分位置发生了剥离脱落,存在裂缝。管道管材性能满足20#钢的性能指标要求。输送介质矿化度高,Cl-和SO42-含量高。腐蚀产物主要成分是几种Fe的氧化物和氢氧化物,如Fe(OH)2、Fe2O3和Fe O(OH)等,也含有部分氯化物和硫化物。结论管道在介质中主要腐蚀类型为腐蚀产物引起的闭塞腐蚀,介质内含有H2S,在含水条件下管道发生了O2和H2S腐蚀,最终使管壁减薄失效。     

陵水气田输气管道阴极保护效果数值仿真研究

目的 研究海水环境因素和工况因素对其海底管道的牺牲阳极阴极保护效果。方法 针对国内首个自主知识产权深水平台——陵水平台,基于边界元开展管道的阴极保护仿真计算,重点研究不同涂层破损率、海水流速和海水电导率对其管道牺牲阳极阴极保护效果的影响。结果 涂层破损率从1%增加到10%,同样的牺牲阳极保护方案,管道的最正阴极保护电位增加了102 mV;海水电导率从4 S/m减小到2 S/m,管道的最正阴极保护电位增加了10 mV;海水流速从0 m/s增加到4 m/s,管道的最正阴极保护电位增加了26 mV。结论 涂层破损率增大、海水电导率降低、海水流速增加等都会导致阴极保护效果的降低,因此在设计阶段,需要考虑环境工况因素对阴极保护效果的影响,确保达到合理的阴极保护效果。     

三维地形下并行管道阴保干扰规律数值模拟研究

目的研究三维地形下的并行管道干扰规律,提出降低并行管道干扰的合理措施。方法使用BEASY软件进行数值模拟,通过设置不同的涂层破损率、管道直径、土壤电阻率、输出电流等探究各参数对三维地形下并行管道干扰的影响规律。结果并行管道间存在干扰,相较于单根管道,在辅助阳极附近的管道阴极保护电位变小,其他位置处管道保护电位略有上升。随管道并行间距增加,干扰减弱。土壤电阻率越大,阳极输出电流越大,辅助阳极距管道距离越近,管道直径越小,并行管道间干扰越剧烈。结论对于独立设置阴极保护的并行管道,推荐管道并行间距大于80m;对于联合阴极保护的并行管道,推荐管道并行间距小于7 m。     

Al-Zn-Sn-Ce牺牲阳极干湿交替环境电化学性能研究

目的 为满足高强钢装备的阴极保护要求,开展新型干湿交替环境牺牲阳极电化学性能测试,评价材料的阴极保护效果。方法 采用高温熔炼方法,制备Al-Zn-Sn-Ce低电位牺牲阳极试样,进行不同浸水率下(干湿态环境时间比为1:1、3:1和7:1)的干湿交替环境牺牲阳极电化学性能试验、电化学表征测试及腐蚀微观形貌表征,通过对比试验数据和材料形貌表征结果,综合分析铝合金牺牲阳极在干湿交替环境下的电化学性能,探究干湿交替环境因素对阳极溶解行为的影响。结果 Al-Zn-Sn-Ce牺牲阳极在多种试验环境下的工作电位为‒0.70~‒0.81 V(vs. SCE),符合高强钢阴极保护电位需求,阳极表面溶解形貌相对均匀,表面阴阳极电化学微区分布均匀。随着干湿态试验环境时间比的增加,阳极工作电位出现正移,干态环境下表面腐蚀产物的沉积和结壳导致阳极活化溶解能力下降,而干湿态环境时间比最大时,阳极自腐蚀反应得到一定的抑制,阳极电流效率均保持在75%以上。结论 随着干湿态试验环境时间比的增加,牺牲阳极在干湿交替试验环境中的工作电位出现正移。由于干态环境下表面腐蚀产物的沉积和结壳,导致阳极活化溶解能力下降,但自腐蚀反应得到抑制。Al-0.7Zn-0.1Sn-0.1Ce低电位牺牲阳极在复杂干湿交替环境中表现出良好的阴极保护性能。     

高强不锈钢在海水环境中的阴极保护行为研究

目的 研究不同阴极极化电位下高强不锈钢的极化行为,确定某高强不锈钢合理的阴极保护电位区间。方法 通过动电位极化测试以及电化学阻抗测试等电化学测试手段,研究此种高强不锈钢在海水中的阴极反应过程,通过不同极化电位下的恒电位极化测试,结合扫描电子显微镜和能谱仪,观察分析试样表面的腐蚀产物,研究阴极极化电位对高强不锈钢表面阴极产物膜的影响规律,以及对高强不锈钢在海水中的阴极保护效果。结果 动电位极化测试表明,在‒0.50~‒0.90 V,只需要施加很小的阴极电流,就可使极化电位发生显著变化。电化学阻抗谱测试及拟合结果表明,极化电位在‒0.70 V时,电极反应的电荷转移电阻最大,此时腐蚀被完全抑制。恒电位极化测试发现,随着电位负移,极化电流密度整体上呈现先减小、后增大的趋势。用能谱仪分析其表面产物发现,钙镁沉积层的致密度呈现先增加、后降低的趋势。结论 此种高强不锈钢在海水环境中施加阴极电位为‒0.50~‒1.00 V时,可以得到有效保护。     

某20#钢腐蚀穿孔失效原因分析

目的 某船20#钢管投运不久后管段出现严重的腐蚀穿孔,通过对失效管段进行研究,以分析其失效原因。方法 通过电感耦合等离子体发射光谱仪、碳硫分析仪、金相显微镜等对材料材质进行材质符合性分析及金相组织分析。通过场发射扫描电子显微镜观察蚀坑微观形貌,并结合X射线衍射仪及显微拉曼光谱仪,对失效部位周围的腐蚀产物进行成分分析。通过电化学测试及微生物鉴别培养,进一步确定腐蚀的发生原因及机理。结果 材料符合性分析说明,此20#钢管束成分符合标准要求。通过形貌观察发现,20#钢蚀坑边缘呈阶梯状,具有明显的攀爬现象,蚀坑周围呈黑色。X射线能谱仪分析结果表明,20#钢腐蚀穿孔处内表面异常存在大量硫元素。通过拉曼分析及XRD分析发现,硫元素主要以硫酸盐及硫化物的形式存在。电化学测试结果表明,在含硫化物的溶液中,20#钢的腐蚀速率明显提升。进一步对腐蚀产物进行微生物培养,发现了硫酸盐还原菌的存在。结论 微生物腐蚀是引起20#钢管束穿孔的主要原因。     

航空电连接器海洋环境加速试验与腐蚀仿真研究

目的 通过加速试验和有限元仿真,研究航空电连接器在南海岛礁服役条件下的失效行为和腐蚀机理.方法 根据典型航空装备南海服役环境数据,设计海洋环境加速腐蚀试验环境谱,基于此环境谱开展航空电连接器在实验室加速试验条件下的外观腐蚀、接触电阻、绝缘电阻和耐压强度的变化行为和机理研究.重点分析接触电阻变化原因,并基于水平集方法,建立插针插孔结合处的COMSOL有限元腐蚀仿真模型,模拟和验证接触件的腐蚀行为和机理.结果 3种规格的电连接器均发生壳体腐蚀,但程度不同,其中不锈钢壳体电连接器壳体腐蚀最轻,但壳体内部金属卡圈腐蚀最严重,其接触电阻波动最大.所有电连接器的耐压强度和绝缘电阻均有明显减小.结论 导致接触电阻增加的直接原因是插针和插孔结合处的毛细区内发生了严重腐蚀.有限元模型复现了腐蚀界面发展和腐蚀产物沉积过程.     

SnAgCu焊料中Sn元素在模拟土壤溶液中的浸出行为

研究了Sn-3.5Ag-0.75Cu无铅焊料及其与Cu基板的钎焊接头在模拟土壤的NaCl,NaCl-Na2SO4和NaCl-Na2SO4-Na2CO3溶液中Sn元素的浸出行为.结果表明:焊料在NaCl-Na2SO4-Na2CO3溶液中Sn的浸出相对严重;而接头在NaCl溶液中Sn的浸出量最多.在Sn浸出量多的焊料和接头表面形成厚而疏松的腐蚀产物,XRD分析表明其产物主要由SnO,SnO2和Sn4(OH)6Cl2组成.动电位极化测试分析表明接头中Cu基板与焊料合金之间的电偶腐蚀是焊料合金与接头在同种溶液中Sn元素浸出差异的主要原因.     

锌合金高温阳极在FPSO工艺水舱的性能研究

目的 研究船东指定型号的锌合金牺牲阳极在模拟工艺水舱环境中的电化学性能。方法 参照NACE TM 0190—2012中的电化学测试方法,测试该锌合金阳极在不同模拟环境下的工作电位、电化学容量等,结合舱壁材料的动电位极化测试,评估该阳极在工艺水舱环境中的电化学性能,以及是否满足舱壁阴极保护的要求。结果 在55 ℃模拟溶液中,阳极的工作电位、电化学容量等测试结果均比较满意,所有指标均达到了NACE标准中对锌合金阳极在常温环境中的要求。测试温度为80 ℃时,试样的电化学容量略有下降,工作电位明显正移。环境温度对舱壁材料也产生了明显影响,高温下舱壁试样的自腐蚀电位负移,同时自腐蚀电流增加。结论 在55 ℃的工艺水舱环境下,该锌合金高温阳极满足舱壁的阴极保护需求,但在80 ℃的舱室极限高温下,该阳极不宜长期服役,有欠保护的风险。此外,在实际中,建议定期监测涂层状态和阴极保护电位。     

浅谈联合站管线的腐蚀与防护

针对孤东采油厂集输联合站管道腐蚀十分严重、穿孔比较频繁的现状,分析了腐蚀产生的原因,采取了加强管道防护保温、强制阴极保护法等措施,防止了联合站管道的腐蚀.     

舰船海水管路腐蚀状态评估技术研究

目的研究建立舰船海水管路的腐蚀状态评估指标体系及评估方法。方法通过经验选择影响舰船海水管路腐蚀状态的重要指标,并确定相应评估方法、评价标准及权重。结果选择管材腐蚀程度、阴极保护状态、电绝缘保护状态、海水流速控制状态、密封材料密封状态5项参数组成海水管路系统腐蚀状态评估指标体系。结论可选用层次-模糊法对海水管路腐蚀状态进行评估,其中层次分析法(AHP)用来确定评价指标权重,模糊综合评判法用来处理评价指标值。     

埋地阴极保护管线的交流干扰腐蚀

通过阴极保护管道交流腐蚀案例,总结了交流输电线路等交流设施对埋地管道的干扰规律、阴极保护管道交流腐蚀的特征、发生条件及影响因素等。综述了交流电对管道钢材料活化和钝化体系的电极过程和极化行为的主要影响规律;高阴极保护水平对交流腐蚀的协同加速作用。系统阐述了阴极保护条件下管道发生交流腐蚀的机理及评估准则等方面的最新研究进展;梳理了交流干扰腐蚀机理模型中的主要观点和影响因素,同时阐述了交流干扰下阴极保护技术面临的主要问题。     

定向钻穿越管道阴极保护数值模拟评价方法

目的通过数值模拟的方法探索定向钻穿越管道的阴极保护评价。方法根据一条5130 m长度的定向钻穿越管道的实际参数,基于CDEGS软件计算方法,应用涂层耐受电压与电流密度的关系,计算定向钻管道浅埋层和岩石层中的管道的电位分布。结果通过调整土壤分层电阻率参数及土壤分层厚度进行计算,得到了定向钻穿越管道在分层土壤电阻率条件下的阴极保护电位分布规律。结论明确了土壤电阻率是影响定向钻管道电位分布的主要因素,形成了基于定向钻管道两端阴极保护电位和土壤分层电阻率,推导了整条定向钻穿越管道的阴极保护电位分布情况的评价方法。     

模拟海水管路的电偶效应数值仿真研究

目的 研究钛合金模拟海水管路与船体间在不同电连接方式下的电位以及腐蚀电流密度分布,明确防腐措施.方法 针对钛合金模拟海水管路与船体结构,基于有限元建立仿真模型,开展两者的电偶效应数值仿真计算,重点研究两者电连接状态、接触界面绝缘状态和所有结构体单元绝缘状态的电位和电流密度分布情况.结果 在船体钢与钛合金管路系统电连接时...     

渤海L油田油井生产管柱腐蚀失效原因分析及对策

目的 渤海L油田部分油井管柱频繁发生腐蚀失效穿孔,严重影响油田正常生产,为了延长井下管柱服役时间,对管柱腐蚀失效原因和防护对策进行分析.方法 采用形貌观察、金相分析和扫描电镜等手段对失效管柱及腐蚀产物进行研究,同时从油田水离子组成、腐蚀性气体、细菌含量和管柱冲蚀等方面开展腐蚀原因分析.结果 失效油井管柱主要为局部穿孔和...     

基于故障树理论的舰船海水管系腐蚀失效原因分析及应用

针对某型船板式冷却器B10海水管路频繁穿孔漏水问题,本文基于故障树分析理论,以故障海水管路的腐蚀环境、腐蚀形貌和腐蚀机理为层次,将可能导致海水管路穿孔漏水的各种因素作为底事件列出,通过逻辑联系形成上述问题管路的故障树模型。在逐一分析故障树各项底事件的发生原因和典型表现后,将故障原因定位为B10管路与冷却器钛合金板片之间发生异种金属电偶腐蚀,并进行了原理复现,以验证分析的正确性,最终提出包括增加电绝缘组件在内的一系列治理措施,在船上实施后,取得了较好的治理效果。该分析方法可为各类舰船海水管路腐蚀问题的分析定位和治理防护提供借鉴。     

海洋环境水下采油树腐蚀与防护研究进展

根据国内外水下采油树腐蚀防护技术现状,从采油树腐蚀环境、材料选择、阴极保护及涂层防护方面系统地探究了水下采油树的腐蚀防护技术,对各种技术的优缺点进行了比较分析.材料选择方面,主要对采油树的服役环境、服役要求及材料性能等进行了探究,并对常见水下采油树的材料316L、25Cr7Ni4Mo型双相不锈钢、30CrMo钢及Inconel 625等进行了分析总结.阴极保护方面,主要探究了牺牲阳极在采油树腐蚀与防护方面的应用.涂层防护方面,主要对国内外水下采油树重防腐涂层现状、标准及种类进行了综述分析.腐蚀失效方面,对其失效原因及失效分析原则和程序进行了探究.最后,就采油树的腐蚀防护材料选择、阴极保护、涂层防护及腐蚀失效方面的发展进行了展望.     

带隔离垫片的电偶腐蚀的模型研究

目的设计一种带有隔离垫片的电偶腐蚀模型,进行隔离效果的检测。方法选择管路密封垫片、无纺布和密封胶泥等三种材料作为隔离垫片,进行电偶电流、电偶电压和电化学交流阻抗等电化学方法的监测。结果密封胶泥的电偶电流最小,电化学阻抗一直较高;无纺布容易被溶液润湿,电偶电流最大,但它的干态绝缘电阻最高。结论所设计的电偶腐蚀模型具有可行性,不同电化学方法的结果相对应,保证了结果的可信程度。材料的隔离效果与介质的润湿程度相关,与其干态绝缘电阻关系不大。