管道3PE涂層的陰極剝離性能研究

譚冀川

摘要：油氣管道主要鋪設(shè)方式為埋地管道，因此管道會(huì)受到外界因素的影響而發(fā)生腐蝕。通過分析管道3PE涂層陰極剝離機(jī)理和條件，研究在不同的條件下3PE涂層的陰極剝離性能，得到的研究結(jié)論為：在一定條件下極化電位的變化對(duì)3PE涂層的陰極剝離性能不會(huì)產(chǎn)生直接影響。

關(guān)鍵詞：管道;陰極剝離;性能

為了有效防止埋地管道受到外界因素的影響而發(fā)生腐蝕破壞，通常情況下會(huì)采用外層防護(hù)涂層和陰極保護(hù)的方式進(jìn)行管道防腐。外防護(hù)層的性能和質(zhì)量會(huì)直接影響到管道的使用壽命。目前我國(guó)在管道工程中大量采用的外防護(hù)層技術(shù)為3PE涂層技術(shù)，并且該技術(shù)已經(jīng)取得了較好的效果。3PE涂層技術(shù)在使用過程中能夠有效提高管道的防腐性能。其中，陰極剝離性能是管道防腐層的重要參數(shù)之一，剝離性能的優(yōu)劣狀態(tài)會(huì)直接導(dǎo)致涂層與陰極保護(hù)的有效結(jié)合，因此在實(shí)際應(yīng)用過程中需要研究極化電位對(duì)于3PE涂層技術(shù)的陰極剝離性能影響。

1 3PE涂層的陰極剝離產(chǎn)生的條件

管道的防腐涂層如果保持致密的完整性，那么管道與腐蝕介質(zhì)會(huì)呈現(xiàn)出完全隔離的狀態(tài)，因此管道就不會(huì)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。但是管道在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)防腐層損壞的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致漏點(diǎn)的出現(xiàn)。對(duì)管道施加陰極保護(hù)的主要目的就是為了當(dāng)防腐層出現(xiàn)漏點(diǎn)后，向管道施加一個(gè)外加電流，將管道變?yōu)殛帢O，抑制使得金屬腐蝕發(fā)生的電子遷移，從而避免或減弱腐蝕的發(fā)生。管道漏點(diǎn)處的金屬長(zhǎng)期暴露在電解質(zhì)中，形成腐蝕電池，并發(fā)生腐蝕的反應(yīng)，主要為以下三種：

（1）陰極反應(yīng)：輸送介質(zhì)中的氧化性物質(zhì)得到電子會(huì)被還原，從而形成陰極反應(yīng)。

（2）陽極反應(yīng)：金屬為陽極，氧化成陽離子的形式進(jìn)入到溶液中。

（3）電子遷移：使陰極反應(yīng)與陽極反應(yīng)實(shí)現(xiàn)相互聯(lián)系，腐蝕反應(yīng)會(huì)經(jīng)常發(fā)生，并且呈現(xiàn)出連續(xù)性的狀態(tài)。

管道在發(fā)生腐蝕的過程中，腐蝕電流會(huì)從陰極流向陽極，陽極則會(huì)失去電子呈現(xiàn)出被腐蝕的狀態(tài)。而陰極保護(hù)系統(tǒng)則是對(duì)失去電子的陽極施加外加電流，使電子源源不斷的保護(hù)管道。從而使陰極極化處于腐蝕平衡電位以下，而電解質(zhì)中得不到外源電子的金屬并不會(huì)發(fā)生腐蝕。

結(jié)合上述的腐蝕反應(yīng)，可以看出在陰極電流的作用下，氧被還原成氫氧負(fù)離子，或者是水在電解過程中會(huì)形成氫離子，而氫離子在陰極的作用下會(huì)形成電子，最終形成初生態(tài)氫，在兩個(gè)陰極的反應(yīng)下，陰極區(qū)域會(huì)形成氫氧負(fù)離子，從而造成堿性環(huán)境，導(dǎo)致pH值升高。大量的氫氧負(fù)離子會(huì)移動(dòng)到金屬與防腐層的交界面，導(dǎo)致防腐層的粘接位置出現(xiàn)氧化反應(yīng)，形成溶解或者聚合物，使得粘接力降低，從而導(dǎo)致防腐層發(fā)生剝離，最終形成陰極剝離。

由此可以說明，在利用防腐層和陰極保護(hù)過程中，防腐層產(chǎn)生陰極剝離的條件包括以下幾點(diǎn)：

（1）防腐層破損：當(dāng)防腐層完整時(shí)，防腐層能夠起到較好的抗?jié)B透性，并且保護(hù)金屬不會(huì)受到外界腐蝕因素的影響，介質(zhì)無法通過防腐層到達(dá)金屬表面，這時(shí)陰極保護(hù)不會(huì)起到作用，更不會(huì)發(fā)生陰極剝離，因此防腐層破損是產(chǎn)生陰極剝離的首要原因。

（2）陰極反應(yīng)產(chǎn)生過量的氫氧根離子，通過分析陰極剝離機(jī)理可以發(fā)現(xiàn)，陰極反應(yīng)所產(chǎn)生的氫氧根離子過剩是導(dǎo)致陰極剝離產(chǎn)生的主要外界因素。而發(fā)生陰極反應(yīng)需要水和氧氣等物質(zhì)的存在，因此陰極剝離所產(chǎn)生的基本條件應(yīng)當(dāng)是在陰極保護(hù)條件下，金屬表面受到水等腐蝕介質(zhì)的影響。

綜上所述，對(duì)于3PE防腐涂層，即使存在個(gè)別的剝離部位，如果剝離涂層沒有出現(xiàn)破損現(xiàn)象，由于3PE涂層的抗?jié)B透性較好，外界的腐蝕介質(zhì)無法通過涂層滲透到金屬表面，因此也不會(huì)產(chǎn)生陰極剝離。

2陰極剝離性能結(jié)果分析

2.13PE涂層的陰極剝離性能

通過分析極化電位對(duì)于3PE涂層陰極剝離性能的影響，結(jié)合不同的實(shí)驗(yàn)溫度和實(shí)驗(yàn)條件，可以得出極化電位與陰極剝離所產(chǎn)生的距離關(guān)系。通過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在不同的溫度和時(shí)間組合條件下，在固定區(qū)域的極化電位范圍內(nèi)，陰極剝離距離呈現(xiàn)出一個(gè)基本穩(wěn)定的數(shù)值，由此可以說明，陰極極化電位對(duì)于3PE腐涂層的陰極剝離距離不會(huì)產(chǎn)生較大影響。然而在實(shí)際應(yīng)用過程中，溫度和時(shí)間會(huì)對(duì)陰極剝離距離產(chǎn)生明顯的影響，隨著溫度的不斷增加和時(shí)間的延長(zhǎng)，剝離距離會(huì)逐漸增加。

3.2聚乙烯熱收縮帶的陰極剝離性能

3PE涂層在使用過程中可能會(huì)發(fā)生漏點(diǎn)，而聚乙烯熱收縮帶是進(jìn)行修補(bǔ)的主要材料。由于聚乙烯熱收縮帶的熔點(diǎn)較高，因此在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中很難結(jié)合溫度進(jìn)行結(jié)果確定，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，可以將熱收縮帶的陰極剝離實(shí)驗(yàn)溫度調(diào)整為38℃，結(jié)合不同陰極極化電位的情況進(jìn)行陰極剝離實(shí)驗(yàn)。

通過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著陰極極化電位的不斷變化，熱收縮帶的陰極剝離距離不會(huì)產(chǎn)生明顯的變化，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，當(dāng)計(jì)劃電位達(dá)到-4V時(shí)，剝離距離會(huì)明顯增加，由此可以說明熱收縮帶的極化電位不能低于-3.5V。另外，隨著時(shí)間的不斷增加，熱收縮帶的陰極剝離距離也會(huì)呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，該情況與3PE涂層的陰極剝離特點(diǎn)大致相同。通過實(shí)驗(yàn)，熱收縮帶的陰極剝離會(huì)隨著時(shí)間的增加導(dǎo)致剝離速度會(huì)比3PE涂層更快。并且在相同的陰極極化電位和實(shí)驗(yàn)條件下，雖然熱收縮帶的溫度較低，但是剝離速度快。由此可以說明聚乙烯熱收縮帶與3PE涂層進(jìn)行對(duì)比，聚乙烯熱收縮帶的陰極剝離性能較差。

結(jié)束語

綜上所述，發(fā)生陰極剝離的主要條件是由于陰極保護(hù)管道的防腐層出現(xiàn)了破壞，導(dǎo)致外界介質(zhì)滲入到管道表面，在陰極電流的作用下會(huì)發(fā)生陰極反應(yīng)。而3PE涂層的陰極剝離性能不會(huì)受到陰極極化電位的影響，但是熱收縮帶的陰極剝離性能會(huì)產(chǎn)生明顯的變化，因此在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要重點(diǎn)保護(hù)陰極保護(hù)與外防腐層的結(jié)合點(diǎn)，從而有效提高了管道的防腐性。

參考文獻(xiàn)

[1]張超，蘇欣怡，禹誥，張永成，李自力.管道3PE防腐蝕層陰極剝離的影響因素[J].腐蝕與防護(hù)，2019：10-14.

[2]張其濱，劉金霞，赫連建峰，陸琴芳.管道3PE涂層的陰極剝離性能研究[J].腐蝕與防護(hù)，2006：10-12+16.

[3]張婷，龔敏，林修洲，鄭興文，熊娟.埋地管道3PE防蝕層的陰極剝離性能[J].材料保護(hù)，2012：9+69-71.

巨龍鋼管有限公司? 河北省? 滄州市? 062650