一种模拟研究埋地管道阴极保护效率的实验装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及油气管道系统领域，公开了一种模拟研究埋地管道阴极保护效率的实验装置，以解决现有技术中不能对埋地管道的阴极保护效率进行有效评价的技术问题，该实验装置包括：模拟电解池，模拟电解池中放置有涂膜钢板试样，模拟电解池为涂膜钢板试样提供不同环境介质，涂膜钢板试样用于模拟真实的管道；阴极保护控制仪，用于为涂膜钢板试样提供阴极保护；阴极保护电位测量系统，连接于涂膜钢板试样，用于检测涂膜钢板试样的电极电位。达到了能够有效的评价埋地管道的阴极保护效率的技术效果。
【专利说明】一种模拟研究埋地管道阴极保护效率的实验装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及油气管道系统领域，尤其涉及一种模拟研宄埋地管道阴极保护效率的实验装置。

【背景技术】
[0002]近年来，在各地政府的大力支持下，作为第五大运输业一油气管道运输业进入飞速发展阶段，油气输送管道里程数大幅度攀升。伴随着以西气东输为标志性的战略性工程的实施，我国输油输气管道的使用愈加普遍频繁。但与此同时，这为油气输送管道的安全运行提出了重大的课题，特别是对于在阴极保护条件下，埋地油气输送管道涂层发生剥离后阴极保护效率的检测与预判以及膜下的腐蚀状态和腐蚀类型成为亟待解决的问题。
[0003]目前，我国的油气输送管道大部分采用外加阴极保护电流和3PE防腐层双重保护措施来防止外部环境对管道的腐蚀。理想的涂层能使管壁与外界环境完全隔绝，它虽然对保护电流流向管壁产生了很大的阻力，但可使这部分管壁完全受到涂层和电化学的双重保护，见图1所示的III区。如果涂层破损或存在微孔，管壁将与土壤直接接触，此时涂膜阻力大幅度下降，阴极保护电流可顺利到达金属表面并迅速增大，可建立足够的保护电位，此时同样可使这部分管壁如同裸管那样受到阴极保护而不发生腐蚀，见图1所示的I区。但当涂层与管壁发生剥离，剥离后的涂层与管壁间形成缝隙，同时水、空气和电解质通过缝隙进入到膜下形成局部腐蚀环境。这时保护电流因涂层与管壁之间的缝隙而受阻于外涂层，使得这部分区域既得不到涂层保护，又得不到阴极保护，从而形成了严重的局部腐蚀，见图1所示的II区。
[0004]在防护状况调查和管道改造及防护层大修过程中人们发现，管道与管道的焊接部位，补口防护层外观似乎完整无缺，此处阴极保护电位也处于有效范围，但将补口防护层剥开后，防护层下面的管道表面已形成了明显的、甚至是严重的局部腐蚀。这种在防护层和阴极保护双重保护措施下都未能阻止的管道腐蚀或腐蚀穿孔区域称之为“阴极保护死区”，其腐蚀现象叫“阴极保护死区腐蚀”。这一类局部腐蚀隐蔽性很强，难以发现，但破坏性极大，危害严重，是目前造成长输管道腐蚀穿孔的主要原因之一，这类腐蚀在我国的西气东输一线同样被发现，然而现有技术中还不能对埋地管道的阴极保护效率进行有效评价。


【发明内容】

[0005]本发明提供一种模拟研宄埋地管道阴极保护效率的实验装置，以解决现有技术中不能对埋地管道的阴极保护效率进行有效评价的技术问题。
[0006]本发明实施例提供一种模拟研宄埋地管道阴极保护效率的实验装置，包括:模拟电解池、阴极保护控制仪和阴极保护电位测量系统；
[0007]所述模拟电解池中放置有涂膜钢板试样，所述涂膜钢板试样表面包含一涂膜缺陷，所述模拟电解池为所述涂膜钢板试样提供不同环境介质，所述涂膜钢板试样用于模拟真实的管道；所述模拟电解池具体包括:
[0008]土壤介质，放置于所述模拟电解池，覆盖于所述涂膜钢板试样表面；
[0009]有机玻璃管，放置于所述涂膜缺陷表面，所述有机玻璃管内填充有所述土壤介质，所述涂膜钢板试样与所述有机玻璃管垂直相接构成模拟研宄电极，所述模拟研宄电极连接于所述阴极保护控制仪的工作电极接口 ；所述有机玻璃管用以阻挡垂直到达涂膜缺陷处的阴极保护电流，模拟剥离后的涂层对阴极保护电流的屏蔽；被所述有机玻璃管所遮蔽的所述涂膜钢板试样的表面裸露部分用以模拟真实条件下涂膜发生剥离时的管道；
[0010]对电极，连接于所述阴极保护控制仪的对电极接口 ；
[0011]第一参比电极，连接于所述阴极保护控制仪的参比电极接口，
[0012]微滤膜，放置于所述有机玻璃管和所述涂膜钢板试样之间，用于模拟所述管道的涂膜破损剥离后膜下裸露的金属部分与外界环境的联系通道；
[0013]所述阴极保护控制仪，用于为所述涂膜钢板试样提供阴极保护；
[0014]所述阴极保护电位测量系统，连接于所述涂膜钢板试样，用于检测所述涂膜钢板试样的电极电位。
[0015]可选的，所述对电极具体为:铁或石墨；和/或
[0016]所述第一参比电极具体为:饱和KCl甘未电极或饱和硫酸铜电极。
[0017]可选的，所述模拟电解池还包括:第二参比电极，所述第二参比电极一端插入所述有机玻璃管中的土壤介质，所述第二参比电极的另一端连接于所述阴极保护电位测量系统。
[0018]可选的，所述阴极保护电位测量系统、所述第二参比电极和所述涂膜钢板试样构成闭合回路，以测定所述表面裸露部分的电极电位，从而通过所述电极电位判定涂层破损剥离处管体的阴极保护效率。
[0019]可选的，通过采用不同材质和厚度的微滤膜来调节所述有机玻璃管和所述涂膜钢板试样相接处的缝隙大小，以此来模拟涂膜处于不同剥离程度时与外界环境的接触状态。
[0020]可选的，通过控制所述土壤介质的组成来调节进入到所述表面裸露部分的电解质含量；通过控制所述电解池的开闭状态来调节进入到所述表面裸露部分的氧气浓度；通过控制所述土壤介质的湿度来调节进入到所述表面裸露部分的水的含量；通过控制所述微滤膜的材质与厚度来调节进入到所述表面裸露部分的阴极保护电流的大小；以此模拟涂膜剥离失效后不同的环境条件对涂膜剥离失效处管体阴极保护效率的影响。
[0021]可选的，所述阴极保护控制仪具体为:电化学工作站或恒电位仪。
[0022]可选的，所述阴极保护电位测量系统，具体为:电位差测量仪。
[0023]本发明有益效果如下:
[0024]由于在本发明实施例中，提供了一种模拟研宄埋地管道阴极保护效率的实验装置，包括:模拟电解池，所述模拟电解池中放置有涂膜钢板试样，所述模拟电解池为所述涂膜钢板试样提供不同环境介质，所述涂膜钢板试样用于模拟真实的管道；阴极保护控制仪，用于为所述涂膜钢板试样提供阴极保护；阴极保护电位测量系统，连接于所述涂膜钢板试样，用于检测所述涂膜钢板试样的电极电位，故而能够确定涂膜钢板试样在不同的环境条件下，何时会处于正常的阴极保护状态，何时处于局部保护状态，何时又完全未被阴极保护而出现严重的局部腐蚀，进而达到了能够有效的评价埋地管道的阴极保护效率的技术效果，并且能够用以指导实际埋地钢质管道的腐蚀与防护工作，为实际埋地管道在阴极保护条件下涂层发生剥离后能否安全运行提供了判断依据。

【专利附图】

【附图说明】
[0025]图1为现有技术中埋地钢质管道涂层在不同状态时的阴极保护效果示意图；
[0026]图2为本发明实施例中模拟研宄埋地管道阴极保护效率的实验装置的结果图；
[0027]图3为本发明实施例中模拟研宄埋地管道阴极保护效率的实验装置模拟研宄电极示意图；
[0028]图4为本发明实施例1中阴极保护条件下涂膜钢板试样涂层破损剥离处的阴极保护电位和电流随时间的变化关系图，其中，所施加的阴极保护电位为-0.925V，土壤为新疆盐渍土，温度为25°C，土壤湿度为15%，有机玻璃管与钢板试样之间的缝隙大小为0.125mm ；
[0029]图5为本发明实例I中阴极保护条件下涂膜钢板试样涂层破损剥离处的阴极保护电位和电流随时间的变化关系图，其中，所施加的阴极保护电位为-0.925V，土壤为新疆盐渍土，温度为25°C，土壤湿度为15%，有机玻璃管与钢板试样之间的缝隙大小为0.250mm ;
[0030]图6为本发明实例I中阴极保护条件下涂膜钢板试样涂层破损剥离处的阴极保护电位和电流随时间的变化关系图，其中，所施加的阴极保护电位为-0.925V，土壤为新疆盐渍土，温度为25°C，土壤湿度为15%，有机玻璃管与钢板试样之间的缝隙大小为0.375mm ;
[0031]图7为本发明实例I中阴极保护条件下涂膜钢板试样涂层破损剥离处的阴极保护电位和电流随时间的变化关系图；其中，所施加的阴极保护电位为-0.925V，土壤为新疆盐渍土，温度为25°C，土壤湿度为5%，有机玻璃管与钢板试样之间的缝隙大小为0.375mm。

【具体实施方式】
[0032]本发明提供一种模拟研宄埋地管道阴极保护效率的实验装置，以解决现有技术中不能对埋地管道的阴极保护效率进行有效评价的技术问题。
[0033]本发明实施例总体思路如下:
[0034]提供了一种模拟研宄埋地管道阴极保护效率的实验装置，包括:模拟电解池，所述模拟电解池中放置有涂膜钢板试样，所述模拟电解池为所述涂膜钢板试样提供不同环境介质，所述涂膜钢板试样用于模拟真实的管道；阴极保护控制仪，用于为所述涂膜钢板试样提供阴极保护；阴极保护电位测量系统，连接于所述涂膜钢板试样，用于检测所述涂膜钢板试样的电极电位，故而能够确定涂膜钢板试样在不同的环境条件下，何时会处于正常的阴极保护状态，何时处于局部保护状态，何时又完全未被阴极保护而出现严重的局部腐蚀，进而达到了能够有效的评价埋地管道的阴极保护效率的技术效果，并且能够用以指导实际埋地钢质管道的腐蚀与防护工作；为实际埋地管道在阴极保护条件下涂层发生剥离后能否安全运行提供了判断依据。
[0035]为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0036]本发明实施例提供一种模拟研宄埋地管道阴极保护效率的实验装置，请参考图2和图3，具体包括:模拟电解池O、阴极保护控制仪10和阴极保护电位测量系统1，下面将对这三个分别进行介绍。
[0037]I)模拟电解池O
[0038]请继续参考图2，所述模拟电解池O中放置有涂膜钢板试样3，所述涂膜钢板试样3表面包含一涂膜缺陷3a，所述模拟电解池O为所述涂膜钢板试样3提供不同环境介质，所述涂膜钢板试样3用于模拟真实的管道，其中涂膜缺陷3a的直径d可以小于等于0.5cm ;
[0039]所述模拟电解池O具体包括:
[0040]土壤介质9，放置于所述模拟电解池O，覆盖于所述涂膜钢板试样3表面；
[0041]有机玻璃管4，放置于所述涂膜缺陷3a表面，所述有机玻璃管4内填充有所述土壤介质9，所述涂膜钢板试样3与所述有机玻璃管4垂直相接构成模拟研宄电极，所述模拟研宄电极连接于所述阴极保护控制仪10的工作电极接口 ；所述有机玻璃管4用以阻挡垂直到达涂膜缺陷3a处的阴极保护电流，模拟剥离后的涂层对阴极保护电流的屏蔽；被所述有机玻璃管4所遮蔽的所述涂膜钢板试样3的表面裸露部分用以模拟真实条件下涂膜发生剥离时的管道；
[0042]其中，有机玻璃管4的内径例如为:l-2cm、高度例如为:5-10cm，涂膜缺陷3a完全被有机玻璃管4所遮蔽。
[0043]对电极8，连接于所述阴极保护控制仪10的对电极8接口，对电极8例如为:所述对电极8具体为:铁或石墨；
[0044]第一参比电极7，连接于所述阴极保护控制仪10的参比电极接口，所述第一参比电极7例如为:饱和KCl甘汞电极或饱和硫酸铜电极；
[0045]微滤膜6，放置于所述有机玻璃管4和所述涂膜钢板试样3之间，用于模拟所述管道的涂膜破损剥离后膜下裸露的金属部分与外界环境的联系通道；
[0046]其中，微滤膜6的材质可以是普通打印纸、不同规格的滤纸或有机半透膜等；一层微滤膜6厚度为0.05—0.125mm。
[0047]在具体实施过程中，通过采用不同材质和厚度的微滤膜6来调节所述有机玻璃管4和所述涂膜钢板试样3相接处的缝隙大小，以此来模拟涂膜处于不同剥离程度时与外界环境的接触状态。
[0048]在具体实施过程中，有机玻璃管4用以阻挡垂直到达涂膜缺陷3a处的阴极保护电流，模拟剥离后的涂层对阴极保护电流的屏蔽；有机玻璃管4与涂膜钢板试样3表面间的缝隙用以模拟涂膜破损剥离后膜下裸露的金属部分与外界环境的联系通道。缝隙的阻力和微滤膜6的材质与厚度直接相关，影响到达被有机玻璃管4所屏蔽部分试样的水、氧气、无机盐离子含量以及阴极保护电流的大小。
[0049]作为进一步的优选实施例，所述模拟电解池O还包括:第二参比电极5，所述第二参比电极5 —端插入所述有机玻璃管4中的土壤介质9，所述第二参比电极5的另一端连接于所述阴极保护电位测量系统I。第二参比电极5用于用来测定不同环境条件下被有机玻璃管4所遮盖的裸露金属部分的电极电位。
[0050]在具体实施过程中，所述阴极保护电位测量系统1、所述第二参比电极5和所述涂膜钢板试样3构成闭合回路，以测定所述表面裸露部分的电极电位，从而通过所述电极电位判定涂层破损剥离处管体的阴极保护效率。
[0051]作为进一步的优选实施例，可以通过控制土壤组成、温度以及湿度来模拟涂膜钢板试样3实际所处的环境状态。由于土壤的组成(特别是土壤中电解质的种类与含量)，温度以及湿度与其导电性密切相关，因此可以通过改变土壤组成、温度以及湿度从而改变有机玻璃管4与涂膜钢板试样3接界处的电阻大小，以模拟不同环境条件对涂膜失效处管道的阴极保护效率的影响规律。同时通过改变土壤的组成、温度与湿度调节进入有机玻璃管4内的水、氧气以及无机盐离子的含量，以模拟涂膜破损剥离后膜下裸露金属的腐蚀状态。
[0052]进一步的，还可以通过控制所述土壤介质9的组成来调节进入到所述表面裸露部分的电解质含量；通过控制所述电解池的开闭状态来调节进入到所述表面裸露部分的氧气浓度；通过控制所述土壤介质9的湿度来调节进入到所述表面裸露部分的水的含量；通过控制所述微滤膜6的材质与厚度来调节进入到所述表面裸露部分的阴极保护电流的大小；以此模拟涂膜剥离失效后不同的环境条件对涂膜剥离失效处管体阴极保护效率的影响。
[0053]2)阴极保护控制仪10
[0054]所述阴极保护控制仪10，用于为所述涂膜钢板试样3提供阴极保护；
[0055]举例来说，所述阴极保护控制仪10例如为:电化学工作站或恒电位仪。
[0056]经过调节阴极保护控制仪10的电压大小使得涂膜钢板试样3处于确定的外加阴极保护电位下，以此来实现对模拟试样施加阴极保护作用。与此同时，通过阴极保护控制仪10可以同步记录在不同土壤环境条件下体系阴极保护电流的大小及其相应的变化规律。由于埋地管道的阴极保护系统中阴极保护电位和电流具有一定的相关性(例如:埋地管线某处的保护电位越负，相应的阴极保护电流就会变得越大)，因而通过该阴极保护控制仪10完全可以实现对涂膜钢板试样3阴极保护电位和电流的控制。
[0057]3)阴极保护电位测量系统I
[0058]所述阴极保护电位测量系统1，连接于所述涂膜钢板试样3，用于检测所述涂膜钢板试样3的电极电位。
[0059]举例来说，所述阴极保护电位测量系统1，例如为:电位差测量仪。
[0060]由于电位差测量仪的高输入阻抗，使得通过插入有机玻璃管4内的第二参比电极5与模拟试样构成的测量回路的电流很小，由此通过电位差测量仪可准确地同步记录被有机玻璃管4所屏蔽的裸露金属表面处的电极电位。该电极电位的大小受到到达该处的阴极保护电流的影响，因此，该方法可用来模拟研宄土壤环境介质环境以及有机玻璃管4与涂膜钢板试样3表面间的缝隙阻力对模拟试样涂层剥离处阴极保护效率的影响。
[0061]例如:根据所检测到的电极电位以及相应的保护电流的变化情况，可确定管道涂层破损剥离处在不同环境条件下，何时处于正常的阴极保护状态，何时处于局部保护状态，何时又完全未被阴极保护。并且可依据环境条件的变化情况，判定涂膜剥离后膜下的裸露金属部分是否会发生严重的局部腐蚀。
[0062]下面将以模拟研宄埋地管道阴极保护效率的实验装置在具体实施过程中的应用来对其进行介绍，当然，以下实施例仅作为举例，并不作为限制。
[0063]实施例1:
[0064]本实例为采用本发明装置模拟研宄有机玻璃管4与涂膜钢板试样3表面间的缝隙大小以及土壤湿度对模拟钢板试样涂膜剥离后膜下裸露金属部分的阴极保护效率的影响。
[0065]本实例所采用的模拟试样是由尺寸为10mm*60mm*5mm的X70钢板先经过水性砂纸打磨以及乙醇或丙酮超声处理后，再在其表面涂覆一层厚度为30 μ m的聚氨酯涂料，待涂料有机溶剂挥发完后在其表面密封一层绝缘胶，以此来模拟实际埋地管道的3PE(三层结构的聚乙烯)防腐涂层。通过在涂膜完整的钢板表面用刀切开一个直径为0.5cm的裸露圆形区域，即可得到模拟试样(也即涂膜钢板试样3)，以碳钢片为对电极8，饱和甘汞电极为第一参比电极7，构成三电极研宄体系。
[0066]在室温条件下，先在模拟电解池O中平铺适量一定湿度的新疆土( 土壤组成)，保证该土壤的孔隙率和实际埋地管道中的土壤大致相同，然后将上述的模拟试样平放于模拟电解池O中。在模拟试样涂膜破损的位置上方叠放有不同层数的微滤膜6 (材质为普通打印纸，一层微滤膜6厚度为0.125mm)，以此来调节有机玻璃管4与涂膜钢板试样3表面间的缝隙大小。再在微滤膜6正上方罩上一根长度为50mm，内径为1mm，壁厚为2mm的有机玻璃管4，管中填充满土壤(仅充当电解质)，整个过程始终保持有机玻璃管4垂直并压紧涂膜钢板试样3表面。最后在模拟电解池O中填充适量土壤，使得整个模拟试样浸没在土壤之中。
[0067]将模拟试样(研宄电极)、对电极8和参比电极分别与恒电位仪的外接口相连后，经调节相关参数使阴极保护电位设定在-0.925V。模拟电解池O中土壤的湿度分别控制在5%和15%;有机玻璃管4与涂膜钢板试样3间的缝隙大小分别控制在0.125mm,0.250mm以及0.375_。通过该装置研宄有机玻璃管4与涂膜钢板试样3表面间的缝隙大小和土壤湿度对模拟试样涂层剥离处裸露金属部分的阴极保护电位和相应的保护电流的影响。
[0068]当土壤湿度恒定时，有机玻璃管4与涂膜钢板试样3表面间的缝隙越大，模拟试样涂层剥离处裸露金属部分的阴极保护效果越好。如图4(4a为阴极保护电位曲线、4b为阴极保护电流曲线)、5 (5a为阴极保护电位曲线、5b为阴极保护电流曲线)、6 (6a为阴极保护电位曲线、6b为阴极保护电流曲线)所示的结果表明，在室温条件下，外加阴极保护电位设定为-0.925V，土壤湿度恒定在15%，当缝隙大小为d = 0.125mm时，随时间的延长，阴极保护电位从-0.582V不断负移，阴极保护电流从36.4 μ A不断变大；当缝隙大小d = 0.250mm时，随时间的延长，阴极保护电位从-0.521V不断负移，阴极保护电流从33 μ A不断变大。无论缝隙为0.125mm或是0.250mm，由于缝隙间距较小，缝隙内外的电解质交换难于进行，当外加电位阴极极化时，电力线很难从缝隙外部通过微滤膜6达到缝隙内裸露金属表面，此时缝隙电阻很大，缝隙内外会出现一个很大的电压降，此两种不同缝隙尺寸下涂层剥离处裸露金属部分的阴极保护电位比较接近，但都始终高于最小有效阴极保护电位-0.775V，因而裸露金属部分得不到完全有效的阴极保护，会发生腐蚀。但当缝隙大小d = 0.375mm时，随时间的延长，阴极保护电位从-0.7281V不断负移，最终趋近于-0.85V，阴极保护电流从35.7 μΑ不断变大，最终趋近于120μΑ。由于缝隙尺寸增大，缝隙电阻骤减，缝隙内外的电解质交换更易于进行，当外加电位阴极极化时，电力线更易于达到涂层剥离处裸露金属表面，导致其保护电位降低，并且始终低于最小有效阴极保护电位-0.775V，因而该条件下裸露金属部分能够得到有效的阴极保护，不会发生腐蚀。
[0069]如图6和7 (7a为阴极保护电位曲线、7b为阴极保护电流曲线)所示的结果表明，在室温条件下，外加阴极保护电位设定为-0.925V，有机玻璃管4与涂膜钢板试样3表面间的缝隙大小d恒定在0.375mm，当土壤湿度为5%时，随时间的延长，阴极保护电位从-0.4669V不断负移，阴极保护电流从0.4768 μΑ不断变大。由于土壤湿度较低，土壤中电解质的导电性很差，电力线很难从缝隙外部通过微滤膜6渗入到缝隙内部，在缝隙处会出现一个很大的电压降，导致涂层剥离处裸露金属部分的阴极保护电位始终高于最小有效阴极保护电位-0.775V，因而裸露金属部分得不到完全有效的阴极保护，会发生腐蚀。但当土壤湿度为15%时，随时间的延长，阴极保护电位从-0.7281V不断负移，最终趋近于-0.85V，阴极保护电流从35.7 μ A不断变大，最终趋近于120 μ Ao随着土壤湿度增大，土壤中电解质的导电性也会有大幅度增强。由于电力线更易于通过微滤膜6达到涂层剥离处裸露金属表面，导致其保护电位迅速降低，并且始终低于最小有效阴极保护电位-0.775V，该条件下裸露金属部分始终能够得到有效的阴极保护，不会发生腐蚀。
[0070]实施例2:
[0071]本实例为采用本发明装置模拟研宄土壤含水量连续交替变化对模拟试样涂膜剥离后膜下裸露金属部分的阴极保护效率及其腐蚀状况的影响。
[0072]本实例采用的模拟电极与实施例1中所述的一样。在室温条件下，先在模拟电解池O中平铺适量湿度为23%的新疆土(将近饱和状态)，保证该土壤的孔隙率和实际埋地管道中的土壤大致相同，然后将上述的模拟试样平放于模拟电解池O中。在模拟钢板试样涂膜破损的位置上方叠放有不同层数的微滤膜6 (材质为普通打印纸，一层微滤膜6厚度为0.125mm)，以此来调节有机玻璃管4与涂膜钢板试样3表面间的缝隙大小。再在微滤膜6正上方罩上一根长度为50mm，内径为1mm，壁厚为2mm的有机玻璃管4，管中填充满土壤(仅充当电解质)，整个过程始终保持有机玻璃管4垂直并压紧涂膜钢板表面。最后在模拟电解池O中填充一部分土壤，使得整个模拟试样浸没在土壤之中。
[0073]将模拟试样(研宄电极)、对电极8和参比电极分别与恒电位仪的外接口相连后，经调节恒电位仪，设定外加阴极保护电位的大小。为实现模拟电解池O中土壤含水量的连续交替变化，间隔12h将上述模拟电解池O装置放在电热鼓风式恒温干燥箱(温度设定在550C )中，待模拟电解池O中土壤水分挥发待尽时，向电解池中加入适量的水直至土壤表面渗出水饱和为止。与此同时记录模拟试样涂层剥离处裸露金属部分的阴极保护电位以及相应的保护电流的变化情况。12h后又将模拟电解池O装置转移到电热鼓风式恒温干燥箱外，如此周期性反复操作，来实现土壤含水量的连续交替变化。
[0074]当土壤含水量较低时，模拟试样涂层剥离处的阴极保护电位较所设定的保护电位更正，保护电流比较小(将近几个微安)，此状态下模拟试样涂层剥离处的裸露金属部分得不到有效的阴极保护作用。但由于土壤含水量较低，土壤之中的电解质导电性比较差，缝隙电阻较大，水、氧气以及无机盐离子等很难通过微滤膜6进入到缝隙内部，被有机玻璃管4所屏蔽区域难以形成电化学腐蚀环境，故而其表面腐蚀比较轻微；当土壤含水量湿度较大时，模拟试样涂层剥离处的阴极保护电位比较接近所设定的保护电位，保护电流比较大(将近几百微安)。此状态下土壤之中的电解质导电性比较好，缝隙阻力较小，阴极保护电流易于通过有机玻璃管4与涂膜钢板试样3表面间的缝隙流入裸露金属表面，从而使得试样得到比较有效的阴极保护，故而被有机玻璃管4所屏蔽的裸露金属表面腐蚀亦比较轻微；但当土壤含水量出现干湿交替变化时，模拟试样被有机玻璃管4所屏蔽的裸露金属部分却发生非常严重的腐蚀。由于当土壤湿度增大时，水、氧气、无机盐离子以及阴极保护电流通过有机玻璃管4与涂膜钢板试样3表面间的缝隙流入裸露金属表面，此时试样得到比较好的阴极保护作用；但当土壤湿度减小时，整个土壤的电解质电导率下降，缝隙阻力增大，阴极保护电流很难通过有机玻璃管4与涂膜钢板试样3表面间的缝隙流入裸露金属表面。而此时有机玻璃管4内部裸露金属部分区域已经形成了一个局部腐蚀环境，加剧了模拟试样涂层剥离处裸露金属部分的局部腐蚀。
[0075]本发明一个或多个实施例，至少具有以下有益效果:
[0076]由于在本发明实施例中，提供了一种模拟研宄埋地管道阴极保护效率的实验装置，包括:模拟电解池，所述模拟电解池中放置有涂膜钢板试样，所述模拟电解池为所述涂膜钢板试样提供不同环境介质，所述涂膜钢板试样用于模拟真实的管道；阴极保护控制仪，用于为所述涂膜钢板试样提供阴极保护；阴极保护电位测量系统，连接于所述涂膜钢板试样，用于检测所述涂膜钢板试样的电极电位，故而能够确定涂膜钢板试样在不同的环境条件下，何时会处于正常的阴极保护状态，何时处于局部保护状态，何时又完全未被阴极保护而出现严重的局部腐蚀，进而达到了能够有效的评价埋地管道的阴极保护效率的技术效果，并且能够用以指导实际埋地钢质管道的腐蚀与防护工作；为实际埋地管道在阴极保护条件下涂层发生剥离后能否安全运行提供了判断依据。
[0077]尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0078]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种模拟研宄埋地管道阴极保护效率的实验装置，其特征在于，包括:模拟电解池、阴极保护控制仪和阴极保护电位测量系统； 所述模拟电解池中放置有涂膜钢板试样，所述涂膜钢板试样表面包含一涂膜缺陷，所述模拟电解池为所述涂膜钢板试样提供不同环境介质，所述涂膜钢板试样用于模拟真实的管道；所述模拟电解池具体包括: 土壤介质，放置于所述模拟电解池，覆盖于所述涂膜钢板试样表面； 有机玻璃管，放置于所述涂膜缺陷表面，所述有机玻璃管内填充有所述土壤介质，所述涂膜钢板试样与所述有机玻璃管垂直相接构成模拟研宄电极，所述模拟研宄电极连接于所述阴极保护控制仪的工作电极接口 ；所述有机玻璃管用以阻挡垂直到达涂膜缺陷处的阴极保护电流，模拟剥离后的涂层对阴极保护电流的屏蔽；被所述有机玻璃管所遮蔽的所述涂膜钢板试样的表面裸露部分用以模拟真实条件下涂膜发生剥离时的管道； 对电极，连接于所述阴极保护控制仪的对电极接口； 第一参比电极，连接于所述阴极保护控制仪的参比电极接口， 微滤膜，放置于所述有机玻璃管和所述涂膜钢板试样之间，用于模拟所述管道的涂膜破损剥离后膜下裸露的金属部分与外界环境的联系通道； 所述阴极保护控制仪，用于为所述涂膜钢板试样提供阴极保护； 所述阴极保护电位测量系统，连接于所述涂膜钢板试样，用于检测所述涂膜钢板试样的电极电位。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述对电极具体为:铁或石墨；和/或 所述第一参比电极具体为:饱和KCl甘未电极或饱和硫酸铜电极。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模拟电解池还包括:第二参比电极，所述第二参比电极一端插入所述有机玻璃管中的土壤介质，所述第二参比电极的另一端连接于所述阴极保护电位测量系统。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述阴极保护电位测量系统、所述第二参比电极和所述涂膜钢板试样构成闭合回路，以测定所述表面裸露部分的电极电位，从而通过所述电极电位判定涂层破损剥离处管体的阴极保护效率。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，通过采用不同材质和厚度的微滤膜来调节所述有机玻璃管和所述涂膜钢板试样相接处的缝隙大小，以此来模拟涂膜处于不同剥离程度时与外界环境的接触状态。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，通过控制所述土壤介质的组成来调节进入到所述表面裸露部分的电解质含量；通过控制所述电解池的开闭状态来调节进入到所述表面裸露部分的氧气浓度；通过控制所述土壤介质的湿度来调节进入到所述表面裸露部分的水的含量；通过控制所述微滤膜的材质与厚度来调节进入到所述表面裸露部分的阴极保护电流的大小；以此模拟涂膜剥离失效后不同的环境条件对涂膜剥离失效处管体阴极保护效率的影响。
7.如权利要求1-6任一所述的装置，其特征在于，所述阴极保护控制仪具体为:电化学工作站或恒电位仪。
8.如权利要求1-6任一所述的装置，其特征在于，所述阴极保护电位测量系统，具体为:电位差测量仪。
【文档编号】G01N17/02GK104515731SQ201410799808
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】李英义, 旷亚非, 韩昌柴, 惠海军, 曾冬冬, 陈梁, 郑大海, 张照旭, 黄娟 申请人:中国石油天然气股份有限公司