《捷運雜散電流干擾下埋地管道材料的腐蝕機理研究》是依託北京科技大學，由董亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：捷運雜散電流干擾下埋地管道材料的腐蝕機理研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：董亮
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
受城市地域的限制，由直流供電的捷運或輕軌等電氣化鐵路和埋地油氣輸送管道往往使用公共走廊或相鄰，從鐵軌處泄漏到大地的雜散電流會對附近埋地金屬管道構成捷運雜散電流干擾，對管道的安全運行構成極大威脅，國內外已有多例有關捷運雜散電流造成管道腐蝕穿孔的報導。目前對捷運雜散電流干擾的研究局限於捷運雜散電流干擾測試方法及緩解措施，由於捷運雜散電流被劃入直流雜散電流干擾的範疇其腐蝕機理往往被界定為直流電解腐蝕，這忽略了捷運雜散電流的動態特徵，而這種與時間和頻率有關的動態雜散電流干擾與交流干擾類似，但更具有隨機性。本課題將圍繞雜散電流干擾的動態特徵，以X65管線鋼為研究對象，擬採用干擾腐蝕模擬實驗、電化學極化測試、電工學及理論分析等方法研究金屬/介質界面雙電層充放電特性、干擾對腐蝕的作用機制及二者間的定量關係，探討捷運動態雜散電流干擾的腐蝕機理，同時獲得捷運雜散電流干擾的有效評價方法。
結題摘要
作為能源載體的管道和交通載體的捷運是城市發展的兩大重要設施，不可避免地臨近建設造成埋地管道受捷運泄漏直流雜散電流干擾，由此引起的腐蝕風險將日益突出。項目基於這種動態直流干擾下埋地管道碳鋼材料的腐蝕機制及有效評價方法展開研究。在室內搭建了恆定陽極電流、對稱方波下不同電流密度及周期、不同環境介質及干擾時長、以及不對稱方波電流密度及周期等干擾下的腐蝕模擬實驗獲取腐蝕規律，結果表明對稱方波干擾下不同干擾周期內碳鋼的腐蝕速率呈現三種變化規律，即在周期較長時，腐蝕速率與法拉第定律計算的理論腐蝕速率一致，周期較小時，腐蝕速率增長較慢且小於理論腐蝕速率的10%，在其他周期範圍內腐蝕速率增長較快。與此同時，腐蝕速率與干擾幅值呈正比，隨干擾時長增加而減緩，與環境介質和干擾的不對稱性均有一定的關係。通過金屬/介質界面的電化學阻抗譜（EIS）和電子元器件模擬電路的充放電測試，以及動態干擾下的電路仿真軟體仿真分析，結果表明弛豫時間隨干擾周期增加而出現大小的交替變化，部分干擾電流用於雙電層中電容的充放電是實際腐蝕速率小於理論腐蝕速率的重要原因之一，干擾周期越小即頻率越高該機制越重要。同時，腐蝕產物的形成也會減小弛豫時間而降低進一步的腐蝕速率。此外，負向干擾電流下陰極反應產生的大量氫氧根離子消耗了部分陽極電流是腐蝕速率降低的另一個重要原因。基於室內腐蝕模擬實驗和2組現場腐蝕埋片實驗測試得到的干擾特徵參數和腐蝕速率，通過比較發現雜散電流干擾下極化電位與時間、電流密度與時間的積分與腐蝕速率具有相對較好的定量關係，同時實測的腐蝕速率-干擾幅值/頻率曲線也是一種定量關係，由此可得到的腐蝕評估方法具有借鑑意義，但目前不同實驗條件下得到的結果未完全統一，主要受限於現場測試點和特徵參數測試周期偏少的緣故，具體哪種方法更接近於實際情況還有待更多的現場測試，需要大量的數據積累來驗證。
