基于扫描探针技术原位研究高阻土壤中剥离涂层管道缝隙腐蚀特性及寿命预测

It is difficult for cathodic protection current to reach the deep crevice gap of dissected coating pipeline in high-resistivity environment,and high insulated coating has shielding effect. The pipeline occurs serious crevice corrosion and perforation due to great reduction of the cathodic protection effect.Therefore, searching protective mechanism and control method of cathodic protection in high-resistivity environment to avoid crevice corrosion is very necessary. In this project, an expermental platform is designed by crevice geometry of artificial simulation.The change rule of the chemical and electrochemical environment in coating dissection of the gap is characterized accurately by using the scanning Kelvin probe,micro electrochemical impedance spectrum and scanning electrochemical microscope and micro zone in situ measurement techniques.And a unsteady-state mathematical model of cathodic protection dissected coating pipeline crevice is builded.Through analyzing the characterization results of chemical and electrochemical process in highly localized crevice synthetically, space-time evolution figure of protection mechanism of high-resistivity environment in a cathodically protected crevice is obtained .Moreover, this project puts forward the mechanism and control method of cathodic protection to prevent crevice corrosion in high-resistivity environment. In addition,the examples prove the rationality of the mechanism and the feasibility of protection method. This research is prominent in scientific understanding the protective mechanism and control theory of the cathodic protection for crevice corrosion in high-resistivity environment, which provides experiment and theory basis for cathodic-protection practice of pipeline.

高阻土壤中剥离涂层管道的缝隙深处阴极保护电流难以到达以及高绝缘涂层的屏蔽作用，阴极保护效果大大降低，易使管道发生严重的缝隙腐蚀而穿孔泄漏。因此，寻求高阻土壤介质中缝隙腐蚀机理及其寿命预测方法非常必要。本项目通过设计模拟缝隙构型试验平台，采用kelvin 扫描探针等微区原位测量技术，精确原位表征涂层剥离缝隙局部空间内腐蚀电化学及传质变化规律；建立阴极保护下剥离涂层管道缝隙腐蚀动态传质过程数学模型；综合分析高度局部化缝隙空间腐蚀电化学过程表征结果，获得高阻土壤中缝隙内阴极保护机理的时空演化图，建立基于电化学模型的剥离涂层管道缝隙腐蚀寿命评价方法，并通过实例验证保护机理及预测方法的可行性。本课题的研究，旨在突出对高阻土壤中阴极保护防止剥离涂层管道缝隙腐蚀保护机理及寿命评价理论的科学认识，为管道阴极保护工程提供实验与理论依据。

埋地油气管道防腐蚀涂层在服役过程中容易造成破损或者剥离等缺陷，使金属基体发生缝隙腐蚀，进而导致涂层保护效果显著降低，管线服役寿命减小，严重时导致管道穿孔泄漏造成中毒、火灾和爆炸等重大安全事故。因此，寻求高阻土壤介质中缝隙腐蚀机理及其寿命预测方法非常必要，但是传统的宏观电化学测量技术已经逐渐不能满足腐蚀研究的需要。以扫描开尔文探针（SKP）和局部电化学阻抗谱（LEIS）技术为代表的先进的微区电化学测量技术能够精确原位表征涂层剥离缝隙局部空间内腐蚀电化学及传质变化规律，从本质上揭示管道腐蚀的过程和机理，给出管道的微区电化学腐蚀参数和信息，为管道腐蚀防护提供基本数据。.本研究主要采用实验室模拟试验和理论分析相结合的方法，模拟重庆地区典型土壤环境，开展含剥离缺陷涂层埋地管道开展缝隙腐蚀机理及寿命预测方法研究，主要研究内容及结果如下：.（1）对三种不同离子浓度的土壤模拟溶液中20#管线钢的自腐蚀电位、极化曲线和电化学阻抗谱的变化规律进行了测量和分析，得到了20#钢在三种不同模拟溶液中的基本腐蚀行为和腐蚀参数。.（2）搭建缝隙腐蚀试验台，制作两种不同尺寸的涂层缺陷（200μm和800μm），模拟含剥离缺陷涂层管道钢，采用SKP和LEIS微区电化学测量方法对缺陷处的Kelvin电位、局部阻抗模值等微区电化学参数进行了测量，得到了不同涂层缺陷尺寸、不同浸泡时间、不同离子含量溶液以及不同阴极保护电位对涂层缺陷处微区电化学特征及其影响规律。.（3）根据扫描探针原位测量试验结果，在阴极极化下涂层缝隙内腐蚀环境时空分布演化的基础上，构建了一维缝隙腐蚀物理模型，建立了阴极极化下缝隙腐蚀动态传质过程的数学模型，并通过该模型对缝隙内的腐蚀行为、阴极保护机理和寿命进行理论预测。.（4）在模拟高阻土壤介质中剥离涂层缝隙电化学腐蚀特性及腐蚀动态传质模型预测的基础上，构建了剥离涂层缝隙腐蚀处缺陷尺寸与缺陷极限压力之间关系，然后通过金属腐蚀电化学原理，导出腐蚀剩余寿命预测模型公式，并通过工程实例对模型可靠性和有效性进行验证。.（5）本研究结果对丰富和发展阴极保护防止高阻土壤介质中剥离涂层管道缝隙腐蚀的保护机理及其寿命评价方法具有重要的科学意义和学术价值。