管线钢服役温度及其梯度对腐蚀行为和阴极保护的影响研究

The detection results of the actual sea pipeline show that the corrosion is more seriously at the higher temperature inlet section. There is an urgent necessity for the development of petroleum economics to carry out the research of the corrosion mechanism and cathodic protection of pipeline under service temperature and its gradient condition. The regularity of electrochemical reactions and characteristics of the applied cathodic current of the typical pipeline steel under service condition will be investigated using electrochemical measurement, surface analysis and mechanical performance testing, etc. The anodic and cathodic reactions characteristics under the temperature range between 40-100℃ will be studied through analysis of electrochemical noise and polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy, and thus evaluation of the behavior of electrochemical corrosion under service condition. The effect of thermogalvanic macro-cell on corrosion and cathodic protection under temperature gradient condition will be investigated using special electrochemical cell that will be designed with wire beam electrode principle. The effect of service temperature and cathodic protection on the hydrogen permeation behavior and therefore on the mechanical properties of the material will be investigated. The influence mechanism of temperature on hydrogen permeation behavior will be investigated, and the influence rule of temperature on controlling parameters of cathodic protection will be acquired. We propose that the accuracy of the electrochemical detection/measurement can be improved to provide a reference for the selection of cathodic protection parameters in service condition. This study is of theoretical and practical significance in understanding the mechanism of corrosion kinetics and the proper protection methods of pipeline under service conditions.

实际海管检测结果表明温度较高的入口段腐蚀严重，开展油气管线服役温度梯度变化条件下的腐蚀机理与阴极保护相关研究，是发展石油经济的迫切需要。利用电化学测试、表面分析及力学性能测试等手段，研究典型管线钢在服役温度条件下腐蚀电化学反应规律及外加阴极电流作用特征。通过电化学噪声、极化曲线和极化电位下的电化学阻抗谱分析，得到40-100℃条件下金属腐蚀阳极、阴极反应的特点，分析服役温度下的腐蚀行为。通过丝束电极原理设计合理的电解池，研究服役温度梯度条件下，宏电池的形成对腐蚀和阴极保护的影响。通过研究材料阴极保护及产生的渗氢行为及其对材料力学性能的影响特征，分析温度改变对典型管线钢阴极保护渗氢行为的影响作用机制，得到温度对阴极保护控制参数的影响规律。完善金属腐蚀的电化学检测技术，为服役温度阴极保护参数的选取提供参考。本项目对于深入理解管线钢服役条件下的腐蚀动力学机制和合理保护具有重要的理论和现实意义。

海管温度高的入口段腐蚀严重，开展管线服役温度条件下的腐蚀机理与阴极保护研究，是发展石油经济的迫切需要。利用电化学测试、表面分析及力学性能测试等手段，研究典型管线钢在服役温度条件下腐蚀电化学反应规律及外加阴极电流作用特征。随温度升高，管线钢（X65等）反应电阻降低，腐蚀电位负移，阳极反应增加更快。在低湿度土壤中金属以局部区域腐蚀为主，高湿度情况下以均匀腐蚀为主。通过丝束电极原理设计电解池，研究服役温度梯度条件下，宏电池的形成对腐蚀和阴极保护的影响。一定温度梯度，随温度升高，X65管线钢表面电位负移，表面电流增大，腐蚀速率上升。表面腐蚀产物随时间堆积，丝束电极表面的电位变化变平缓，腐蚀电流保持较大数值。设计温差腐蚀，高温端20-80℃变化时，电偶电流增加，温度90℃时，电偶电流减小； 20-80℃时，X65表面形成许多蚀坑，90℃时表面出现大量腐蚀产物凸起，腐蚀减缓。X65钢焊缝组织与基体可构成宏观腐蚀电池，电偶电流随温度升高增大。研究了X80阴极保护及产生的渗氢行为及其对材料力学性能的影响特征，分析温度改变对典型管线钢阴极保护渗氢行为的影响作用机制，得到温度对阴极保护控制参数的影响规律。在研究电位范围，析氢反应以Volmer-tafel机制进行，以Volmer反应为速率控制步骤。温度升高加速X80表面析氢反应，促进表面氢原子复合，氢扩散动力学常数k_(ads-abs)逐渐增大。综合损失率等于20%所对应阴极保护电位为材料韧脆转变电位。温度低时温度升高促进原子扩散，易跟随位错运动；温度高氢原子扩散超过位错运动，使材料内氢原子富集度降低。本研究材料在35℃时表现出最高氢脆敏感性。发展金属腐蚀电化学噪声、极化曲线、电化学阻抗谱等检测技术，同时探索服役温度涂层，研究为管线钢腐蚀保护提供参考。本项目对于深入理解管线钢服役条件下的腐蚀动力学机制和合理保护具有重要的理论和现实意义。