牺牲阳极是否导致 3PE 防腐层阴极剥离的探讨2010-9-10 马长福 杨印臣摘要：通过分析钢管防腐层发生阴极剥离的条件、3PE 防腐层的特性，得出牺牲阳极阴极保护不会导致 3PE 防腐层发生阴极剥离。关键词：埋地燃气管道；阴极保护；牺牲阳极；3PE 防腐层；阴极剥离Discussion on whether Sacrificial Anode Leads to Cathodic Disbonding of 3 PE Anticorrosive TapeMA Chang-fu，YANG Yin-chenAbstract：Through analyzing the condition of cathodic disbonding of steel pipe anticorrosive tape and feature of the 3PE anticorrosive tape，it is concluded that sacrificial anode cathodic protection does not lead to cathodic disbonding of 3 PE anticorrosive tape.Key words：buried gas pipeline；cathodic protection；sacrificial anode；3 PE anticorrosive tape；cathodic disbonding1 概述实验测定，碳钢的最小保护电位为-0.85V ，正于此电位，则不能有效阻止腐蚀的发生；但若电位负向偏移太大，可能会减弱甚至破坏防腐层的粘结力，发生阴极剥离 1。对于强制电流方式，恒电位仪阴极导线直接连接到管道上，阴极导线连接点附近管道的电位最负；对于牺牲阳极方式，阳极通过导线连接到管道上，也是连接点附近管道的电位最负 2。随着与连接点距离的增加，管道电位逐渐上升，最远端电位最正。电位上升速度取决于防腐层的绝缘性能，正常的阴极保护必须保证最远端的管道电位负于-0.85V。在防腐层绝缘性能不变的前提下，最大电位越负，则每台恒电位仪或每组阳极保护距离就越长。2 影响因素分析阴极剥离的过程是：土壤中的水会电解生成氢离子和氢氧根离子，在钢管的阴极区发生氢离子还原为氢原子，进而生成氢分子的反应。当水中带有防腐层的钢管电位过负，达到或超过析氢电位，氢离子在钢管上发生剧烈的还原反应，管道表面会析出氢气，导致防腐层发生剥离。发生剥离的充分必要条件有 3 个：钢管表面电位达到析氢电位；在钢管表面有足够的氢离子，由于剥离前的防腐层紧紧贴附在钢管表面，这就意味着防腐层的含水量要比较高；氢气泡的产生破坏了防腐层对钢管的粘附。上述 3 个条件缺一不可，达到析氢电位只是剥离发生的必要条件，但并不是充分条件。析氢电位建立在铁-水系的电位-pH 值图的基础上，与防腐层性能没有任何关系。第个条件则取决于防腐层的性能。如果防腐层抗水渗透能力较强，钢管表面的氢离子还原后，无法得到及时的补充，就会发生浓度极化。即使钢管表面电位超过析氢电位，由于没有足够的氢离子，也不会有大量的氢气泡产生。如果防腐层抗水渗透能力较弱，在钢管表面的防腐层中含有较多的水分，氢离子还原后，可以得到及时的补充，钢管表面电位超过析氢电位时，就会有大量的氢气泡产生。第个条件也与防腐层性能有重大关系。在氢离子被大量还原后，阴极表面将由于氢氧根离子富集，而呈现碱性，如果防腐层耐碱性能较差，其对钢管的粘附力就会变差，导致严重剥离的发生；如果防腐层耐碱性能较强，剥离的发生就相对较轻。另外，剥离的发生还与防腐层对钢管的粘附力类型有关，如果其粘附建立在化学键合的基础上，剥离的发生就相对困难；而粘附建立在机械附着的基础上，剥离的发生就相对容易。 根据前述分析可知，保护电位不比析氢电位更负，可以使管道进入本质安全状态，从根本上杜绝防腐层剥离的发生，但此时每台恒电位仪或每组牺牲阳极的保护距离太短，性能没有得到充分利用，造成无谓的浪费。要提高阴极保护系统的经济性，应针对每种防腐层合理确定最大电位，在避免发生剥离的前提下，充分利用恒电位仪或牺牲阳极的潜能，达到最大保护距离。3 3PE 防腐层剥离电位的确定对于最大保护电位， 埋地钢质管道阴极保护技术规范GB/T 214482008 中规定：“ 阴极保护状态下管道的极限保护电位(CSE，铜/ 饱和硫酸铜参比电极)不能比-1200mV 更负。 ”但对于剥离电位， 埋地钢质管道阴极保护技术规范GB/T214482008 中并未表述。国内这方面的研究也较少，有些油田曾进行过石油沥青防腐层的实际阴极剥离试验，较为统一的认识是：-1.70V 是有害剥离的始点，一般认为-1.50V 对于石油沥青防腐层是不会产生剥离的。而原石油行业标准曾明确规定保护电位安全值如下：石油沥青防腐层为-1.5V，环氧粉末防腐层为-2.0V。这也正是从能否产生防腐层剥离的角度考虑而确定的参数。近期建设的管道，很多都采用 3PE 防腐层。3PE 防腐层是薄层环氧粉末作底层，胶粘剂作中间层，聚乙烯作面层的复合结构。其底层的粘附力类型、耐碱性都与单独的环氧粉末防腐层相似，而聚乙烯面层又有较好的耐水渗透性，含水量明显低于单独的环氧粉末防腐层，故其耐阴极剥离能力肯定不会低于单独的环氧粉末防腐层。在深圳，钢质地下燃气管道多采用 3PE 防腐层，并采用了牺牲阳极阴极保护，绝大多数采用镁合金阳极，其开路电位为-1.5V 左右。多年来，管道运行管理单位一直在管道的防腐状态方面进行定期检测。实际检测结果表明没有阴极剥离现象发生。采用人工模拟加速剥离，不同温度、时间条件下的试验都表明，极化电位在-1.5-4.0V范围内，3PE 防腐层阴极剥离半径都保持在一个基本稳定的数值上 3。综合分析可知，3PE 防腐层最大保护电位至少负于-2.0V，至于具体数值，需要进一步的试验及工程检验确定。4 结论钢管达到析氢电位是防腐层剥离的必要条件，并不是充分条件。3PE 防腐层的剥离电位至少负于-2.0V，牺牲阳极的开路电位都正于-1.7V，故牺牲阳极不会导致 3PE 防腐层发生阴极剥离。参考文献：1 张宗旺，朱万美，李来成，等.阴极保护国家标准与专利技术J.煤气与热力，2009，29(10)：A33-A36.2 杨印臣. 地下管道和储罐管理维护实用技术M.广州：华南理工大学出版社，2005.3 张其滨，刘金霞，赫连建峰，等.管道 3PE 涂层的阴极剥离性能研究J.腐蚀与防护，2006，(7)：331-333.(本文作者：马长福 杨印臣 深圳市燃气集团股份有限公司 广东深圳 518054)