(高清版)GBT 40377-2021 金属和合金的腐蚀 交流腐蚀的测定 防护准则

交流腐蚀的测定防护准则DeterminationofACcorrosion—Prote国家标准化管理委员会国家市场监督管理总局发布国家标准化管理委员会 I Ⅱ 3术语和定义 4阴极保护人员的工作能力 4 46交流腐蚀的可能性评估 5 89缓解措施 附录A(资料性)本文件与ISO18086:2019 附录B(资料性)土壤特性对交流腐蚀过程的影响 附录C(资料性)存在交流干扰时应用过的其他准则 附录D(资料性)试片和探头 附录E(资料性)库仑氧化 附录F(资料性)交流腐蚀现象简述 附录G(资料性)交流腐蚀数据图谱 附录H(资料性)高速同步测量试片电流密度 附录I(资料性)确定远地参比电极位置的方法 附录J(资料性)选择直流去耦合装置需要考虑的参数 I本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定本文件使用重新起草法修改采用ISO18086:2019《金属和合金的腐蚀交流腐蚀的测定保护准 Ⅱ蚀缓解系统调试时应进行的测试。注意附录C中建议的其他参数和阈值需要基于实践经验进一步1本文件不适用于管道交流电压相关的安全问题。这些安全问题在其他相关标准和规范中有涉及下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不GB4793.1测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第1部分：通用要求(GB4793.1—2007,IEC61010-1:2001,IDGB/T10123金属和合金的腐蚀基本术语和定义(GB/T10123—2001,eqvISO8044:1999)ISO15589-1石油、石化和天然气工业管道系统阴极保护第1部分：陆上管道(Petroleum,petrochemicalandnaturalgasindustries—Cathodicprotectionofpipelinesystems—EN50443高压交流电牵引系统和/或高压交流输电系统对管道的电磁干扰的影响(EffectsofelectromagneticinterferenceonpipelinescausedbyhighvoltageACelectrichighvoltageACpowersupply23IR降IRdropEoff4Eon本文件适用于所有金属管道系统、高压交流牵引系统和高压交流电力系 -—防腐层的厚度；5在参考文献[8]中给出了交流电力系统在金属结构物上产生的交流电压计算指南。该算法利用计-—土壤电阻率；-—腐蚀速率。可接受的交流电压阈值取决于所选的交流腐蚀防护方案(见第7章及附录C)。因此，管道上的干防腐层破损点的交流电流密度和直流电流密度6流密度参数来评价交流腐蚀可能性比使用通电电位或交流电压更可靠。但与管道上存在的电压相比，交流电流密度导致阳极和阴极电荷转移。电荷转移过程的详细解释参见附录F。该电流可消耗于影响腐蚀过程的唯一电流。阴极电流能减少已形成的高直流电流密度导致更负的阴极保护水平以及管道表面高pH的形成。但是，在同时存在交流干附录C和附录F给出了该过程的详细解释。附录C和附录F给出了该过程的详细解释。电流密度的比值可以用来评价腐蚀可能性。只要该比值低于某阈值(参见附录C),则不会出现交流腐7附录B给出了更多关于土壤组分对交流腐蚀风险影响的详细通过探头确定腐蚀速率是评价交流腐蚀可能性的一个直接方法(见8.4.3)。基于实际测量的腐蚀速率可以对复杂干扰情况进行评价。附录D对电阻探头的原理进行了介绍。交流腐蚀只发生在与周边土壤直接接触的金属表面。通过金属/土壤界面的交流电流导致了金属1)平均交流电流密度(rms)低于30A/m²;2)在平均直流电流密度低于1A/m²或极化电位EIR-fre正于—1.15V(CSE),且极化电位EIr-tree负于-0.90V(CSE)时，平均交流电流密度(rms)可大于或等于30A/m²且小82A1x本条涵盖了第5章中确定的参数的测量技术。应使用符合GB4793.1规定的具有足够绝缘水平的设备和电缆。-—低土壤电阻率区域(如低于25Q·m);9所开展的测量应按第7章的要求，并考虑第6章中的参数。有必要使用试片或探头测试并计算电流密度(见第7章)。直流电位测量以及相关的设备使用方法参见G在附录H中给出了电位测试设备准确性的指导。a)管道断电电位E.的测量通常取决于电压表的滤波特性以及读取数据前电流源断开的时间。结构物上断电电位Eo的可靠性可能受到此类设备的时间常数以及放电特性的影响。c)感应交流电压会影响无IR降电位的测试。d)通常来说(不考虑测试技术),叠加交流电压会使无IR降电位正向偏移且直流电流密度增加。应使用可编程的数据记录仪在足够短的时间间隔(见8.1.4)内测量交流电压，捕捉稳态的长期交流电压的测试应相对于大地进行。附录I中给出了确定参比电极对地位置的方法。在EN50443中进一步给出了交流电压的测试方法。-—试片或探头应与周边土壤保持有效电接触，除非接触不良是监测目标的一——使用螺旋钻探法(参见附录D)。安装方法的选择取决于现场条件、开挖土壤的类型、涉及的成本以及是否能够与结构物进行电试片或探头电流(交流或直流)可以通过测量串联电阻上的压降来确定(见图2)。对于交流和直流头对应的串联电阻通常是10Ω左右。—穿孔法；失重法测试要求预先安装失重试片。在经过一定运行时间后(几个月到几年),将试片开挖。如果使用特定的穿孔探头进行穿孔法测试(参见附录D)。试片电阻测试需要安装电阻探头(ERprobes)(参见附录D)。当腐蚀过程逐渐减小试片的厚度时，试通过腐蚀产物的库仑氧化反应也可以间接的识别交流腐蚀的过程(参见附录E)。在并行路由密集或高土壤电阻率(比如大于500Ω·m)的地区，该方法是有益的。在土壤电阻率件。接地系统应具有足够低的阻抗以实现感应电压下的交流腐蚀保护准则。通常该阻抗需要低于-—锌或镀锌钢缆在土壤中用作接地系统时，会随时间逐渐变为更阳极性的趋直流去耦合装置不应干扰正常阴极保护系统运行以及阴极保护有效性的监测和管道的接触电压通过调整阴极保护水平达到第7章中的准则，控制阴极保护水平趋向更正以实现第7章中要求的蚀风险。这些带有防腐层缺陷的管段可以使用尽管交流缓解系统不是阴极保护系统，但通常它需能会引起非意识性反应并造成危害。如果存在不可接受的接触电压风险，应遵照EN50443采取安全预防措施。选择的测试位置应包括已出现过高干扰水平的地方(见第7章),并应包括被认为不会遭受严重干扰的b)安装检查(在连接接地系统前):1)缓解设备的功能；3)如果安装了合适的探头或试片，可进行以下额外测试：c)调试检查(将接地系统连接后):1)选定位置的管对地交流电压和通/断电电位；-—腐蚀速率；-—试片的通/断电电位和电流。达到第7章中要求的准则即表明缓解系统有效。也可按照调试阶段的测试进行验证(见10.2.2)。在被识别为高交流腐蚀风险的区域可使用试片或探头以确定电流密度和/或腐蚀速率(见8.4)。——感应交流水平及其对管道外腐蚀影响的长期监测的建议(可以包括远程监测和防腐层缺陷检测); 应按照第8章在所选的测试点进行测试。测试频率应符合ISO15589-1规定。因为有交流电压的(资料性)本文件与ISO18086:2019的技术性差异及其原因表A.1给出了本文件与ISO18086:2019的技术性差异及其原因。表A.1本文件与ISO18086:2019的技术性差异及其原因原因2关于规范性引用文件，本文件做了具有技术性差异的调以适应我国的技术条件，调整的情况集中反映在第2章“规范性引用文件”中，具体调整如下：——用等效采用国际标准的GB/T10123代替ISO8044;———用等同采用国际标准的GB4793.1代替IEC61010-1规定编写，确保技术内容的确定和标准编写和版式要求原表述不够准确7的指标限值，增加了图示正的阴极保护极化电位或偏负的极化电位均可能增大交流腐蚀的(资料性)涂层缺陷处的交流电流密度本质上是由管道上的交流感应电压和涂层氧的电化学还原或氢的析出导致金属表面上的pH升高。通常，pH高于11,在极端情况下可达到14或甚至可能更高。土壤组成，涂层缺陷电阻随时间而增加或减少。实际上，随着pH的增加(即NaOH或CaCO₃的形碱土金属离子Ca²+和Mg²+形成溶解度相对较低的氢氧化物。随着pH的增加，这些沉淀物将出隙电阻降低到原来的1/60。(资料性)基于通电电位来考虑腐蚀可能性的问题只有在对所选取的交流腐蚀防护理念有所了解时才有的加速还原(参见附录G)。因此，所需的通电电位水平与管线上的感应交流电压有关。管道上存在直统时，很有必要安装额外的阴极保护站。与通电电位有关的电流(大能性是很困难的。然而，在仍然满足ISO15589-1中给出的断电电位标准的同时AX1——负电位偏正的阴极保护水平；图C.1交直流电流密度与交流腐蚀可能性关系图X 图C.2直流通电电位、交流电压与交流腐蚀可能性关系图(资料性)交流腐蚀风险也可通过测量探头或试片上的腐蚀速率进行评估。腐蚀速率可通过ER探头测量，头或试片进行交流测量(例如Ua.c和Ie)。回填部位的位置(见图D.1)。做好标记(例如55图D.1管道旁边的钻孔如果需要对土壤类型进行表征，宜使用开挖的土壤在土壤箱中进行土壤电阻率测试，确定土壤含水量，用酸滴试验显示是否有碳酸钙存在，或收集样品进行进一步分析。详细的土壤分析可以在实验室进行。D.2.3埋地试片或探头的安装将试片或探头推入到位。如果土壤质地柔软/沙质，将试片或探头多推一点进入未开挖过的原始土壤/回填物中。在这种情况下，土壤通常会在试片或探头周围填满并压实，并形成良好的电连接。如果土壤较硬，可能需要从所需的试片或探头深度取样一定量的土壤，并利用这些土壤混合少量蒸馏水制成包覆试片或探头等模拟防腐层缺陷外周的“块饼状”,然后再放置在土壤中。在钻孔中以相同的方式回填土壤，尽量复原。回填过程中，做到少量多次回填并压实，将试片或探头测试导线安置在测试桩中(见图D.2)。优选的做法是，试片或探头应该配备双线连接。试片或探头与管道之间应至少有一条连接线；第二条连接线可使测量更便捷更可靠。5523图D.2位于管道旁边并通过测试桩连接的试片或探头D.3电阻探头原理D.3.1使用电阻探头技术评估腐蚀D.3.1.1一般理论电阻(ER)探头技术可以作为失重试片的替代方法用于腐蚀速率评估。与失重试片不同，ER探头技术不需要开挖和称重程序，它通过电子方式来评估质量损失。如第8章所述，其他的探头电化学特征也可在ER探头上测量，如交流电流密度，直流电流密度，泄漏电阻等。使用ER技术测量金属元件试片的电阻变化。当金属元件由于腐蚀而遭受金属损失时，元件的电阻将增加。由于元件的电阻也随温度变化而变化，因此使用第二元件用于温度补偿，该元件用涂层保护免受腐蚀。暴露于腐蚀环境的元件构成了试片部分，而带有防腐涂层的元件则构成参比元件(见图D.3)。两者进行了热连接处理以有效地均衡两个元件之间的任何温度差。通常测量两个独立元件电阻值的方法是，使激励电流通过元件并测量由激励电流引起的元件长度上产生的电压。典型的交流腐蚀常可见在全部时间段内扩散电阻降低的情况(通常是由高直流电流密度引起的),并存在足够高交流电压的情况下，产生高的交流电流密度。最终，腐蚀速率将迅速增加，通常显著高上述概念也适用于其他类型的腐蚀(例如由直流杂散电流引起的腐蚀),ER探头可以作为通用工D.4穿孔探头可使用穿孔探头来代替传统的试片。该探头可以测量交流和直流干扰的水平以及电流密度。此(资料性)E.1阴极保护电流导致pH增加，并且导致钢表面形成的一些腐蚀产物发生从Fe³+到Fe²+的电化学还原反应。由腐蚀产生所积累的铁离子的总体含量可以根据腐蚀产物中Fe²+电化学氧化为Fe³+来进(资料性)产物)的进一步氧化以及管线钢的氧化。如果pH足够高(大于10),管线钢的氧化可导致氧化膜的形果该过程导致在每个阳极半波期间单层氧化物的形成和溶解，则导致腐蚀速率在100mm/a范围内。图F.1受交流影响的阴极保护电流变化-阴极保护作用下的交流腐蚀过程示意图F.2.2交流腐蚀速率的降低基于这个概念，可以讨论一些经验观察结果。减轻交流腐蚀的最有效方法是限制交流电流密度。如果这一点不可能的话，则应采取其他缓解措施。只有氧化膜形成(至少部分)并溶解(至少部分),交流腐蚀过程才能发生。如果通过在足够低的交流电流密度下施加足够高的直流电流密度来防止氧化膜的形成，则可以阻止交流腐蚀。类似地，如果可以阻止已经形成的氧化膜被阴极还原(溶解),也可以阻止交流腐蚀。这可以通过充分限制阴极电流密度来实现。另外，在低直流电流密度下，交流腐蚀速率的降低可能是金属表面pH较低以及金属表面的扩散电阻较高的结果。基于此考虑，在高和低直流电流密度条件下可能可以防止交流腐蚀。在讨论临界值时应考虑到这一点，因为这是两种根本不同的交流腐蚀缓解概念。这组概念可以用来解释各种临界值之间的相关性，例如，存在交流和直流电流密度之间的临界比值以及临界交流电流密度。交流腐蚀数据图谱b)平均交流电流密度(rms)大于或等于30A/m²且小于100A/m²,则平均直流电流密度低于2△△■A△■0xy——交流电流密度JAc,单位为安培每平方米(A/m²)。图G.1交流腐蚀评判指标图谱(资料性)高速同步测量试片电流密度H.1测量试片电流与通电电位的测量系统见图H.1(见参考文献[7])。试片电流是指当阴极保护系统持续运行时流过试片与管道之间的电流。试片电流为正值时，代表电流由电解质流入试片(即阴极电图H.1试片电流密度与通电电位的测试系统图H.2在电力传输线频率为50Hz及交流电气化铁路系统运行频率为50Hz时，试片电流密度检测至少需要24h,用来评价管道的长期或短期交流干扰水平，如H.3～H.5所示。H.3在每个测试点，试片电流密度与通电电位以0.1ms的时间间隔被连续测试，测试分辨率16bits。当有直流或交流列车通过的地方被怀疑会诱发直流和/或交流干扰时，这种具有0.1ms高速数据采集率的测量技术能够用于评价腐蚀风险。就50Hz的单个周期(即每个20ms的子单元)而言，按式(H.1)、式(H.2)和式(H.3)可以获得试片直流电流密度Id.,试片交流电流密度I。,试片通电电位Eo等数据，测量时使用截止频率为73Hz的低通滤波器来避免异常的电尖峰和谐波电流的影响。7n———1,2,…,1I(n)——单个50Hz周期内每间隔0.1ms所测得的试片瞬时电流；Ide——单个50Hz周期(即每个子单元)内的试片直流电流密度；I——单个50Hz周期(即每个子单元)内的试片交流电流密Eon(n)——单个50Hz周期内每间隔0.1ms所测得的试片瞬时通电电位；H.5每个单元设置为10s,包括500个子单元。通过分析500个子单元数据可以得到每个单元Ia.、(资料性)I.1合理的远地位置可由如图I.1所示的方法进行评估。在接地极附近进行测量时，远参比的方法就776232□154I.2参比电极1代表无IR降的情况，不适合于交流电压测量，因为测量值(相比远大地)应包含所有IR降。a)将参比电极2放置在管道上方地表的土壤中。在该参比电极与管道间直接连接电压表并读取b)将参比电极3放置在管道上方地表的土壤中。在参比电极2与3之间连接另一个电压表并读c)在横穿管道方向上改变参比电极3与管道的间距(1m～5m)并读取电压表上的交流电压值。d)将参比电极2放置在之前参比电极3的位置并读取交流电压值。e)重复步骤c)、d)直到第二个电压表的交流电压读数不再发生变化并接近为0时，可确定此处f)最后，将参比电极2放置在参比电极3所示的远地位置，连接电压表，并读取管道与参比电极2的交流电压值。6)交流故障电流kA;7)交流击穿电压；8)直流击穿电压。[1]GB/T2900.71—2008电工术语电气装置[4]EN13509:2013[4]BuüchlerM.,VouûteC.-H.,JoosD.FeldversuchezurWechselstromkorroenergie/wasser-praxisJuly/August2010,30([5]BuüchlerM.,VouûteC.-H.,JoosD.FieldinvestigationofACcorrosion,CEOCnationalCongress2011Menthon-Saint-BernardCEOCOR,c/o[6]BuüchlerM.Alternatingcurrentcorrosionofcathodicallyprotectedpipelines:Discussionof[7]KAJIYAMAF.,NAKAMURAY.Developmentofanadvancedinstrumentatiingtheaccorrosionriskofburiedpipelines.NA[9]OrmelleseM;LazzariL.;BrennaA.ACcorrosiolines:criticalinterferencevaluesandprotec[10]OrmelleseM,LazzariL,GoidanichS,etal.CPcriteriaassess[11]OlesenAJ,NielsenLV,MφllerP.InvestigationofHightingCurrentInterference[J].Corrosion,2019,75(8)[12]KajiyamaF,NakamuraY.DevelopmentofanAdvancedInsACCorrosionRiskofBuriedPipelines.NACE,2[13]HosokawaY,KajiyamaF,NakamuraY.NewCPcriteriaforeliminationoftherisksofACcorrosionandoverprotectiononc[14]HosokawaY,KajiyamaF.NewCPmaintenanceconceptforburiedsteedensity-basedCPcriteria,andon-linesurveillancesystemfousingsteelcouponswithrespecttocur[16]KuangD,ChengYF.Effectsofalternatingcurrentinterferenceoncathodicprotectentialanditseffectivenessforcorrosionprotectionofpipelines[J].CorrosionEngineering,ScienceandTechnology,201[17]YanxiaDu,YiLiang,SiliXie,LeiZhang.DiscussiononACRiskAssessmentforCathodic[18]YuxingZhang,YanxiaDu×,ZitaoJiang,MinxuLu.ofHigh-SpeedRailwayonPipelines.NACE,2019:13208[19]YanxiaDu,YingwuXiao,SiliXie,MinxuLu.Researchonth