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1、紹興高壓天然氣管線工程沿線土壤腐蝕調(diào)查、腐蝕性評價(jià)報(bào)告目錄、前言1. 管道為什么會發(fā)生腐蝕?2. 地下管道存在兩類腐蝕電池3. 土壤介質(zhì)腐蝕特點(diǎn)及評價(jià)方法4. 現(xiàn)場勘測和實(shí)驗(yàn)室分析內(nèi)容5. 土壤勘測的必要性二、勘察依據(jù)、測試儀器三、土壤腐蝕性判斷指標(biāo)四、線路的概況和走向五、測試結(jié)果及分析六、陰極保護(hù)設(shè)計(jì)方案及說明一、前言：1. 管道為什么會發(fā)生腐蝕?土壤對管道的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕范疇，其腐蝕原因，是土壤中固相、液相和氣相三者對金屬管道共同作用的結(jié)果。造成金屬離子脫離晶格跑到土壤中，金屬中離子和電子分家，離子進(jìn)入土壤，管道遭受腐蝕。留在管道上的電子從電位負(fù)的陽極沿管道導(dǎo)體跑到電位正的陰極，土壤中2、空氣和鹽溶液使土壤具有離子導(dǎo)電性成為電解質(zhì)。土壤中的氧分子在陰極上得到電子還原成氫氧根離子，于是陽極過程、陰極過程和電流在管道上流動就不斷進(jìn)行，腐蝕也就不斷進(jìn)行。陽極過程: 金屬成為金屬離子并釋放出電子，如鐵Fe+ n H2OFe2+.nH2O +2e 在中性和堿性土壤中，鐵離子和氫氧根離子進(jìn)一步生成氫氧化亞鐵Fe2+ +2OH-Fe(OH)2 氫氧化亞鐵在氧和水的作用下生成氫氧化鐵 2Fe(OH)2 +1/2 O2 +H2O2Fe(OH)3氫氧化鐵溶解度很小，比較疏松，覆蓋在鋼鐵表面保護(hù)性差。由于緊靠著電極的腐蝕，氫氧化鐵和土粒粘在一起，形成一層緊密層，呈棕黃色銹層。 陰極過程: 土壤中氧、3、水與電子結(jié)合生成氫氧根離子O2 + 2H2O + 4e4OH-揭開管道腐蝕的秘密就是金屬離子和電子分家，也就是活潑金屬產(chǎn)生的電子不斷被氧消耗，造成串聯(lián)過程不斷進(jìn)行，金屬腐蝕不斷發(fā)生。腐蝕速度取決于電子消耗速度，腐蝕速度大小用電流密度大小來衡量。2. 地下管道存在兩類腐蝕電池腐蝕分宏電池和微電池二類，腐蝕形式分均勻腐蝕和局部腐蝕，以局部腐蝕危害性最大，埋地管道多以局部腐蝕為主。地下管線腐蝕形態(tài):金屬管線在土壤中的腐蝕過程主要是電化學(xué)溶解過程,由于形成腐蝕電池而導(dǎo)致地下管線的銹蝕穿孔。按腐蝕電池陽極區(qū)和陰極區(qū)間距大小,可將管線腐蝕形態(tài)分成微電池腐蝕和宏電池腐蝕兩大類。1. 微電池腐蝕當(dāng)管線腐蝕是由4、相距僅為數(shù)mm甚至數(shù)um的陽極和陰極所組成的微電池作用而引起時(shí),稱做微電池腐蝕,其外形特征十分均勻,故叫做均勻腐蝕。由于微陽極和微陰極相距非常近,所以微電池的腐蝕速度不依賴于土壤電阻率,僅決定于微陽極和微陰極的電極過程。微電池腐蝕對地下管線的危害性較小。2. 宏電池腐蝕當(dāng)管線腐蝕是由相距數(shù)厘米,甚至數(shù)米的陽極區(qū)和陰極區(qū)所構(gòu)成的宏電池作用而引起時(shí),常稱宏電池腐蝕或局部腐蝕。由于陽極區(qū)和陰極區(qū)相距較遠(yuǎn),土壤介質(zhì)的電阻在腐蝕電池回路總電阻中占有相當(dāng)大的比重,因此宏電池的腐蝕速度不僅與陽極和陰極的電極過程有關(guān),還與土壤電阻率密切相關(guān),土壤電阻率大,就能降低宏電池的腐蝕速率。在埋地管道的表面上出現(xiàn)的斑塊5、狀,孔穴狀,溝槽狀腐蝕即是宏電池腐蝕所致,其危害性特別大。按宏電池腐蝕的起因,可分成下列5種:1)通氣差異電池腐蝕 管線金屬表面與通氣狀況不同的土壤相接觸而引起的腐蝕就是通氣差異電池作用的結(jié)果。這時(shí),與通氣差的土壤(如粘土)相接觸的金屬表面上的電位較負(fù),構(gòu)成陽極區(qū)而遭受腐蝕,反之,與通氣良的土壤(如砂土)相接觸的電位較正的管線表面構(gòu)成陰極區(qū)而免遭腐蝕。在土壤中,通氣狀況的差異是普遍存在的,如在水旱田交界處,江河池塘岸邊,地下水位上下,砂粘相間的土層中等。金屬管線埋設(shè)在這些位置上,就會形成氣差電池,致使位于為水飽和的或通氣性差的土壤中的管線表面產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。2)鹽分差異電池腐蝕 在鹽漬土地區(qū),由6、于水鹽運(yùn)行的特點(diǎn),鹽分在土壤剖面中的分布差異明顯,水平方向上,由于地形起伏,使鹽斑呈插花狀分布。當(dāng)管線埋入含鹽土壤中,其表面將與含鹽量不同的土壤接觸,往往可以形成鹽分差異電池,在鹽漬土和重污染地區(qū),金屬管道埋下不到二、三 年就銹蝕穿孔,往往與鹽差電池的腐蝕作用有關(guān)。3)金屬差異電池腐蝕(電偶腐蝕) 當(dāng)?shù)叵鹿芫€上具有不同金屬連接體,由于金屬本性不同,使金屬-土壤界面電位互不相同,形成金屬差異電池,低電位金屬就成為腐蝕電池的陽極而遭到加速腐蝕,高電位金屬構(gòu)成陰極而得到保護(hù)。這種電偶腐蝕的影響距離取決于介質(zhì)的導(dǎo)電性,腐蝕常呈現(xiàn)局部腐蝕特征。4)雜散電流腐蝕 大地是個(gè)巨大的導(dǎo)體,當(dāng)土壤中由于種種原因如7、電氣鐵軌、直流電接地、電焊機(jī)、電鍍、電解、埋地電纜、外加電流陰極保護(hù)等而產(chǎn)生的雜散直流電流通過地下管線時(shí),在電流從管線流出處就會產(chǎn)生腐蝕.它不是原電池作用的結(jié)果,而是屬于電解腐蝕范疇.它具有局部腐蝕特征,腐蝕速度比自然腐蝕快數(shù)十倍上百倍.5)交流電腐蝕 在交流變電站、地下電纜、高壓鐵塔附近處于交流電干擾環(huán)境中的埋地管線,由于防腐層漏敷點(diǎn)和缺陷處的存在,必然有交流干擾電流進(jìn)入大地,造成管線交流電腐蝕。綜上所述,埋地管道在土壤中主要遭受電化學(xué)腐蝕,該腐蝕分為陽極過程、陰極過程、電流流動三過程相互獨(dú)立又彼此聯(lián)系，其中個(gè)過程受阻，另二個(gè)過程也受阻，腐蝕電池就會仃止和減慢。防護(hù)措施就從抑制其一入手。如覆8、蓋層為增大回路電阻減少電流流動而設(shè);陰極保護(hù)就是消除陰陽極電位差，從根本上仃止陰、陽極過程的進(jìn)行。覆蓋層是治表，陰極保護(hù)治本，一旦覆蓋層破損，形成小陽極和大陰極不利面積比,露鐵部分(小陽極)會加速局部腐蝕。陰極保護(hù)使小陽極也變成陰極,仃止腐蝕。因此覆蓋層與陰極保護(hù)相結(jié)合是表本兼治的防護(hù)方法，經(jīng)濟(jì)而有效。總之,金屬管道在土壤中的腐蝕，一般分自然腐蝕和電解腐蝕兩類。自然腐蝕主要有微電池腐蝕、電偶腐蝕、濃差電池腐蝕、溫差電池腐蝕、微生物腐蝕和應(yīng)力腐蝕等多種腐蝕形式；電解腐蝕有直流雜散電流腐蝕和交流雜散電流腐蝕。造成金屬腐蝕的原因，除內(nèi)因材料本身以外，外因土壤環(huán)境作為腐蝕介質(zhì)，值得我們深入加以研究。39、. 土壤介質(zhì)腐蝕特點(diǎn)及評價(jià)方法土壤是由固相、氣相和液相三相構(gòu)成的非均質(zhì)的、多相的、多孔體系。土壤中存在上述提到的局部腐蝕的原因,所以管道在土壤中腐蝕特點(diǎn)以局部腐蝕為主,如點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、焊縫腐蝕等,因此評價(jià)腐蝕速度不能用均勻失重法來衡量而要用衡量局部腐蝕的指標(biāo)來表達(dá),如單位面積點(diǎn)蝕數(shù)量、點(diǎn)蝕深度,機(jī)械強(qiáng)度降低等指標(biāo)來說明。由于土壤環(huán)境影響因素多，相互關(guān)系復(fù)雜，其影響因素多，對土壤腐蝕性評價(jià)、分類和預(yù)測的基礎(chǔ)上，采用多因子進(jìn)行土壤腐蝕性的研究方法已被人們廣泛接受，用綜合評價(jià)法來判評土壤腐蝕性的輕重等級。 經(jīng)典的評價(jià)方法有失重法和最大孔蝕深度法，方法雖然直觀，但需埋片較長時(shí)間才能得到結(jié)果10、，應(yīng)用中不方便。土壤環(huán)境中的金屬構(gòu)筑物的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，影響腐蝕原電池，影響土壤中金屬電極電位，土壤導(dǎo)電性的各種土壤的理化性質(zhì)，都有可能直接或間接影響土壤的腐蝕性。我們先從單項(xiàng)指標(biāo)與土壤腐蝕性的關(guān)系入手，再將這些參數(shù)進(jìn)行疊加處理，力求得到一個(gè)綜合的評價(jià)指標(biāo)，代表性的有美國ANSI和德國DIN標(biāo)準(zhǔn)。土壤腐蝕性調(diào)研分三部分：1） 土壤物理性質(zhì)分析：主要包括土壤含水量、容重、總孔隙度、空氣容重測定、土壤的顆粒分析。2） 土壤化學(xué)性質(zhì)分析：土壤酸堿度、可溶性鹽總量及碳酸根、硫酸根、氯根、硝酸根等陰離子及鈣、鎂、鈉、鉀等陽離子的測定以及各種細(xì)菌、微生物數(shù)量的測定。3） 土壤電化學(xué)性質(zhì)測定：主要包括土11、壤電阻率、金屬腐蝕電位、土壤電位梯度及土壤氧化還原電位的測定。 下面現(xiàn)場測試內(nèi)容是土壤腐蝕的幾個(gè)重要的影響因素。土壤環(huán)境腐蝕檢測一般采用理化性能分析法即定點(diǎn)取樣和某些參數(shù)原位測量方法，得到各單項(xiàng)測試結(jié)果。按照SY/T0087-95鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕與防護(hù)調(diào)查方法標(biāo)準(zhǔn),對土壤各單項(xiàng)指標(biāo)分別進(jìn)行評價(jià)，從腐蝕性評價(jià)指數(shù)，表明管道沿線土壤腐蝕性等級。4. 現(xiàn)場勘測和實(shí)驗(yàn)室分析內(nèi)容 土壤腐蝕性調(diào)查的目的是了解管道埋地腐蝕的環(huán)境，管道在那段腐蝕最為嚴(yán)重，那段腐蝕較輕，從而確定重點(diǎn)保護(hù)區(qū)段，從土壤電阻率大小確定犧牲陽極應(yīng)該選用的材料(鎂或鋅陽極)、數(shù)量及布置方案，確定最佳保護(hù)電位和估計(jì)最小保護(hù)電流密度，輔助12、陽極的規(guī)格和用量，電源的功率即輸出電流、電壓的大小，有關(guān)設(shè)計(jì)所需的原始資料要從土壤腐蝕調(diào)研中得到，同時(shí)這些資料也為正確進(jìn)行陰極保護(hù)設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。使設(shè)計(jì)達(dá)到最佳保護(hù)效果又要達(dá)到經(jīng)濟(jì)的合理性。 現(xiàn)場測試內(nèi)容： 1、土壤類型、地表狀況和氣候條件； 2、土壤含鹽量和含水量； 3、土壤電阻率; 4、土壤微生物指標(biāo)一氧化還原電位； 5、管道腐蝕電位； 6、土壤PH值測定； 7、雜散電流影響；8、管道防腐層絕緣電阻。研究方法:土壤現(xiàn)場勘測:1. 通過表觀分析,即肉眼觀察、指觸感覺和比較的方法鑒別土壤質(zhì)地和松緊度,確定土壤類型,記錄地表狀況;2. 在勘測范圍內(nèi)遇有現(xiàn)役埋地管線,測量它相對于飽和Cu/CuS13、O4參比電極的電位,即管地電位;3. 直接測量鋼鐵試片或巳埋于土壤中的管道相對于飽和Cu/CuSO4參比電極的電位,即金屬腐蝕電位;4. 在現(xiàn)場土壤中用鉑電極測定相對飽和甘汞電極的電位差E實(shí)測,換算成相對標(biāo)準(zhǔn)氫電極的Eh土壤=E實(shí)測+ESCE最后校正為相對PH=7時(shí)氧化還原電位Eh7=Eh土壤+60(PH實(shí)測-7)5. 采用土壤-土壤測定法(即S-S法),測量定距離的兩支飽和Cu/CuSO4參比電極之間的電位差,可獲土壤電位梯度mV/m。在每一點(diǎn)處測量平行和垂直兩個(gè)方向的分布值。由此可得地電位分布圖,并據(jù)此判斷雜散電流危害程度。實(shí)驗(yàn)室分析:在現(xiàn)場勘測時(shí)從探坑中用土壤刀提取土壤樣品,置于密閉容器14、(或塑料袋)中,在實(shí)驗(yàn)室中通過各種分析測試方法,可測定土壤含水量、PH值、總含鹽量、各種酸根離子濃度,如氯離子、硫酸根離子、碳酸根離子、硫化物和硫酸鹽還原菌含量等參數(shù)。1. 采用烘干法,以烘干前后的土壤重量,計(jì)算以烘干土為基數(shù)的水分百分?jǐn)?shù),即土壤含水量W;2. 在20g風(fēng)干土/20mL蒸餾水制成的土壤懸液中直接用PH計(jì)測定PH值;3. 以水土比5:1制取清亮浸出液,取一定量待測液烘干至恒重,再用H2O2除去有機(jī)物質(zhì)可得”可溶性鹽總量”,即總含鹽量。4. 對土壤浸出液用指示劑中和法(酚酞指示劑或標(biāo)準(zhǔn)酸)滴定可得碳酸根離子濃度;5. 對土壤浸出液用BaSO4重量法或EDTA間接滴定,可測得硫酸根離15、子濃度;6. 對土壤浸出液用K2CrO4為指示劑的硝酸銀直接滴定法,可測得氯離子濃度;7. 在新鮮土樣中滴定3N鹽酸數(shù)滴,用醋酸鉛試紙可判斷有無硫化物存在及含量程度;8. 制備不同濃度的高稀釋度新鮮土樣懸浮液,于300C培養(yǎng)710天,可按最大可能菌量計(jì)數(shù)表查出指數(shù),以計(jì)算硫酸鹽還原菌含量。 5. 土壤勘測的必要性土壤腐蝕性的實(shí)驗(yàn)及監(jiān)測工作主要是為選材及陰極保護(hù)工程服務(wù)的。陰極保護(hù)參數(shù)的確定取決于土壤腐蝕性及管道防腐層質(zhì)量的定量測定，由管道絕緣層的面電阻及土壤電阻率,選取最小保護(hù)電流密度，根據(jù)被保護(hù)管道面積，確定所需保護(hù)電流量。選用整流器或其他電源的功率，即輸出電流、電壓大小，輔助陽極的規(guī)格和數(shù)16、量指強(qiáng)制電流法；按照土壤電阻率決定陽極的材料,按甲方設(shè)計(jì)年限要求，選定陽極規(guī)格尺寸，得到陽極的重量和支數(shù)。指犧牲陽極法。從土壤腐蝕調(diào)研，幫助設(shè)計(jì)者考慮最佳陽極布置方案，以達(dá)到保護(hù)電位的均勻分布，特別是對腐蝕的熱點(diǎn)，穿跨越難點(diǎn)，格外加以注意，在套管內(nèi)、壓塊下的管線必須安放陽極,至于用塊狀陽極還是帶狀陽極取決土壤腐蝕性及保護(hù)壽命,做到既要得到最佳保護(hù)效果，又要注意經(jīng)濟(jì)的合理性。二、勘察依據(jù)、測試儀器SYJ0007-97鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕控制工程設(shè)計(jì)規(guī)范SY/T0087-95鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕與防護(hù)調(diào)查方法標(biāo)準(zhǔn)SY/T23-86埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測試方法測試儀器主要有: ZC-8接地電阻測量儀17、, DT3900數(shù)字萬用表, PH計(jì), 多支Cu/CuSO4參比電極, 鉑電極等三、土壤腐蝕性判斷指標(biāo): 1、管道沿線地質(zhì)、地貌和氣候條件：管道沿線土壤質(zhì)地、松緊度和透氣性直接相關(guān)，一般金屬在含氧較少，水分較多的緊實(shí)粘土中電位較低是陽極遭受腐蝕；而通氣較好的部分是陰極免遭損害，土壤的不均勻性，是構(gòu)成長管線腐蝕的主要原因。同樣，土壤剖面中，由于土壤含鹽含水量和松緊度（含氣量）差異較大，致使金屬電極電位有較大差值，使金屬構(gòu)筑物埋設(shè)深度不同,電位不同,管道埋深處是陽極遭受腐蝕易穿孔。氣候條件：影響土壤溫度和含水量的變化，它對土壤電阻率又有直接影響。溫度升高，每相差100C電極電位可改變幾十毫伏，土壤18、腐蝕的速度一般將隨著溫度的升高，呈現(xiàn)指數(shù)函數(shù)式的增加。2、 土壤含水量及含鹽量：土壤液相分為地表水和地下水兩部分，地表水常拌有氣相，通常土壤隨含水量的增加，腐蝕性增大。但如土壤完全被水飽和，因氧的擴(kuò)散受到抑制，從而使腐蝕性減弱。土壤中水分狀況的變化如交替干和濕、膨脹和收縮、分散和團(tuán)聚，土壤水分狀態(tài)在剖面還經(jīng)常變化，導(dǎo)致地下水含鹽濃度的再分配，促進(jìn)氧濃差電池、鹽濃差電池形成。土壤水分狀況對金屬腐蝕的影響是多途徑的。是決定金屬土壤腐蝕行為的重要因素，影響也是十分復(fù)雜的，水使土壤成為電解質(zhì)，為腐蝕電池提供條件，影響土壤理化性質(zhì)，影響金屬在土壤中的腐蝕行為。 土壤是巖石和礦物等物質(zhì)發(fā)育而成，因此，土壤19、中有多種離子和鹽類。土壤中可溶性鹽和組成明顯影響土壤導(dǎo)電性。一般情況下，可溶性鹽增加，離子導(dǎo)電性增加，腐蝕電池的腐蝕性增大,可溶性鹽在土壤中的分散和積聚，導(dǎo)致鹽濃差電池的產(chǎn)生，其中氯化物和硫酸鹽會破壞金屬表面的保護(hù)膜。硫酸鹽的存在，還會加速硫酸鹽還原菌的活動而引起金屬更嚴(yán)重的腐蝕。由于人類的活動，各種鹽份的排放，對土壤河流的污染，其危害程度更為復(fù)雜和嚴(yán)重，要結(jié)合具體環(huán)境加以分析。土壤中的鹽分對土壤介質(zhì)導(dǎo)電過程起作用外還參于電化學(xué)作用，土壤含鹽量一般在80150010-6（重量比），陽離子鉀、鈉、鈣、鎂，陰離子碳酸根、氯根、硫酸根，含鹽量大，土壤電阻率降低，腐蝕速度加大，氯根對腐蝕有促進(jìn)作用，如20、在海邊、鹽場土壤腐蝕性加大，堿土鈣、鎂離子在非酸性土壤中形成難溶氧化揚(yáng)和碳酸鹽，金屬表面形成保護(hù)層使腐蝕減慢，其中富含鈣、鎂石灰質(zhì)土壤就是典型例子。 采用理化性能分析法即定點(diǎn)取樣，分析土壤的含水量及土壤中水的含鹽量，得出腐蝕性強(qiáng)弱，為分析土壤電阻率高低得到理論根據(jù)。土壤含水量的變化將引起土壤的其他一些因素發(fā)生改變，用含水量評價(jià)土壤腐蝕對同類土壤參考意義較大，表一適用于粘土類土壤。表一 土壤含水量與土壤的腐蝕性土壤含水量特征含水量%腐蝕速率的特點(diǎn)沒有水分0沒有含水量增加到臨界值10-12腐蝕速率增到最大值保持臨界值的含水量12-25保持最大腐蝕速率發(fā)生連續(xù)的水層25-40腐蝕速率降低水層厚度繼續(xù)21、增加40較低恒定的腐蝕速率表二 土壤含鹽量與土壤腐蝕性腐蝕等級特高高較高中等低土壤含鹽量%0.750.750.10.10.050.05-0.010.013、土壤電阻率: 土壤電阻率是土壤導(dǎo)電性指標(biāo)，土壤腐蝕性和土壤電阻率呈反相關(guān)系。土壤電阻率和土壤的質(zhì)地，松緊程度，有機(jī)質(zhì)含量，土壤溫度，含水量含鹽量等有密切關(guān)系。它反映了土壤理化性質(zhì)的綜合指標(biāo)，電阻率越小，土壤含電解質(zhì)越多，土壤腐蝕性越強(qiáng)。土壤電阻率為腐蝕環(huán)境的重要參數(shù),是綜合衡量土壤腐蝕程度的主要指標(biāo)，但不完全是主導(dǎo)性因素，因?yàn)閷?shí)際也能找到土壤電阻率與腐蝕性之間沒有對應(yīng)關(guān)系的情況，如酸性土壤電阻率偏高但土壤腐蝕性很強(qiáng)。土壤質(zhì)地是影響電阻率的另22、一個(gè)重要因素，土壤質(zhì)地也稱機(jī)械組成，即由砂粒、粉粒、粘粒組成，土壤的礦物顆粒大小，及有機(jī)質(zhì)組合的比例含粘粒比例高的土壤，電阻率低，如、粘土、沼澤土、腐植土、淤泥土、泥炭土等,土壤電阻率在幾.m或十幾.m范圍,而含砂粒比較大，比例又高的土壤，電阻率高。如砂土、頁巖、石灰質(zhì)等,土壤電阻率在幾十.m或幾百.m如果在測量時(shí)發(fā)現(xiàn)土壤電阻率測量的分布值中突然下降的地段，表明管線在這個(gè)部位腐蝕加重，需要采取加強(qiáng)保護(hù)措施。工程中常用測量土壤電阻率來判斷土壤腐蝕性級別,也可用電阻率評價(jià)土壤的均勻性，以相鄰?fù)寥离娮杪实牟钪禐橐罁?jù)，判斷在水平或垂直方向，土壤腐蝕性強(qiáng)弱等級。土壤電阻率是綜合性指標(biāo),且與陽極輸出電流及23、選用何種陽極材料有直接關(guān)系。根據(jù)土壤電阻率劃分土壤腐蝕性，各國都有各自標(biāo)準(zhǔn)，表三按中國的劃分標(biāo)準(zhǔn)。土壤溫度對電阻率的影響也是明顯的，溫度每相差10C，土壤電阻率約變化2%，所以電阻率隨季節(jié)變化很大，在冬季電阻率變大，這可能與冬天土壤中的水分凍結(jié)有關(guān)。土壤電阻率的變化范圍很大，從小于1W.M到高達(dá)幾百甚至上千W.M。由于土壤溫度對電阻率有較大影響，因此要進(jìn)行較正，可采用下式校正： P15=P1+a(T-15)式中: R15-土壤溫度為150C時(shí)的電阻率a-溫度系數(shù) (一般為2%)T-測量時(shí)的土壤溫度 (0.5M土深)表三 土壤腐蝕性與土壤電阻率分級標(biāo)準(zhǔn)土壤電阻率R (W.m)100腐蝕等級極強(qiáng)強(qiáng)24、一般弱鋼平均腐蝕速度mm/a10.05*用ZC-8接地電阻測試儀進(jìn)行，交流四極法測定；從表三中可看出：土壤電阻率小于10.m具有強(qiáng)腐蝕性，大于100.m幾乎不具有腐蝕性，土壤電阻率在大于5小于.m之間，必須與相鄰地段進(jìn)行比較，相對低值具有腐蝕性。4、土壤氧化還原電位 氧化還原電位作為微生物腐蝕的一個(gè)指標(biāo)，它反映土壤通氣狀況，水分、有機(jī)質(zhì)、含鹽等，一般認(rèn)為200mv(SHE)以下的厭氧條件下腐蝕激烈，易受到硫酸鹽還原菌的作用，故在低的氧化還原電位下，要注意厭氧微生物導(dǎo)致金屬的微生物腐蝕。如厭氧性硫酸鹽還原菌大多生長在潮濕并含硫酸鹽土壤中，有機(jī)物、無機(jī)物和缺氧環(huán)境,土壤溫度25300C有利于它的繁25、殖,它的生存活動加速管道腐蝕。 土壤中氧化還原電位（h7）可視作為土壤微生物腐蝕的指標(biāo)。 表四 土壤腐蝕性和氧化還原電位土壤腐蝕性嚴(yán)重中等輕微無氧化還原電位mv(SHE)400 *現(xiàn)場土壤測量用鉑電極接電壓表正端，飽和甘汞電極接負(fù)端測電位差，同時(shí)記錄所測環(huán)境的土壤溫度及PH值，再換算相對標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電位。 Eh7=E測+E甘汞+59(PH測-7) 250C E甘汞=244mv 5、腐蝕電位測量： 根據(jù)腐蝕電化學(xué)理論，鋼管在含有電解質(zhì)的土壤環(huán)境中應(yīng)呈現(xiàn)一定管地電位值,在不同環(huán)境條件下有不同電位值,從管地電位測量可結(jié)合具體環(huán)境調(diào)查,可進(jìn)一步確定土壤對管道的腐蝕程度。 根據(jù)電測結(jié)果可以判斷地下金26、屬管道通過該地區(qū)土壤腐蝕性，了解不同土壤環(huán)境對管道的腐蝕情況，它是預(yù)測土壤腐蝕性強(qiáng)弱的指標(biāo)之一。通常腐蝕電位越負(fù)，意味鐵離子溶解下來的多,此處管道腐蝕越快。測量方法有二： 一是 直接測量相同材質(zhì)鋼鐵片埋入土壤中，相對飽和Cu/CuSO4參比電極的電位。 二是 管地電位測量：管地電位測量可得知管道不同部位的腐蝕情況。可以判斷管道腐蝕的陽極區(qū)(電位負(fù))、陰極區(qū)(電位正)、腐蝕集中的熱點(diǎn)部位(陽極區(qū))，管道的保護(hù)電位(判斷保護(hù)效果)，若管道受雜散電流干擾時(shí)，從電位波動情況了解管道受電解腐蝕的嚴(yán)重性。 在勘測范圍內(nèi)遇有現(xiàn)役埋地管線，或已埋入的被測管線，測量它相對飽和Cu/CuSO4參比電極電位、即為管27、道腐蝕電位。數(shù)據(jù)的評價(jià)：將土壤電阻率和管地電位測量數(shù)據(jù)同時(shí)考慮，曲線按測點(diǎn)畫在一起。曲線在同一管段上的調(diào)查結(jié)果，若是管地電位負(fù)值最大和該地段土壤電阻率較低地區(qū)，表明此處是腐蝕區(qū)，應(yīng)該引起我們的高度重視。表五給出了鋼材對地腐蝕電位與土壤腐蝕性關(guān)系。 表五 鋼管腐蝕電位與土壤腐蝕性鋼管腐蝕電位 -V(Cu/CuSO4)腐蝕性0.55強(qiáng)較強(qiáng)中較弱0.15弱 6、土壤的PH值： 土壤很多化學(xué)性質(zhì),特別是鹽基狀況綜合反應(yīng),PH:4.59.0陰極過程以氧還原為主,PH4.5為強(qiáng)酸性,陰極過程以H+放電為主。H+來源二氧化碳溶水生成碳酸，有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生有機(jī)酸，氧化產(chǎn)生無機(jī)酸，氫氧根來源弱堿的水解。 PH值表28、示土壤的酸堿性，北方土壤略偏堿性，南方土壤略偏酸性，中性土PH值在68之間，堿性砂質(zhì)粘土和鹽堿土PH值在8。0-10之間，腐植土和沼澤土，PH值在3-6之間，酸性土壤腐蝕性強(qiáng)。我國土壤PH值由北向南呈降低趨勢，通常PH值劃分以下等級。見表六表六 PH值分級標(biāo)準(zhǔn)PH8.5土壤極強(qiáng)酸性強(qiáng)酸性微酸性中性微堿性強(qiáng)堿性現(xiàn)場調(diào)查可取地下水試樣用PH值試紙進(jìn)行測定得到近似PH值，或用20克風(fēng)干土/20ml蒸餾水制成土壤溶液用PH-S型酸度計(jì)測量。 7、.雜散電流的影響：雜散電流是指在大地中漫流的一種大小、方向都不固定的電流，這種電流對金屬的腐蝕稱為雜散電流腐蝕，屬于電解腐蝕范疇。造成地下雜散電流的原因較多，29、其主要有以下幾個(gè)方面:1.直流電氣化鐵路,如礦區(qū)電機(jī)車;2.有軌電車;3.無軌電車的接地裝置;4.陰極保護(hù)裝置;5.工廠的電鍍、電解車間;6.直流電焊設(shè)備;7.其他用電裝置的接地體;8埋地或架空電纜等泄漏到大地中的電流。這種電流對地下管道產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用，不斷產(chǎn)生極不規(guī)則的雜散電流，雜散電流在管道涂層破損處流出，導(dǎo)致發(fā)生電解腐蝕，其腐蝕速度對鋼鐵而言，通過一安培電流每一年要腐蝕9-10公斤，本次調(diào)查針對直流雜散電流造成地電位梯度的改變來了解影響程度。如果測出有嚴(yán)重干擾，就必須采取相應(yīng)的排流措施，最常用的方法有:直接排流、極性排流、強(qiáng)制排流和接地排流，管道連接犧牲陽極也起到接地排流的作用。 雜30、散電流有、無干擾的測定：管道在雜散電流干擾中,管道附近地電位梯度大小和一定時(shí)間范圍內(nèi)的管地電位的變化,可以判斷雜散電流干擾程度.另外，從管地電位時(shí)間頻率圖上可判斷干擾源對管道的影響是動態(tài)干擾還是靜態(tài)干擾。 (1).管地電位測定：管道受干擾與否通常用管地電位變化判定，用Cu/CuSO4參比電極和電位記錄儀連續(xù)24小時(shí)內(nèi)監(jiān)測管道對土壤的自然電位變化，如果電位在整個(gè)測量期間是一條直線，說明管道沒有受雜散電流干擾，如電位有波動，表明雜散電流存在。當(dāng)管地電位正向偏移20mv存在干擾，當(dāng)管地電位正向偏移100mv干擾嚴(yán)重必須采取防腐措施。(2).地電位梯度測量：地中若有雜散電流，必須會引起大地電位梯度的變31、化，測土壤地電位梯度可判定土壤是否存在雜散電流及其嚴(yán)重程度，據(jù)此判斷管道受干擾可能性。用2支Cu/CuSO4電極，相距1米測其電位差，依次東西、南北兩個(gè)方向及不同距離進(jìn)行測量，作出地電位梯度分布圖，可判斷大地中流動電流的大小和方向及漏電情況，管道附近土壤中電位梯度大于0.5mV/m時(shí)認(rèn)為有干擾的可能，若電位差大于5mv/m為嚴(yán)重干擾區(qū)，要采取排流措施。土壤中宏觀電池作用的電位差一般在0.20.4V，人工直流電源所引起的電位差一般可達(dá)幾伏至幾十伏。其中直流干擾遠(yuǎn)大于交流干擾。干擾電流的有害影響發(fā)生在被影響構(gòu)筑物排放電流的位置。表七 地電位梯度與雜散電流大小的關(guān)系 地電位梯度(mv/m)雜散電流的32、大小5強(qiáng) 管道沿線若與高壓架空電纜平行或交叉，管道與電纜平行長度越長，相距越近，受交流干擾的影響越大，對管道壽命和人身安全都會造成危脅，要首先進(jìn)行交流干擾的測試，設(shè)計(jì)盡量采用避讓措施或采用各種接地保護(hù)措施。8、管道絕緣電阻測定： 防腐層絕緣電阻值是確定陰極保護(hù)選用最小保護(hù)電流密度的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，是計(jì)算保護(hù)半徑的必要參數(shù)。對三層PE外防腐層，采用多頻管中電流法，用RD400系列進(jìn)行測量，絕緣電阻值大于100000m2，屬優(yōu)質(zhì)防腐層。關(guān)鍵在于管道補(bǔ)口質(zhì)量。必須采用原有防腐層相同的材料和結(jié)構(gòu)，采用與原有防腐層相溶的和親合性良好的材料涂敷，且覆蓋層厚度不得小于原管道防腐層厚度。本設(shè)計(jì)采用熱縮套補(bǔ)口。陸地上33、管線保護(hù)電流密度后期約估計(jì)增大10倍或更大。閥體采用防腐涂層涂覆，彎頭采用熱縮片防腐,以減少陰極保護(hù)電流的損失。四、線路的概況及走向: 本工程為紹興天然氣引到開發(fā)區(qū)高壓管道的一部分，新建DN400高壓天然氣管道，直徑406.47.9，全長16.2KM，管線起點(diǎn)門站（荷湖村）位于滬杭甬高速公路下方，終點(diǎn)開發(fā)區(qū)新二路三鑫石化反應(yīng)罐處。干線工作壓力4.0MPa，管線穿越高速路（起點(diǎn)紹興7指示牌）-沿荷湖江邊（西側(cè)）-老三江橋-海塘沿路西側(cè)-山（河下走）-沿海塘路西側(cè)見工廠圍墻向東拐彎-沿世紀(jì)虹印染廠圍墻走-向北捌沿工廠正門走-走興濱路（穿迎濱路）西側(cè)走-拐雙閘路沿東北側(cè)走-經(jīng)過雙閘路/開源路調(diào)壓站-34、至濱海大道沿西側(cè)走-至新二路沿南側(cè)走-至十字路口過橋直至三鑫石化反應(yīng)罐處止。大部分沿公路邊敷設(shè)，地勢平坦，交通方便，管道埋深不小于1.2米，因地下水位高，管道全浸水中，管道外防腐層為加強(qiáng)級PE三層，從門站引出管道及未端進(jìn)調(diào)壓站都要用絕緣接頭隔開電的聯(lián)系，這是確保犧牲陽極達(dá)到預(yù)期效果的關(guān)鍵。管線全部地埋，管道穿越公路若加套管，套管內(nèi)輸送管要加犧牲陽極保護(hù)，全線采用犧牲陽極法，工程沿線設(shè)里程樁（兼陰極保護(hù)測試樁）測試樁要有標(biāo)牌。五、測試結(jié)果及分析: 測試數(shù)據(jù)見表九1、管道沿線地質(zhì)、地貌情況: 本管沿線穿過區(qū)域?qū)偈捊B濱海相沉積平原，主要為粉質(zhì)粘土，淤泥質(zhì)亞粘土，河湖縱橫，水系發(fā)達(dá)，地下水埋藏較淺，地35、下水位埋深在0.40.65之間，其水質(zhì)類型為重碳酸鹽一鈣、鈉型淡水。土壤質(zhì)地是不透氣飽水的粘土，管溝內(nèi)有水,水受污染，水中含鹽高,約0.03%左右,PH=6.06.5之間,呈微酸性，酸性土壤對管道腐蝕性強(qiáng)，沿線地勢平坦，位于公路路邊，交通方便。由于地下水位高,管直徑較大，埋深1.2米多處在水中浸泡.,在縱剖面上下，由于土壤含水、含鹽，含氧和松緊度的差異，管道處于不同土壤環(huán)境中，管道自然腐蝕電位可差數(shù)十毫伏，形成宏電池陽極區(qū)和陰極區(qū)，對管道宏電池腐蝕具有決定性影響，管道下半部位易穿孔腐蝕。此外，對于16公里的長輸管線，管道沿線經(jīng)過性質(zhì)不同土壤，有的穿過荷河、有的穿公路，有的位于山腳下，有的位于工36、廠圍墻外，有的位于公路邊，過草地、農(nóng)田等。通氣差異形成氧濃差大電池，江河岸邊，水旱交界處，池塘、水溝邊、地下水位附近和土壤性質(zhì)差異較大的地段，形成長線腐蝕，土壤腐蝕性最嚴(yán)重的區(qū)段，應(yīng)是土壤電阻率變化特大的交界地段。在同一條長輸管道上，全線可形成幾千個(gè)濃差電池，沿著輸送管道的伸展，最后必將集中到幾個(gè)腐蝕電流較大的陽極區(qū)，形成匯蝕點(diǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。經(jīng)測試土壤含水量大于40%,處在腐蝕速率較大值范圍，水被污染，河塘溝底是淤泥和腐植土，細(xì)菌易繁殖,水的礦化度增大。土壤含鹽量增加，地下水的導(dǎo)電性加大，這些都加劇了對管道的腐蝕。氣候條件：影響土壤溫度和含水量的變化，它對土壤電阻率又有直接影響。溫度升高，每相差100C電極電位可改變幾十毫伏，土壤腐蝕的速度一般將隨著溫度的升高，呈現(xiàn)指數(shù)函數(shù)式的增加。該地帶屬溫?zé)釒夂颍杲涤炅考性?10月份，59月之間降雨占60%。年平均氣溫200C，由于全年溫度高于北方，管道腐蝕速度較北方快，年平均雨量1100mm（降水量