014 两种管道防腐层的防渗特性

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1、两种管道防腐层的防渗特性BarrierPropertiesofTwoPipelineCoatingsF.M.Song、D.W.Kirk、D.E.Cormack，加拿大多伦多大学化学工程与应用化学系D.Won，加拿大ShawCor有限公司摘要根据两种防腐层体系防渗特性的基本原理，研究了在起泡的防腐层下面以及有裂隙的防腐层下面，即有漏涂点的分层剥离的防腐层下的腐蚀。在气泡或者裂隙中但远离漏涂点的部位，阴极保护是没有效的，根据防腐层的防渗特性可以确定此腐蚀速率，并且，随着防腐层的老化变质，腐蚀速率不断增加。曾经发现，假如土壤导电性很好，

2、那么在裂隙中管道表面能够更好地得到保护，因为此时阴极保护电流能够传导深入到裂隙中。对电阻率较高的土壤，要保护远离漏涂点的剥离部位，需要更高的阴极保护电位。这样可能需要更多的费用，并有可能引起氢致开裂（HIC），这是原子氢侵入到金属底材里造成管道的脆性破坏。当防腐层失去附着力时，要有效控制管道腐蚀，对起泡的防腐层而言需要良好的防渗特性，而对于有裂隙的防腐层而言既要有良好的防渗特性又要实施有效的阴极保护。关键词：管道、防腐层、阴极保护、腐蚀、裂隙、渗透引言金属腐蚀是个电化学过程。为防止或者减缓埋地管道的腐蚀，一般结合采用阴极保护和防渗

3、的防腐层。阴极保护使金属极化到比自由腐蚀值更负的电位，防腐层则减少运移到金属表面的腐蚀成分。10一个良好设计的管道防腐层应当最大程度减少氧（O2）、水（H2O）、二氧化碳（CO2）和离子成分的运移。防腐层在使用环境中应当有稳定的性能，并且有足够的机械强度防止损坏。本文讨论两种工业用管道防腐层：三层（0.15mm厚的熔结环氧粉末FBE、0.175mm厚的改性聚烯烃黏结剂EVA、1.25mm厚的高密度聚乙烯HDPE外防护层）管道防腐层和两层（0.175mm厚的EVA黏结剂、1.25mm厚的聚偏二氯乙烯PVDC）管道防腐层。分析了两种情

4、况下它们的防渗特性对三种腐蚀剂：氧（O2）、水（H2O）、二氧化碳（CO2）的防腐特性：一种情况是由于黏结剂有空隙或者缺失，导致起泡的防腐层下面发生腐蚀；另一种情况是漏涂点引起的防腐层分层剥离，造成裂隙腐蚀。对环境温度下实施阴极保护与不实施阴极保护的两种情况都进行了分析。用菲克第一定律评价了起泡防腐层下的腐蚀速率，用管道裂隙腐蚀模型（PCCM）评价了漏涂点引起的防腐层分层剥离造成的裂隙腐蚀。起泡防腐层的防渗特性图1水、氧气和二氧化碳运移透过起泡的防腐层使管道腐蚀用菲克第一定律能够评价氧（O2）、水（H2O）、二氧化碳（CO2）渗透

5、起泡（图1）的防腐层的腐蚀速率。以氧（O2）为例：JO2=PO2PO20/δ（1）10式中，JO2、PO2、PO20和δ分别是氧气的渗透速率、防腐层的渗透系数、在土壤里的氧气分压以及防腐层的厚度。对于两层和三层防腐层体系，用它们的渗透系数（表1）分别计算出每一层的渗透速率，即取PO2=0.21大气压、PH2O=90%（湿度）、PCO2=1个大气压。根据土壤类型和土壤中存在的微生物，土壤里的CO2具有最高几巴的分压。表2所示表明采用两层防腐层时，聚偏二氯乙烯PVDC对氧（O2）、水（H2O）、二氧化碳（CO2）是较好的防渗层，而采用

6、三层防腐层体系时，熔结环氧粉末FBE对氧（O2）、和二氧化碳（CO2）是较好的防渗层，高密度聚乙烯HDPE对水（H2O）有较好的防渗作用。表1氧（O2）、水（H2O）、二氧化碳（CO2）的渗透系数相对湿度50%氧（O2）×1013相对湿度90%水（H2O）×1010相对湿度50%二氧化碳（CO2）×1013FBE20616EVA155095683HDPE4541517PVDC3110单位：摩尔米/平方米/秒/大气压根据下式能够计算出氧（O2）、水（H2O）、二氧化碳（CO2）透过多层防腐层的总的渗透速率：总的渗透速率=1/（1/速

7、率1+……+1/速率j）（2）式中“速率j”（j=1-2或者1-3）是j层的速率。表2列出了两层防腐层和三层防腐层的总的渗透速率。氧、水、二氧化碳每种成分透过整个防腐层体系的总的渗透速率比那些控制渗透的防腐层的渗透速率略慢些。假如二氧化碳（CO2）的渗透是受速率限制的（忽略H2O的减少），那么计算出的两层防腐层和三层防腐层的腐蚀速率分别为0.02μm/y和0.9μ10m/y。这些腐蚀速率很小，因此防腐层防渗效果是很好的。必须指出，上述计算是根据新的防腐层以及均匀腐蚀做出的。当防腐层老化变质或者受到机械损伤时，或者发生局部腐蚀时，腐

8、蚀速率是非常明显的。例如，假如二氧化碳（CO2）扩散透过防腐层控制了腐蚀速率，由于防腐层老化变质而使渗透性增加十倍，此时两层防腐层和三层防腐层的腐蚀速率分别达到0.2μm/y和9μm/y。而存在局部腐蚀的情况下，就会使均匀腐蚀速率加快一百倍，腐蚀速