标准规范下载简介

GB／T 40377-2021 金属和合金的腐蚀 交流腐蚀的测定 防护准则.pdf

10.2.2试片交流电压和电流启动

启动应按照以下要求进行，除非在缓解设备连接前就符合EN50443中提出的要求： 在安装过程和开始启动程序前的调试检查中，执行数据记录和测试规程； 测试检查接触电压。如果接触电压不可接受，应遵照EN50443采取合适的预防措施。 将缓解设备通过预先准备好的连接线连接到接地系统，然后将缓解设备的另一个端子连接到管道 寸所有缓解设备都重复该过程

10.2.3有效性验证

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）。 测试应在基于地图观测、计算或日常测试确定的、可能会有不可接受交流干扰的管道或其管段上进 行。这些测试首先应在所有的测试桩、阴极保护站、绝缘接头和套管以及所有可能接触到的连接到管道 或管段的测试电缆处进行。 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）。 此外，缓解系统的有效性也可以通过腐蚀速率的降低来确认【冀】12N7：民用建筑空调与供暖冷热计量设计与安装，腐蚀速率可以准确地反映施加的阴极 保护系统和交流缓解系统的总体有效性

10.2.4安装和调试文件

在完成调试检查后，应准备提供以下信息的文档资料： 安装工图： 设计文件，应包含所安装的所有设备的详细规格； 在缓解系统连接前的数据记录和电位测试结果； 在缓解系统连接后的数据记录和电位测试结果； 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）； 运行和维护手册。 出于管道系统完整性的考虑，管道运行方或责任主体方应保存这些文档

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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

附录B （资料性） 土壤特性对交流腐蚀过程的影瞻

土壤特性对交流腐蚀过程的影响

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缺陷阻抗决定的。通常在具 有低电阻率的土壤环境中，涂层缺陷电阻较低，导致在给定交流电压下出现交流腐蚀的可能性更高

B.2电化学过程的影响

特定部位的局部土壤电阻率由可溶性盐的含量和土壤含水量控制。因此，如果管道高于或低于水 线，则可以观察到涂层缺陷电阻的显著差异。另外，由于施加了阴极保护电流，涂层缺陷电阻还受到 棵露金属表面发生的电化学过程的强烈影响。 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

B.3碱土金属离子和碱金属离子的影响

阴极保护电流促使阳离子迁移到涂层缺陷处的金属表面，从而与局部增加的PH相互影响。根据 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CaCO的形 成），土壤环境可出现以下改变： 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 现在涂层破损点附近。这些氢氧化物与存在于土壤中的CO2反应，形成钙质沉积物。假如在涂层破损 点的金属表面直接形成了致密的钙质沉积物，则涂层缺陷电阻可显著提高几个数量级。 虽然碱土金属离子通常增加孔隙电阻，但碱金属离子Na+、K+和Li+可促使形成高可溶性的吸湿 性氢氧化物。因此，被吸引的水和高离子浓度使得扩散电阻较低。该过程可以将涂层缺陷处金属的孔 电阻降低到原来的1/60。 因此，给定几何形状的涂层破损处金属上的电流密度取决于电导率和碱金属离子与碱土金属离子 的比值。此外，阴极电流密度影响生成的氢氧化物的量，从而影响局部的电导率

附 录 C （资料性） 存在交流于扰时应用过的其他准则

这些准则虽然没有被广泛使用，但已被一些管道管理部门成功应用。这些准则通过现场和/或实验 室实验进行了限定。为了完整起见，这些准则也包含在这份资料性附录中。 交流值是均方根值。电流密度由1cm的圆形试片或探头上测得

通电电位和无R降电位控制看所施加的阴极保护水平，因为驱动电压是由通电电位和无R降电 位之间的差来限定的。能够到达涂层缺陷处并极化钢表面的阴极保护电流的强度，根据欧姆定律，取决 于驱动电位和总回路电阻。 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 可能。 参考文献[4]、[5]和[6]给出了与阴极保护管线发生交流腐蚀可能性相关的保护和缓解措施相关技 术文章。

C.2.2更负（Eon）的阴极保护水平

较负的通电电位可导致较高的阴极电流密度、土壤化学成分和扩散电阻的强烈变化、以及氧化物层 内加速还原（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 流杂散电流干扰的情况下，可使通电电位更负

偏正（Eon）的阴极保护水

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图C.2直流通电电位、交流电压与交流腐蚀可

D.1试片和探头的使用和尺寸

D.1.1试片和探头的使用

正常工作条件下的交流干扰源（电力线或铁路线路）在管道上产生的交流电压可能导致腐蚀。这种 交流电压可能来源于交流干扰源在管道上的感应耦合或阻性耦合。 交流腐蚀风险可通过安装在管道上的试片或探头进行测量评估。可永久或临时安装。使用试片或 探头获得的测量结果可与本文件中的准则进行比较。 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， 也可通过在管道附近埋设的腐蚀失重试片测量。当其他技术不能提供可与本文件比较的结果时，通常 会使用后一种试片测量方法

D.1.2试片或探头的尺寸

大多数情况下，发现具有有效防腐层的管道上的交流腐蚀仅发生在裸露面积小的防腐层缺陷位置。 在给定的电位下，裸露面积小的防腐层缺陷电流密度（交流和直流）较高，因此，优选较小面积的探 头或试片进行交流测量（例如U..和I）。 交流电流密度的研究和测量在暴露表面积为1cm²的圆形探头或试片上进行的。对于交流干扰的 测量，采用1cm表面积已成为通用标准

D.2埋地试片和探头的安装

通过旋钻方法安装试片或探头的典型步骤如下。

D.2.2安装试片或探头之前

在安装任何试片或探头之前，定位并识别所有理地的结构物，包括管道、储罐和电缆。选择合适的 地点进行旋钻，旋钻时采取适当的预防措施，不要损坏防腐层或结构物。可取的做法是，应该预先知道 回填部位的位置（见图D.1）。做好标记（例如在测试桩上），定义为零深度。 使用螺旋钻（或等效方法）钻孔，钻至管道底部埋深的位置，安装试片或探头。该安装孔应距离管道 约20cm。在收集土壤时，记录全部不同土层（顶层、中层、底层等）的性质，以便在钻孔完成后能够重新 区分原有的土壤分层。在安装试片或探头时，特别注意要用原管道周围的底层土壤进行回填

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图D.1管道旁边的钻孔

如果需要对土壤类型进行表征，宜使用开挖的主壤在主壤箱中进行主壤电阻率测试，确定主壤含水 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并挖过的原始土 镶/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 留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。

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 组将增加。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

图D.3基于激励电流和电压测量的ER探头原理

在高交流电流通过试片元件时，可以预见，与参比元件相比，试片元件会局部发热。因此，在ER测 量前，ER探头应在短时间内与管道断开连接并处于开路状态，直至达到热平衡。这将确保元件的厚度 得到最佳评估

D.3.2ER探头在现场的应用

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十扰的水平以及电流密度。此 外，该探头可以很容易确定达到临界预定腐蚀深度的时间。因此，可在现场验证降低交流腐蚀速率所采 取措施的有效性。 该探头由厚度在0.1mm～1mm范围的薄钢板和内部电极构成。薄钢板一侧与土壤接触，另一侧 附有绝缘体，该绝缘体将内部电极和钢板隔开。当钢板腐蚀穿孔时，湿气将渗透到气密试片，并在电极 和薄钢板之间形成导电电解质。通过电极和薄板之间简单的电阻测量，利用常规电阻测量装置即可检 测试片的穿孔。因此，穿孔探头的监测可以容易地整合到常规检查作业中或随时进行监测。这项技术 关键的优点在于操作简单，特别是可提供腐蚀深度的信息。因此，这种技术可以不受制于腐蚀表面状况 而提供关于腐蚀深度的信息。在发生局部腐蚀的情况下，这项技术是非常重要的，这种腐蚀迅速穿透， 且质量损失很小。 这项技术的主要应用目的是确保电流密度的阈值得以满足。由于这些电流值是在整个探头表面

的平均值，所以在探头表面上形成石灰层的情况下，实际的局部电流密度可能被低估。因此，穿孔探头 通过给出报警值可以提供额外的安全等级。即使发生局部腐蚀的情况下，这项技术也是唯一可以提供 腐蚀深度信息的试片测量技术

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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 行估计。因此，氧化反应所需的电荷量与一段时间内形成的腐蚀产物的量成比例。氧化可以在现场安 装的与阴极保护管线连接的所有类型的试片或探头上发生。 E.2通过将试片或探头与管道分开，可以在其上施加恒定的阳极电流，并记录相应的电位。通过周期 性地切断电流，可以计算得出欧姆电位降，或者确定断电电位。将试片或探头极化到OV（相对于CSE） 所需的电荷量可用于估计试片或探头上的质量损失。将该电荷的库仑数乘以0.013，可以获得试片或探 头的质量损失（单位：克）。该技术的优点是可确定过去发生腐蚀的程度。此外，腐蚀的进一步增加可以 通过重复库仑氧化过程得以确定。如果所有腐蚀产物都是电化学过程的结果，并且存在足够高的阴极 保护电流以还原腐蚀产物，则这项技术的测量结果是可靠的

附录F （资料性） 交流腐蚀现象简述

管道的阴极保护会使电流通过防腐层破损处、与土壤接触的金属表面进入管道。该电流通过从土 壤中除氧并消除管道沿线的电位差来防止腐蚀发生。此外，阴极电流使得钢表面的碱度增加。

F.2存在交流电压的阴极保护管道

当阴极保护管道上存在交流电压时，电流会在防腐层的缺陷处流过金属表面。电流量取决于交流 电压和系统的阻抗。在交流电压的阴极半波期间，流人钢表面的电流量以及发生在金属表面上的阴极 又应速率通常会增加。在交流电压的阳极半波期间，如果交流电压足够大，电流将流出金属表面。流出 金属表面的电流与氧化反应相关，因此可能导致腐蚀。 流出金属表面的电流可导致双电层电容的放电，氢的氧化，腐蚀产物（例如被阴极保护电流还原的 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 成。相反，进人金属表面的电流可导致双电层电容的充电，氧的还原，氢的生成和氧化腐蚀产物的还原， 比外，在阳极半波周期内形成的氧化膜部分地被电化学还原。 根据经验观察，非常高和非常低的直流电流密度可能可以减轻交流腐蚀。在非常高的直流电流密 度的情况下，这种保护效果可能与钢表面PH增加，相应的扩散电阻降低以及在钢表面上发生的电化学 还原反应的增加有关。这些变化导致交流和直流电流密度增加，在阳极和阴极半波期间通过的电荷量 更多，以及铁的氧化物的溶解度及其氧化态发生变化。 交流腐蚀发生过程非常简化的描述如图F.1所示。在阳极半波期间，裸金属表面被氧化，形成氧化 膜。这是由于电流流出金属表面所致。在阴极半波期间，当电流流人金属表面时，该氧化膜被还原，因 此被转化为非保护性锈层。在随后的阳极周期中，新的氧化膜生长。氧化膜还原后，锈层逐渐增厚。如 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。 由于这种高腐蚀速率仅在极端的实验室条件下才能实现，所以可以得出结论，氧化膜的形成和/或还原 在大多数情况下只是部分发生

E.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 窗蚀过程才能发生。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 氏可能是金属表面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 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， 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

图G.1交流腐蚀评判指标图谱

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 卖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人试片（即阴极

图H.1试片电流密度与通电电位的测试系统

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.c.，试片交流电流密度Ia.c.，试片通电电位 E。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

(H.2 1200 Eon CEn(n) ...H.3 200

1,2,，199,200; A 试片表面积； （n） 单个50Hz周期内每间隔0.1ms所测得的试片瞬时电流； Id.c. 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度； Eonn) 单个50Hz周期内每间隔0.1ms所测得的试片瞬时通电电位； E 单个50Hz周期（即每个子单元）内的试片通电电位。 H.4式（H.2)表明试片交流电流密度的频率被认为是50Hz或者更低。更高的数值采集速度，会获得 更精确的Id.e.、Iac.、E。n。通过考虑测试设备（见参考文献[5])到客户电脑的传输速度及测量时的电池 消耗，确定数据采集间隔为0.1ms。 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1dc Ic、En的平均值、最大值和最小值

附录I (资料性） 确定远地参比电极位置的方法

合理的远地位置可由如图1.1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 别重要。

图.1交流梯度测量与远地定位方法

参比电极1代表无IR降的情况，不适合于交流电压测量陕西某道路绿化施工组织设计，因为测量值（相比远大地）应包含所有 降。 相比之下，以下方法是有用的。 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 交流电压值。 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 取两参比之间的交流电压值。 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 为远地端。 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，

J.1通常需要考虑的因素

该附录提供的信息可帮助选择安装最合适的交流缓解系统。 需要考虑以下各点： a） 交流电压缓解有效性及有关交流腐蚀风险缓解措施； b） 交流缓解电极的接地电阻； c) 对阴极保护运行与监测的影响； d) 交流电压的存在/电流活化阈值； e) 耐受和/或传导浪涌及雷电过电压的能力： f) 设备尺寸； )维护

a) 电容； 活化交流电压水平； c) 活化交流电流水平； d) 去活化交流电压水平； 去活化交流电流水平； f) 直流泄漏vs.直流电压或者管道阴极保护电位； g) 直流泄漏量与管道所消耗阴极保护电流总量比值； h) 持续的最大交流电流； i) 稳态的交流电流vs.交流电压； i 标称直流电压范围（最小到最大）； k) 标称交流电压范围（最小到最大）； 频率； m) 交流阻抗； n) 直流电阻； o） 耐受和/或传导浪涌及雷电过电压的能力，例如： 1） 浪涌电压保护等级； 2) 瞬时kA（8/20μs)； 3） 瞬时kA标称脉冲放电电流（10/350us）； 4) 交流电流，10s，50Hz； 5) 交流电流GB 50271-2009标准下载，0.2s50Hz； 6) 交流故障电流kA； 7) 交流击穿电压； 8) 直流击穿电压，

附录J （资料性） 选择直流去耦合装置需要考虑的参数

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