[发明专利]一种应力与杂散电流耦合作用下埋地钢质管道涂层剥离与腐蚀试验方法

摘要

一种应力与杂散电流耦合作用下埋地钢质管道涂层剥离与腐蚀试验方法，属于管道腐蚀与涂层剥离检测领域。该方法所用系统包括应力加载试验系统、土壤环境模拟系统、杂散电流模拟系统、阴极保护系统、电化学测试系统。该试验系统可以模拟埋地钢制管道实际工况，能够对管线进行不同影响因素（土壤电阻率/电导率、土壤酸碱度、不同应力水平、杂散电流种类/强度、破损面积/剥离面积等）下的腐蚀规律实验；能够进行管线阴极剥离实验以及因杂散电流流入导致涂层破损处产生剥离的实验；能够进行管线阴极剥离导致的层下腐蚀实验以及因涂层破损产生的腐蚀实验。可适用于埋地钢质管道涂层剥离与腐蚀检测实验室研究以及管道生产企业的前期研究中。

主权项

一种应力与杂散电流耦合作用下埋地钢质管道涂层剥离与腐蚀试验方法，其特征在于：应用以下系统，该系统包括应力加载试验系统、土壤环境模拟系统、杂散电流模拟系统、阴极保护系统、电化学测试系统；所述的应力加载试验系统包括施力手柄（1）、加载丝杠（2）、压盖（3）、螺栓（4）、填料（5）、法兰盘（6）、螺栓（8）、密封圈（10）、螺栓（11）、管道（14）、密封圈（15）、电解池（16）、防腐层（17）、橡胶垫（18）、压力表（19）、联接板（20）、双头螺柱（21）、活塞组件；加载丝杠（2）一端套有施力手柄（1），另一端为空腔结构，压盖（3）为倒“凸”字形结构，外圈为圆形且中心为通孔，法兰盘（6）为“工”字形结构，外圈为圆形且顶端中心为通孔，底端中心为螺纹孔，通孔和螺纹孔相连通，加载丝杠（2）依次穿过压盖（3）通孔以及法兰盘（6）的通孔和螺纹孔，加载丝杠（2）与活塞组件相接触，管道（14）外表面呈倒“凸”字形，活塞组件与管道（14）内表面相联，管道（14）外表面涂覆防腐层（17），管道（14）穿过电解池（16），底部连接压力表（19）；螺栓（8）位于法兰盘（6）中部与法兰盘（6）垂直，螺栓（8）与法兰盘（6）间为螺纹连接；法兰盘（6）与压盖（3）和管道（14）之间均为螺纹连接；管道（14）与双头螺柱（21）、联接板（20）组成支架，支撑整个应力加载试验系统；加载丝杠（2）与施力手柄（1）、活塞组件间均为间隙配合，压盖（3）凸起处外圈与法兰盘（6）通孔为过盈配合，形成填料箱，压盖（3）凸起结构压紧填料（5），法兰盘（6）与加载丝杠（2）间为填料密封；在防腐层（17）表面钻两个孔露出管线以形成防腐层破损点B和破损点D，在防腐层（17）内表面一处不涂粘结剂与管道（14）形成空隙以模拟防腐层剥离点C；所述活塞组件包括活塞杆（7）、螺旋弹簧（9）、活塞（12）、密封圈（13）；螺旋弹簧（9）套在活塞杆（7）上，螺旋弹簧（9）底端与活塞（12）接触，螺旋弹簧（9）顶端与加载丝杠（2）接触，活塞（12）表面加工出沟槽，密封圈（13）嵌入沟槽内形成密封；所述的土壤环境模拟系统包括电导率仪（23）、探针P1、pH计（24）、探针P2；电导率仪（23）连接探针P1，pH计（24）连接探针P2；探针P1、P2浸没于电解池的土壤溶液中；所述的杂散电流模拟系统包括脉冲信号发生器（25）、功率放大器（26）、恒流源（27）、智能中断器（28）、第二辅助电极CE2、电流表A2、电流表A3、开关K2、开关K3；脉冲信号发生器（25）与功率放大器（26）相连，功率放大器（26）正极串接开关K2和电流表A2后连接智能中断器（28）输入端正极，功率放大器（26）负极连接智能中断器（28）输入端负极,恒流源（27）正极串接开关K3和电流表A3后连接智能中断器（28）输入端正极，恒流源（27）负极连接智能中断器（28）输入端负极,智能中断器（28）输出端正极连接防腐层（17）破损点B，负极连接第二辅助电极CE2；所述的阴极保护系统包括恒压源（22）、电流表A1、开关K1、第一辅助电极CE1；恒压源（22）正极连接第一辅助电极CE1,负极串接开关K1和电流表A1后连接管道（14）；所述的电化学测试系统由PC机（29）、电化学工作站（30）、参比电极RE、第三辅助电极CE3；所述电化学工作站（30）与PC机（29）相连，电化学工作站（30）三电极分别与管道（14）、参比电极RE、第三辅助电极CE3相连组成三电极体系，参比电极RE靠近涂层剥离点C，参比电极RE与试样（5）间距离在0.5cm至2cm范围内；第三辅助电极CE3位于参比电极RE和涂层剥离点C之间；向管道（14）内倒入硅油，搭建应力加载试验系统；推动施力手柄（1）带动加载丝杠（2）旋转通过螺旋传动产生轴向力压缩螺旋弹簧（9）进而将力传递至活塞（12），活塞（12）压缩硅油产生压力使管道（14）受到应力作用，观察压力表（19）示数，直至指定压力时停止推动施力手柄（1），旋紧螺栓（8）防止加载丝杠（2）转动；当需改变管道（14）所受应力时，旋出螺栓（8），推动施力手柄（1）直至所需压力再旋紧螺栓（8）；搭建土壤环境模拟系统、杂散电流模拟系统、阴极保护系统、电化学测试系统；利用土壤环境模拟系统配 置所需的土壤溶液，将土壤溶液倒入电解池（16）内；将上述系统与应力加载试验系统连通；打开PC机（29）、电化学工作站（30）、脉冲信号发生器（25）、功率放大器（26）电源、智能中断器（28）、恒流源（27）、恒压源（22）、电导率仪（23）、pH计（24）电源，按以下步骤进行不同影响因素下的腐蚀规律实验；1）、闭合开关K1对管道进行阴极保护；2）、打开开关K2闭合开关K3向管道通入直流杂散电流；3）、设定PC机中电化学工作站软件的参数测量管道中电位并进行处理得到曲线，电导率仪和pH计实时监测溶液的电导率和酸碱度；4）、改变恒流源电流强度，改变智能中断器实现电流的持续、间歇和瞬间三种形式的干扰，用电化学工作站测量管道中电位并进行处理得到曲线；5）、闭合开关K2打开开关K3向管道通入交流杂散电流，用电化学工作站测量管道中电位并进行处理得到曲线；6）、改变脉冲信号发生器信号的频率和幅值，改变智能中断器实现电流的持续、间歇和瞬间三种形式的干扰，用电化学工作站测量管道中电位并进行处理得到曲线；7）、闭合开关K2、开关K3向管道通入交直混流杂散电流，重复步骤用电化学工作站测量管道中电位并进行处理得到曲线；8）、改变管道所受应力，重复步骤2）—7），每改变一次应力重复一遍步骤2）—7），至少改变两次应力后进行步骤9）；9）、断开所有设备电源，取出电极和探针，将电解池溶液倒出，将电导率和pH值不同的土壤溶液倒入，接通所有电源，重复一遍步骤2）—8）后进行步骤10）；10）、断开所有设备电源，取出电极和探针，将电解池溶液倒出；按以下步骤进行涂层阴极剥离实验以及因杂散电流流入导致涂层破损处剥离的实验：1）、闭合开关K1对管道进行阴极保护；2）、打开开关K2闭合开关K3向管道通入直流杂散电流；3）、断开开关K1、K2、K3；设定PC机中电化学工作站软件的参数对管道剥离点C处进行交流阻抗谱分析及动电位扫描；4）、闭合开关K1、K3，改变恒流源电流强度，改变智能中断器实现电流的持续、间歇和瞬间三种形式的干扰，用电化学工作站对管道剥离点C处进行交流阻抗谱分析及动电位扫描；5）、闭合开关K1、K2断开开关K3向管道通入交流杂散电流，用电化学工作站对管道剥离点C处进行交流阻抗谱分析及动电位扫描；6）、闭合开关K1、K2、K3改变脉冲信号发生器信号的频率和幅值，改变智能中断器实现电流的持续、间歇和瞬间三种形式的干扰，用电化学工作站对管道剥离点C处进行交流阻抗谱分析及动电位扫描；7）、闭合开关K1、K2、K3向管道（14）通入交直混流杂散电流，用电化学工作站对管道剥离点C处进行交流阻抗谱分析及动电位扫描；8）、改变管道所受应力，重复步骤2）—7），每改变一次应力重复一遍步骤2）—7），至少改变两次应力后进行步骤9）；9）、断开所有电源，将电解池溶液倒出，将电导率和pH值不同的土壤溶液倒入，接通所有电源，重复一遍步骤2）—8）后进行步骤10）；10）、断开所有电源，取出电极和探针，倒出土壤溶液，观察管道防腐层破损点B处剥离情况。