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    3PE防腐钢管防腐层保护的作用和影响
    发布时间:2021-07-17 09:30 浏览次数:

      埋地钢质管道的外防腐层在无缺陷时,阴极保护对钢管保护的作用和涂层阴极剥离的影响是较小的。若钢管的防腐层本身存在缺陷,那么阴极保护的保护电位大小、过保护时间的长短、土壤含水量、含氧量及微生物种类等因素就将成为埋地钢质管道3PE防腐钢管层剥离的外界因素。

      2.1 剥离电位

      阴极保护与防护层的联合使用既可以弥补保护层的不足,又可以减少阴极保护的电能消耗,是个经济有效的好方法。然而,阴极极化虽可降低金属腐蚀速度,但同时也会加速阴极反应而加快阴极剥离速度。针对不同的钢铁基材、土壤环境和微生物种类,管道阴极保护的电位也有不同的规定。一般的碳钢给予的阴极保护电位为-850mV(CSE)或更负,但是不可负于-1200mV(CSE)。高强度钢和耐腐蚀合金钢的保护电位可以比-850mV(CSE)稍正,但要控制在-650mV(CSE)~-750mV(CSE)之间。如果钢管埋地的土壤含有硫酸盐还原菌,保护电位应维持在-950mV左右。3PE涂层的最小厚度大概在1.8mm左右,而大于1mm的钢管涂层,阴极保护电位一般选在-1.10~-1.15V(CSE)。对于防腐层的最大电位,以不损坏覆盖层的粘结力为准,有关数据表明石油沥青为-1.5V(CSE),环氧粉末为-2.0V(CSE),3PE涂层会更负于-2.0V(CSE)。对于新管线保护电流的需求,有关标准设计为埋地钢管的运行温度在30℃以内时,3PE防腐钢管层的阴极保护电流密度应根据涂层寿命的不同分别为:10年—0.08 mA/m2、20年—0.1 mA/m2、30年—0.4 mA/m2 。因此,应严格按照国家或行业指标控制好阴极保护的程度,避免因阴极保护电流过大而加速防腐层的阴极剥离。

      2.2 水和氧的渗透

      3PE防腐层的结构为:底层是熔结环氧粉末或环氧涂料、中间为胶黏剂层、面层为聚乙烯防护层。而熔结环氧粉末涂料固化物含有大量的极性羟基和醚键,它们与相邻的界面物质能产生较强的吸收力,对金属有优良的附着力。这些活性官能团靠化学键的方式,牢固的粘结在管道面层形成防腐蚀涂层。钢质管道防腐层在生产、运输、堆放和施工的过程中难免造成自身损伤,再加上用于绝缘层的多种材料在不同程度上具有吸水性和透气性,故埋地后会逐渐吸水。H2O是氧和离子传输的介质,是涂层劣化和涂层下金属腐蚀的先决条件。在涂层所处的各种环境中,水和氧气是两种最为常见的侵蚀性粒子,它们可通过扩散渗入涂层。如果水在涂层中累积到一定的程度,加上氧气的渗透,那么金属的腐蚀就会发生。在这种情况下实施过度的阴极保护,不论是氧被还原产生OHˉ;还是H2O离解生成H+,氢离子在阴极得到电子还原成氢,这两者的结果都是使阴极区域形成碱性环境。而大量的OHˉ迁移到金属和防腐层的界面处,会造成聚合物与金属的粘结力降低,使与防腐层粘结的基体金属氧化物层溶解发生气泡、剥离,从而使防腐层丧失保护能力,加速金属管道的腐蚀。Leng证实过在N2环境中,腐蚀电化学反应会停止,阴极剥离也不会发生。

      2.3 其他因素

      孔隙率是涂层耐阴极剥离的另一个重要因素,涂层中离子、水和氧等介质的渗透性取决于孔隙率,孔隙率越高水和氧等介质渗透率越强。温度高低和涂层剥离速度有明显关联,随着温度的升高涂层的阴极剥离速度加快。3PE防腐钢管层的剥离强度和阴极剥离性能也会随基材变形量的增大而增大。对于涂层破环的电位而言,它还受很多其他因素的影响包括:土壤酸碱度、微生物种类等。

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