一種用于海底管線陰極保護(hù)的al犧牲陽極

海底管道在性質(zhì)較低的海泥條件下服役。世界上采用了防腐涂層和蔭蔽性聯(lián)合保護(hù)的聯(lián)合預(yù)防措施。犧牲的大部分裸面都是以海水性能好的裸面系列為參照，而犧牲的大多數(shù)裸面可能不適合海洋水域。但由于海泥的腐蝕和條件與海水不同，海泥成分的形狀也不同，因此在海水中具有更好的電磁性性能的裸面可能很差，也可能失敗。在一個(gè)海域的泥中，某些優(yōu)良的犧牲陽氣沒有發(fā)揮重要作用。目前，專門研究海洋污泥中的銀極保護(hù)，即使經(jīng)過研究和實(shí)驗(yàn)，也難以達(dá)到特定海域的一般目的。因此，為了在設(shè)計(jì)之前對(duì)海灘上的空氣進(jìn)行全面有效保護(hù)，我們應(yīng)提前考慮海灘的特點(diǎn)，參照之前在其他沿海地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，選擇合適的犧牲陽性材料，并應(yīng)考慮方案的適應(yīng)性，以達(dá)到預(yù)期的保護(hù)效果。南海石油公司在南海海區(qū)油田內(nèi),正大力建設(shè)開發(fā)區(qū)的石油和天然氣,本文旨在通過南海海泥中的一系列試驗(yàn)和測(cè)試選出一種針對(duì)該海區(qū)海泥的在常溫和中溫條件下使用的優(yōu)質(zhì)鋁合金犧牲陽極,用于油田設(shè)備及管線的保護(hù),以延長(zhǎng)設(shè)備和管線使用壽命,節(jié)省大量的維修費(fèi)用,保證油田生產(chǎn)和開發(fā)的順利安全進(jìn)行,同時(shí)也可供其它海區(qū)選擇犧牲陽極保護(hù)時(shí)參考.1微織構(gòu)密度溫度.試驗(yàn)材料,選擇4種Al合金犧牲陽極的配方,在熔鑄車間鑄造成陽極.然后按標(biāo)準(zhǔn)做成試樣進(jìn)行各種測(cè)試.其化學(xué)成份見表1.恒電流電化學(xué)性能測(cè)試.將試樣放在南海海泥中進(jìn)行常溫情況下的試驗(yàn).試驗(yàn)方法參照GB4948―85附錄C.然后將在常溫中性能好的陽極進(jìn)一步做更長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)和中溫(50℃)的試驗(yàn).自耦合放電試驗(yàn).將性能好的陽極試樣,通過模擬在海泥的實(shí)際過程中陽極自放電的實(shí)驗(yàn),獲取耦合電流及陽極電位的有關(guān)數(shù)據(jù).陽極試樣溶解形態(tài)分析.觀察陽極試樣的宏觀溶解形貌,并通過金相顯微分析獲得試樣溶解面的顯微狀況及試樣的金相結(jié)構(gòu).動(dòng)電位掃描極化曲線測(cè)試.通過試樣在常溫海泥中的動(dòng)電位掃描獲得試樣的自腐蝕電位、鈍化區(qū)范圍等有關(guān)數(shù)據(jù).2結(jié)果與討論2.1極氧化質(zhì)譜wpt1和wpm1.2陽極將4種不同成分的陽極在常溫南海海泥中進(jìn)行恒電流試驗(yàn)、時(shí)間18d.結(jié)果列表2,從表可看出WPS、WPT1和WPM這3種陽極在海泥中電流效率都在65%以下,這與文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)一般海水用陽極在海泥中使用時(shí)電流效率下降20%的報(bào)導(dǎo)相似,且表面溶解不均勻、腐蝕產(chǎn)物不易脫落,性能較差.而陽極WPT2則電位較負(fù),電流效率高達(dá)78.6%,表面溶解均勻,腐蝕產(chǎn)物易脫落,初步估計(jì)是一種性能較好的陽極.2.2溫度和電流效率將在常溫海泥中進(jìn)行恒電流試驗(yàn)結(jié)果較好的WPT2陽極進(jìn)一步在常溫南海海泥中做較長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)及在50℃的南海海泥中試驗(yàn),結(jié)果見表3.從表可看出,WPT2陽極在常溫海泥中經(jīng)49天的試驗(yàn)后仍有較高的電流效率65.56%,在50℃的海泥中經(jīng)過20天的試驗(yàn)電流效率仍然達(dá)到63.65%,且電位較穩(wěn)定.陽極表面溶解均勻,腐蝕產(chǎn)物易脫落.表現(xiàn)良好的電化學(xué)性能.因?yàn)橐话愕年枠O在海泥中經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)或在溫度高的海泥中試驗(yàn)時(shí),由于陽極表面易生成硬殼包著,電位上升,陽極內(nèi)部局部自腐蝕增大,電流效率下降較快.2.3高效的電極性能將WPT2陽極試樣與碳鋼陰極在常溫的南海海泥中耦合,每天測(cè)量一次陽極電位和耦合電流,并作出曲線圖1、圖2.從圖中可看出陽極的自耦合電位和放出的耦合電流比較穩(wěn)定,沒有太大的波動(dòng),進(jìn)一步證實(shí)了陽極具有良好的電化性能.根據(jù)陽極的失重和平均的耦合電流計(jì)算出其陽極電流效率見表4.從表可看出其效率比常溫恒電流試驗(yàn)的結(jié)果稍少些,這是因?yàn)楹汶娏髟囼?yàn)是在外加電流密度較大(1mA/cm2)的情況下進(jìn)行、其效率偏高所致.2.4實(shí)際金相組織觀察WPT2陽極在50℃南海海泥中試驗(yàn)后的表面形貌見圖3,陽極經(jīng)長(zhǎng)期耦合自放電試驗(yàn)后的溶解形貌見圖4.從圖中可看出這種陽極的表面溶解形態(tài)很平滑,屬于均勻溶解,蝕坑淺而平,不存在疏松脫落的現(xiàn)象.WPT2陽極經(jīng)常溫海泥試驗(yàn)后的試樣切斷后做成金相樣品,經(jīng)拋光浸蝕后在金相顯微鏡下觀察其溶解面和試樣本身的金相顯微形態(tài)后拍照得到圖5.從圖5可看到WPT2陽極是由大柱狀晶構(gòu)成,晶粒之間結(jié)合緊密,排布均勻,看不到有偏析現(xiàn)象.陽極的溶解界面均勻圓滑,無晶粒脫落或機(jī)械脫落的現(xiàn)象,是一種金相組織較好,溶解均勻的陽極.2.5動(dòng)電位掃描與極化曲線把WPT2陽極完全浸在海泥中,接通極化實(shí)驗(yàn)線路,待陽極電位穩(wěn)定后利用Model273電化學(xué)測(cè)試儀對(duì)陽極試樣進(jìn)行陽極極化,以10mV/min的速度進(jìn)行動(dòng)電位掃描,得到陽極極化圖(見圖6).從圖可看出,WPT2陽極的自腐蝕電位較負(fù),為-1.125V,和電流效率實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的情況一致.當(dāng)進(jìn)行陽極極化時(shí)出現(xiàn)了短暫的鈍化,但鈍化膜不穩(wěn)定,很快被破壞而重新活化溶解,在達(dá)到擊穿電位(-1.00V左右)后,陽極極化曲線變得平坦,直至出現(xiàn)極限電流密度后電位才上升較快.因此陽極基本處在活性溶解狀態(tài).3相組織競(jìng)爭(zhēng)材料WPT2陽極在南海海泥中具有電位