CN104911687A - 埋地管道防腐层阴极剥离试验的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种埋地管道防腐层阴极剥离试验方法，其包括以下步骤：从被测管段上切取试件，在试件防腐层表面钻人为缺陷孔，将所述试件与试验装置的箱体相粘接，并通过设置于箱体的开口或开槽使得所述试件包括所述人为缺陷孔的部分与试验介质相接触；利用参比电极、辅助阳极和恒电位仪对所述试件施加阴极保护，其中，所述参比电极和所述辅助阳极插入所述试验介质；所述恒电位仪的负极与所述试验试件相连，所述恒电位仪的正极与所述辅助阳极相连；将所述恒电位仪的断电电位设定为试验的控制电位；测量所述试件的剥离距离。采用恒电位仪测试阴极保护电位，所设定的试验电位为断电电位而非通电电位，避免了IR降的影响，更能反映试件实际极化水平。

Description

埋地管道防腐层阴极剥离试验的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于埋地管道防腐层的试验方法和装置，具体而言，涉及一种埋地管道防腐层的阴极剥离试验的方法和装置。

背景技术

为了防止埋地钢质管道发生外部腐蚀破坏、确保埋地长输管道的使用寿命和安全运行，常采用防腐层和阴极保护联合保护的技术手段实现埋地管道的外部防腐。

3PE防腐层具有适用范围广、防护性能可靠等优点，自20世纪90年代中期在我国管道工程中应用以来，累计使用量已经超过上万公里。但是，3PE防腐层在运输、施工和运行过程中也难免受到机械损伤而出现破损点，从而导致金属管体暴露于周围土壤介质中。

施加阴极保护能够对破损点暴露出的金属起到良好的保护作用，但阴极过程所产生的产物(OH-和H₂)对3PE防腐层产生一定的影响，造成防腐层剥离，称为阴极剥离。

管道防腐层阴极剥离试验是评判防腐层抗剥离性能的重要检测手段，标准GB/T 23257《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》、SY/T 0094《管道防腐层阴极剥离试验方法(粘接电解槽法)》和SY/T 0413《埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准》均涉及该方法。在这些标准中，剥离试验或测试均是在实验室条件下进行的，具体的试验参数如下表1所示：

表1 国内标准阴极剥离试验方法比较

注：Vsce为相对饱和甘汞电极电位。

对目标管道试样根据标准要求进行剥离试验，采用3％NaCl溶液作为试验溶液，通电电位为-1.5V_sce，试验温度65℃，试验周期48h。试验结果如下表2所示：

表2 标准方法剥离试验结果

根据标准GB/T 23257和SY/T 0413，计算各试验的剥离距离，按标准GB/T 23257，剥离距离应≤6mm(65℃，48h，-1.5V)。如表2所示，各组试验均满足标准要求。但是，该目标管道在现场服役情况下却出现了阴极剥离情况，且剥离情况严重，现场图片如图9所示。在图9中，可以看到大于几十毫米的剥离。

现场情况是复杂和变化的，采用标准试验方法做出的结果与现场难以吻合，这样在管道建设和维护阶段就会引起误判，危害管道的安全运营。因此需要找到一种管道防腐层阴极剥离试验方法，其能够实现实验室结果与现场结果基本一致。

在现有的专利申请公开中，也未有涉及标准试验方法存在的上述问题，更未提出任何解决方案。例如，专利CN201310300199《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》，提出了一种在复杂耦合条件下进行剥离试验的装置，但是其主要解决的是介质环境耦合问题，以模拟更加复杂环境下的剥离；专利CN201322716Y《一种用于管道涂层阴极剥离试验测定装置》公开了一种用于管道涂层阴极剥离试验的测定装置，但其主要改进了玻璃筒和试验试件的连接密封问题。

发明内容

为了解决上述技术问题之一，根据本发明的一方面，提供了一种埋地管道防腐层阴极剥离试验方法，其包括以下步骤：从被测管段上切取试件，在试件防腐层表面钻人为缺陷孔，将试件与试验装置的箱体相粘接，并通过设置于箱体的开口或开槽使得试件包括人为缺陷孔的部分与试验介质相接触；利用参比电极、辅助阳极和恒电位仪对试件施加阴极保护，其中，参比电极和辅助阳极插入试验介质；恒电位仪的负极与试验试件相连，恒电位仪的正极与辅助阳极相连；将所述恒电位仪的断电电位设定为试验的控制电位；测量试件的剥离距离。

根据本发明实施例的埋地管道防腐层阴极剥离试验方法，恒电位仪具有自动通断电功能，其反馈线分别连接试验试件和参比电极，实现对断电电位的反馈控制。

根据本发明实施例的埋地管道防腐层阴极剥离试验方法，可选地，试件的尺寸为150mm×150mm～300mm×300mm。

根据本发明实施例的埋地管道防腐层阴极剥离试验方法，可选地，人为缺陷孔的孔径为3.2mm～6.4mm。

根据本发明实施例的埋地管道防腐层阴极剥离试验方法，可选地，在不同断电电位条件下进行试验，断电电位设定值最正为所述试件的自然腐蚀电位，最负为-1.50V_CES。

根据本发明实施例的埋地管道防腐层阴极剥离试验方法，可选地，试验周期为30天、60天或90天，每组试验采用3个平行试样。

根据本发明实施例的埋地管道防腐层阴极剥离试验方法，可选地，在试件的防腐层表面中心钻人为缺陷孔，钻头的锥尖完全进入钢中，钻头的圆柱部分与钢表面接触。

根据本发明实施例的埋地管道防腐层阴极剥离试验方法，可选地，以人为缺陷孔为中心，用刀在防腐层表面做出米字型的切口，用刀挑起防腐层，测量并记录各个方向上的剥离距离。

根据本发明实施例的埋地管道防腐层阴极剥离试验方法，可选地，比较不同断电电位下剥离距离的变化，将剥离距离发生明显增大的断电电位确定为断电电位的临界值。

根据本发明的另一方面，提供了一种埋地管道3PE防腐层阴极剥离实验室试验方法，其包括以下步骤：从被测管段上切取试验试件，在该试验试件的防腐层中心钻人为缺陷孔；将无底或开槽的透明塑料筒粘结在防腐层表面，该塑料桶与人为缺陷孔同心；将试验介质倒入透明塑料筒内，将辅助阳极和饱和Cu/CuSO₄参比电极插入试验介质；将辅助阳极连接恒电位仪的正极，将试验试件连接该恒电位仪的负极，其中，将所述恒电位仪的断电电位设定为试验的控制电位；测试剥离距离。

根据本发明实施例的埋地管道3PE防腐层阴极剥离实验室试验方法，恒电位仪具有自动通断电功能，其反馈线分别连接试验试件和参比电极，实现对断电电位的反馈控制。

根据本发明的又一方面，提供了一种埋地管道3PE防腐层阴极剥离现场试验方法，其包括以下步骤：从被测管段上切取一片试验试件，规格为300mm×300mm；在试件中部防腐层表面钻人为缺陷孔，孔径为6.4mm，钻头的锥尖完全进入钢中，钻头的圆柱部分与钢表面接触；将试件置于试验装置底板的矩形槽处，防腐层一侧朝下，将防腐层与该矩形槽的接触部分用密封胶密封，其中，试验装置具有恒电位仪或者使用服役管道的阴极保护系统的恒电位仪，将该恒电位仪的断电电位设定为试验的控制电位；将试验装置埋入在服役管道附近的试验坑；挖开试验坑，拆除试验装置，对试验试件进行剥离距离的测试。

根据本发明实施例的埋地管道3PE防腐层阴极剥离现场试验方法，恒电位仪具有自动通断电功能。

根据本发明的再一方面，提供了一种埋地管道防腐层阴极剥离试验装置，该试验装置包括：箱体，辅助阳极，恒电位仪，反馈线和参比电极，其中，辅助阳极伸入箱体内部，从而浸入到箱体内部的试验介质，该辅助阳极用于对试验介质施加控制电压；通过设置在箱体底部的开口或者开槽，使得试验介质侵没试验试件包括人为缺陷孔的部分；恒电位仪具有自动通断电功能，以试验试件的断电电位作为控制电位，该恒电位仪的负极与试验试件相连，该恒电位仪的正极与辅助阳极相连；反馈线分别连接试验试件和参比电极，以实时监测试验试件的断电电位，并将试验试件的断电电位反馈到恒电位仪，作为恒电位仪的控制电位，使得恒电位仪的输出电位与反馈得到的断电电位一致。

根据本发明实施例的埋地管道防腐层阴极剥离试验装置，可选地，用无底或开槽的透明塑料桶来实现箱体。

根据本发明实施例的埋地管道防腐层阴极剥离试验装置，可选地，试验介质是氯化钠溶液。

根据本发明的其它方面，提供了一种用于埋地管道3PE防腐层阴极剥离现场试验的装置，该装置包括：箱体，辅助阳极，恒电位仪和参比电极，其中，辅助阳极伸入掩埋试验装置的土壤中，并通过导线与恒电位仪连接；箱体的底板设置有开口或者开槽，使得置于箱体内的试验试件的包括人为缺陷孔的部分能够与箱体外部的土壤接触；箱体的底板设置有开孔，使得参比电极能够伸出箱体与外部的土壤接触；恒电位仪对试验试件施加阴极保护电位，该恒电位仪的负极与试验试件连接，该恒电位仪的正极与辅助阳极连接；通过导线将试验试件的断电电位反馈到恒电位仪，作为恒电位仪的控制电位。

根据本发明实施例的用于埋地管道3PE防腐层阴极剥离现场试验的装置，可选地，试验装置还包括阴极保护远程监测终端，用于对试验试件的通断电电位进行实时监测，该阴极保护远程监测终端通过导线分别连接试验试件和参比电极，并通过导线与恒电位仪相连。

根据本发明实施例的用于埋地管道3PE防腐层阴极剥离现场试验的装置，可选地，阴极保护远程监测终端能够将测试数据回传到服务器。

根据本发明实施例的用于埋地管道3PE防腐层阴极剥离现场试验的装置，可选地，箱体(100)的规格为350mm×300mm×500mm。

根据本发明实施例的用于埋地管道3PE防腐层阴极剥离现场试验的装置，可选地，箱体的还包括：两个侧板，背板，盖板，隔板和前面板，其中，前面板能够开合，用于实现试验试件、参比电极的安装连接操作；盖板设置有接线柱，用于外接导线，该盖板还设置有可开合面板，通过打开该可开合面板来调节恒电位仪；隔板用于放置阴极保护远程监测终端和恒电位仪。

本发明还提供了一种用于埋地管道3PE防腐层阴极剥离现场试验的装置，该试验装置通过外接导线与服役管道相连接，从而连接到该服役管道的恒电位仪和辅助阳极，试验装置包括：箱体，可变电阻，参比电极，其中，箱体的底板设置有开口或者开槽，使得置于箱体内的试验试件的包括人为缺陷孔的部分能够与箱体外部的土壤接触；箱体的底板设置有开孔，使得参比电极能够伸出箱体与外部的土壤接触；服役管道的恒电位仪的负极与试验试件连接，该服役管道的恒电位仪的正极与服役管道的辅助阳极连接，该服役管道的辅助阳极伸入掩埋试验装置的土壤中；通过可变电阻调节试验试件的阴极保护断电电位；阴极保护远程监测终端，分别连接试验试件和参比电极，并与可变电阻相连接，该阴极保护远程监测终端具有自动通断电功能，能够实现对试验试件的通断电电位的实时监测。

根据本发明的埋地管道3PE防腐层阴极剥离试验的方法和装置，对埋地管道运营维护中阴极保护电位设定范围的确定具有重要的指导作用，主要优点包括以下一项或多项：采用恒电位仪或阴极保护远程监测终端测试阴极保护电位，所设定的试验电位为断电电位而非通电电位，避免了IR降的影响，更能反映试件实际极化水平，得到的临界电位值具有更好的参考价值；具有自动断电功能的恒电位仪结合反馈机制可以更好地实现自动化控制；采用一组不同的断电电位进行试验，剥离距离在某一电位下发生突变，以此确定剥离距离明显增大的断电电位临界值，指导管道运营中阴极保护电位的设定；现场试验装置将试验试片埋设于服役管道旁，试验条件贴近服役管道实际工况，数据准确可信；在与服役管道共用阴极保护系统的情况下，在服役管道和试验试件之间串联可变电阻，可方便地调整试验试件的阴极保护电位；试验装置具有高度集成、便携易用的优点，很好的满足了现场测试的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1是根据本发明实施例的3PE防腐层阴极剥离试验装置的原理结构示意图；

图2是根据本发明实施例的用于埋地管道3PE防腐层阴极剥离现场试验的装置示意图；

图3a，图3b和图3c均为图2所示装置的部分剖面图和俯视图；

图4为图2所示装置采用单独阴极保护系统时的安装图；

图5为图2所示装置与服役管道共用阴极保护系统时的安装图；

图6a～图6f为根据本发明实施例的阴极剥离试验所得到的显示剥离距离的照片；

图7是剥离距离随断电电位的变化图；

图8a和图8b将3PE防腐层阴极剥离后的管材照片；

图9是根据现有技术的阴极剥离试验所得到的显示剥离距离的照片。

附图标记

100 箱体

101，102 侧板

103 背板

104 盖板

1041 盖板提手

105 隔板

106 底板

107 前面板

1071 前面板把手

108a，108b，108c 接线柱

109 开合面板

1091 开合面板把手

110 矩形槽

111 圆孔

200 辅助阳极

300 恒电位仪

300a 可变电阻

400 反馈线

401，402，403，404，405，406，407 导线

500 参比电极

600 试验介质

700 试验试件

701 人为缺陷孔

800 服役管道

801 服役管道恒电位仪

802 服役管道辅助阳极

900 阴极保护远程监测终端

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

一般而言，阴极剥离试验应尽可能去模拟管道运行下的实际情况，其中重要的一点就是极化电位的确定。如前所述，采用根据现有标准的试验方法存在相同极化电位下实验室试验结果与现场试验结果有较大差异的情况，从而造成通过标准测试的管道防腐层在实际使用场合并不能达到标准的要求。

从原理上分析，在阴极剥离试验相关标准中所采用的控制电位均为通电电位，由于在参比电极和结构物之间存在电解质，电流流过这部分电解质形成一个电压降，因而，相比于作用于结构物表面的实际极化电位，作为控制电位的通电电位中还包含了电压降(IR降)的部分，从而不能完全反映结构物表面的真实极化情况。也就是说，如果用通电电位作为控制电位来模拟极化电位，那么会因所述电压降带来误差。

在实验室条件下，在参比电极和结构物之间的电解质为电解质溶液(例如，NaCl溶液)，电压降较小，作为控制电位的通电电位与实际极化电位差别不大；而在实际现场条件下，管道埋地位置的土壤环境、周围的电磁环境，可能产生较大的电压降，实际极化电位与实验室试验所采用的通电电位差距可能很大，因此，剥离试验结果也可能有很大差异。

通过上述分析，找到了基于现有国内标准的阴极剥离试验方法的试验结果与现场试验结果产生较大误差的原因。为了解决该误差的问题，可以通过误差补偿的方式纠正实验室结果。但是，现场环境是错综复杂的，很难确定准确的补偿量。因此，需要从根本原理和方法上，找到一种能够避免或者减少控制点位与极化电位之间差异的方法。

本发明提供了一种新的防腐层阴极剥离试验的方法。在该方法中，不再采用通电电位作为控制参数，而是通过测试断电电位来模拟被测结构物的极化电位。由于在测量电位时参比电极不可能无限接近被测结构物表面，很难使得参比电极与被测结构物表面之间的电阻为零或者接近零，因此使电流为零是消除IR降的一种有效方法，在断电的瞬间极化还未衰退，此时测试到的电位不包括电压降，可以更加真实的反映结构物表面的极化程度。这也是测试断电电位方案的基本原理。

具体而言，室内试验可以从预留管段上切割试验试件，在不同断电电位下进行阴极剥离试验，通过分析试验结果确定发生阴极剥离的临界断电电位。发生阴极剥离时，当阴极保护电位水平较高，即断电电位较负时，阴极反应过程加剧，且所产生的产物(OH-和H2)浓度升高，对3PE防腐层造成严重的阴极剥离，存在一个断电电位的临界值，剥离距离在负于该临界值时明显增大。为保证阴极保护系统与3PE防腐层具有良好的相容性，断电电位应正于这一临界值，以免产生大面积的剥离。

根据本发明的实施例，提供了一种3PE防腐层阴极剥离试验的方法，采用断电电位作为控制电位，进行防腐层阴极剥离试验，测定剥离距离，确定剥离距离发生突变的临界断电电位，为3PE埋地管道的日常运营维护提供依据。

图1是根据本发明实施例的3PE防腐层阴极剥离试验装置的原理结构示意图。如图1所示，该试验装置包括：箱体100，辅助阳极200，恒电位仪300，反馈线400和参比电极500。

具体而言，辅助阳极200伸入箱体100内部，从而浸入到箱体100内部的试验介质600，该辅助阳极200用于对试验介质600施加控制电压。进行试验时，将箱体100的下部边缘粘结在试验试件700的防腐层表面，在箱体100内装入试验介质600。于是，通过设置在箱体100底部的开口或者开槽，使得试验介质600侵没试验试件700包括人为缺陷孔701的部分。可选地，箱体100与人为缺陷孔701同心，可以更高比例地利用箱体100的底部面积，从而减少箱体100的整体尺寸。可选地，在实验室试验时，可以用无底的(或开槽的透明塑料桶来实现箱体100，并且采用氯化钠溶液作为试验介质600。

试验试件700可以是从实际管段上截取的方形试件，例如，大小为150mm×150mm～300mm×300mm。试件尺寸优选地为300mm×300mm，由于试件表面带有防腐层，切割试件过程中产生的热量可能对防腐层的粘结性造成损害，采用这种更大尺寸的试件可以降低试验区域所受切割热量的影响。

在试件700的防腐层表面设置有人为缺陷孔701，例如，孔径为3.2mm～6.4mm。相比于现有标准，孔径增大为6.4mm，可以避免缺陷孔过小造成的电路不通(气阻)，提高整个实验的稳定性。在试件700的防腐层表面设置加工人为缺陷孔701时，可以在试件防腐层表面中心钻孔，并要求钻头的锥尖完全进入钢中，钻头的圆柱部分与钢表面接触，从而可以使得缺陷孔完全贯穿试件防腐层，并且，在试件防腐层表面中心钻孔，可以使得各个方向上的剥离比较一致。

试验试件700与恒电位仪300的负极相连，辅助阳极200与恒电位仪300的正极相连，对试验试件700通过调节恒电位仪300的输出电压可以实现对试验试件700电位的控制，保证电位符合试验条件的要求。

恒电位仪300具有自动通断电功能，以试验试件700的断电电位作为控制电位。将反馈线400分别连接试验试件700和参比电极500，可实时监测试验试件700的断电电位。具体而言，电连接的辅助阳极200、试验介质600、试验试件700和恒电位仪300构成通电回路；参比电极500、试验介质600和试验试件700构成断电回路；反馈线400将试验试件700的断电电位反馈到恒电位仪300，作为恒电位仪300的控制电位，使得反馈得到的断电电位与恒电位仪300预先设置的控制值一致，从而实现对恒电位仪300的反馈控制。可选地，根据本发明的实施例，也可以不采用反馈控制，而是用手动控制，根据电位测量结果手动调恒电位仪的输出。采用反馈控制的自动方式比手动方式更加自动化。

可选地，参比电极500是饱和Cu/CuSO₄参比电极。

图1示意性地示出了根据本发明实施例的3PE防腐层阴极剥离试验装置的原理结构，图2示出了作为图1所示原理结构的具体实现的用于埋地管道3PE防腐层阴极剥离现场试验的装置。

如图2所示，箱体100包括：侧板101和102，背板103，盖板104，隔板105，底板106，前面板107，把手108。可以认为箱体100构成了各组成部分的外壳。

前述原理结构中的各组成部分可集成在便携式箱体100中，包括：恒电位仪300，试验试件700，参比电极500及连接各组成部分的导线、接线柱。可选地，还包括阴极保护远程监测终端900，以实现对试验试件700的通断电电位的实时监测。

在管道服役现场进行阴极剥离试验，将该装置埋设在服役管道800所处的环境下，对试件700施加不同的阴极保护电位，模拟埋地管道3PE防腐层破损点处的阴极剥离，通过试验结果判断3PE防腐层的抗阴极剥离性能。

具体而言，如前所述，箱体100的主体结构包括：侧板101和102，背板103，盖板104，隔板105，底板106和前面板107。

其中，前面板107可开合(可选地其上有前面板把手1071)，打开前面板107可以实现试验试件700、参比电极500等的安装连接等操作。可选地，与根据本发明实施例的试验方法相配合，箱体100的规格为350mm×300mm×500mm(长×宽×高)。

盖板104上可有盖板提手1041，方便携带；还设置有接线柱108a，用于外接导线401，连接服役管道800；盖板104还设置有可开合面板109，其上可有把手1091，试验过程中可以随时打开面板109来调节恒电位仪300，从而实现阴极保护电位的调整。

隔板105可用于放置阴极保护远程监测终端900和恒电位仪300。从阴极保护远程监测终端900引出三条导线403、404、405，其中404和405分别通过接线柱108c、108b连接底板106处的试件700和参比电极500，另一导线403与恒电位仪300相连。恒电位仪300引出导线402连接盖板104处的接线柱108a，然后通过导线401连接到辅助阳极200，辅助阳极200插入到作为试验介质600的土壤中。

阴极保护远程监测终端900可以实现试验试件700通断电电位的实时监测，以确保实验正常进行。可选地，其能够将测试数据回传到服务器上。

可选地，阴极保护远程监测终端900具有自动通断电功能，从而无需采用具有自动通断电功能的恒电位仪，这对于共用服役管道的阴极保护系统(包括恒电位仪)的方案是有意义的。具体而言，在共用服役管道的阴极保护系统的情况，具有自动通断电功能的阴极保护远程监测终端900与为服务管道提供阴极保护的恒电位仪相结合能够实现上述方案中的具有自动通断电功能的恒电位仪300。如果不包括阴极保护远程监测终端900，那么导线403、404、405相当于前述的反馈线400。

底板106上可开一个200mm×300mm的矩形槽110，用于放置试验试件700；开一个Φ36的圆孔111用于放置参比电极500。如前所述，试件700的规格为300mm×300mm，在试件700的外表面防腐层上制造一个人为缺陷孔701，孔径为6.4mm，要求钻头的锥尖完全进入钢中，钻头的圆柱部分与钢表面接触。试件700放置在底板106的矩形槽110处，防腐层朝下接触土壤，将底板106与防腐层接触的部分用密封胶密封。由上述尺寸可知，矩形槽110的尺寸基本与试件700的尺寸相匹配，可以使得试件700的大部分(包括人为缺陷孔701的部分)与土壤接触，并且试件700的两边可以与底板106的相应位置接触并密封。试件700和参比电极500分别通过导线407、406连接隔板105上的接线柱108b、108c。

根据本发明的实施例，采用恒电位仪300对试验试件700施加阴极保护电位，此时盖板104上的接线柱108a连接辅助阳极200，如图4所示。

可选地，根据本发明实施例的阴极剥离试验装置可以与服役管道800共用阴极保护系统，也就是说，阴极剥离试验装置通过电连接来使用服役管道800的阴极保护系统。如图5所示，服役管道800的阴极保护系统包括恒电位仪801和辅助阳极802，这样，盖板104上的接线柱108a通过外接导线401与服役管道800相连接，从而连接到服役管道的恒电位仪801和辅助阳极802，实现共用。在这种方案下，试验装置也可不包括恒电位仪和辅助阳极，考虑到施加到服役管道800的阴极保护电位可能与阴极剥离试验装置所使用的控制电位不同，可将前述试验装置结构中的恒电位仪300替换为可变电阻300a，来实现试验所需的阴极保护电位，并可以对该电位进行调整。

在与服役管道800共用阴极保护系统的方案下，通过调节可变电阻来实现试件电位的控制，但是需要根据远程监测数据进行手动调节，同时由于借用了现场管道的阴保系统，在电位调节范围上会受到该现场管道阴保系统的限制。

以下，结合上述对于根据本发明实施例的试验装置的说明，对根据本发明实施例的阴极剥离试验方法进行阐述。

根据本发明实施例的埋地管道3PE防腐层阴极剥离试验方法，室内试验具体实施步骤如下：

1.试件加工准备，从被测管段上切取一片300mm×300mm的试件，在试件防腐层表面中心钻人为缺陷孔，孔径为6.4mm，钻头的锥尖完全进入钢中，钻头的圆柱部分与钢表面接触。

2.将透明塑料筒粘结在试验试件的表面，塑料筒与人为缺陷孔同心，在塑料筒内装入试验介质。

3.将试验试件与恒电位仪的负极相连，辅助阳极与恒电位仪的正极相连。恒电位仪具有自动通断电功能，将断电电位设定为试验的控制电位，通过调节恒电位仪的输出电压可以实现试验试件断电电位的控制，保证电位符合试验条件的要求。

4.在不同断电电位条件下进行模拟试验，断电电位设定值，最正为所述试件的自然腐蚀电位，最负为-1.50V_CES，优选地，在-0.85V到-1.30V之间；试验周期可选为30天、60天或90天，以获得足够的可分辨的剥离距离，每组试验采用3个平行试样。根据阴极保护准则，埋地管道阴保电位应在-0.85V～-1.20V之间，但是在实际环境中存在偏正或偏负的情况，所以上述断电电位设定值范围比这个范围稍大。进一步，断电电位也可以根据现场实际情况设定为其它范围。三个平行试样可以提高试验数据的准确性，降低随机性，验证试验的可重复性。

5.试验结束后，拆除试验装置，以人为缺陷孔为中心，用锋利的小刀在防腐层表面做出米字型的切口，用尖刀尝试挑起防腐层，测量并记录各个方向上的剥离距离。

试验过程中，可以按照每组试验要求，每天监控通电/断电电位是否正常，发现电位异常变化应及时调整，以保证试验结果的可靠性。

可选地，测量剥离距离后，针对特定试验条件，比较不同断电电位下剥离距离的变化，将剥离距离发生明显增大的断电电位确定为其临界值。该断电电位的临界值可以用于指导管道运营中阴极保护电位的设定。

概括而言，室内试验的主要步骤为：从被测管段上切取试验试件700，在防腐层中心钻人为缺陷孔701，模拟管道防腐层表面的缺陷；将无底或开槽的透明塑料筒(箱体)100粘结在防腐层表面，圆筒和人为缺陷孔701同心；将试验介质600倒入透明塑料筒100内，将辅助阳极200和饱和Cu/CuSO₄参比电极500插入其中；将辅助阳极200连接恒电位仪300的正极，将试验试件700连接恒电位仪300的负极，对试件700施加阴极保护；将恒电位仪300的反馈线400分别连接试验试件700和饱和Cu/CuSO₄参比电极500，实现对断电电位的反馈控制；测试剥离距离，通过试验结果判断3PE防腐层的抗阴极剥离性能；采用一组不同的断电电位进行试验，剥离距离可能在某一电位下发生突变，可通过该方法确定剥离距离明显增大的断电电位临界值。

现场试验的步骤与室内试验的步骤类似，所采用的装置可以是如前所述的用于埋地管道3PE防腐层阴极剥离现场试验的装置，具体步骤如下：

1.从被测管段上切取一片试验试件700，规格为300mm×300mm；在试件中部防腐层表面钻人为缺陷孔701，孔径为6.4mm，钻头的锥尖完全进入钢中，钻头的圆柱部分与钢表面接触。

2.将试件700置于底板106的矩形槽110处，防腐层一侧朝下，将防腐层与矩形槽110接触部分用密封胶密封。

3.将阴极保护远程监测终端900分别与试验试件700、饱和Cu/CuSO₄参比电极500电连接，将可变电阻300a和服役管道800电连接。

4.在服役管道800附近处挖一个大小合适的试验坑，将试验装置埋入试验坑，也就是说，将装置箱体100整体埋入服役管道800旁边的土壤中，使得试验环境与服役管道相同。

5.试验周期可选为30天、60天或90天，以获得足够的可分辨的剥离距离，可选地，每组试验采用3个平行试样。

6.试验过程中，按照每组试验要求，每天监控通电/断电电位是否正常，发现电位异常变化应及时调整，以保证试验结果的可靠性。

7.试验结束后，挖开试验坑，试验结束后拆除试验装置，对试验试件700进行剥离距离的测试，以人为缺陷孔701为中心，用锋利的小刀在防腐层表面做出米字型的切口，用尖刀尝试挑起防腐层，测量并记录各个方向上的剥离距离。

可选地，可采用一组断电电位进行相同环境下的剥离试验，测量剥离距离后，对试验结果进行分析，比较不同断电电位下剥离距离的变化，将剥离距离发生明显增大的断电电位确定为其临界值。

在设定的实验室试验条件下，例如，用现场取回的土壤作为试验介质，温度为常温与现场相同，采用断电电位作为恒电位仪的控制参数，试验结果和服役管道测试结果的对比如下表所示。

表3 实验室测试和服役管道测试结果比较

由表3中数据可知，如果采用通电电位为依据，则实验室测试和现场测试对应的数据并不一致，而采用断电电位为依据，则具有良好的对应关系。这样也印证了，以断电电位为试验控制电位，可以解决前述的以通电电位为试验控制电位会造成实验室试验结果与现场试验结果差别很大的问题。

如前所述，在实验室试验和现场试验中，均可采用一组断电电位进行相同环境下的剥离试验，测量剥离距离后，对试验结果进行分析，比较不同断电电位下剥离距离的变化，将剥离距离发生明显增大的断电电位确定为其临界值

例如，分别采用未施加阴极保护和阴极保护断电电位分别为-0.85V、-1.00V、-1.10V、-1.20V和-1.30V的试验条件开展实验室试验，具体试验参数和试验结果数据如表4所示，剥离距离测试的照片如图6a～图6f所示，其中图6a～图6f顺序对应表4中的断电电位的剥离情况，如图6a对应未施加阴极保护的情况，图6b对应-0.85V的情况，以此类推。

表1 断电电位对剥离的影响

将剥离距离随断电电位的变化作图，如图7所示。如图7可见，在断电电位正于-1.10V时，断电电位对剥离距离影响不大；而当断电电位达到-1.20V和-1.30V时，剥离距离显著提高，且电位越偏负，剥离距离越大。这表明，对于目标3PE防腐层，存在致使其发生快速剥离的断电电位临界值，该电位处于-1.10～-1.20V之间。

将断电电位为-1.20V和-1.30V条件下试件剥离的3PE防腐层切除，查看管体的表面状态，如图8a和图8b所示，其中，图8a的试验条件是-1.20V，30天，图8b的试验条件是-1.30V，30天。由图8可见，剥离涂层下方管体表面存在明显的以缺陷孔为中心的水渍轮廓，轮廓内无环氧粉末残留。这表明断电电位达到-1.20V或更负时，剥离较为明显，严重破坏了环氧粉末与管道基体的粘结。同时，断电电位为-1.20V和-1.30V条件下水渍轮廓直径分别为20mm和35mm。再次表明断电电位越负，对剥离的影响越大。

根据本发明的埋地管道3PE防腐层阴极剥离试验的方法和装置，对埋地管道运营维护中阴极保护电位设定范围的确定具有重要的指导作用，主要优点包括以下一项或多项：采用恒电位仪或阴极保护远程监测终端测试阴极保护电位，所设定的试验电位为断电电位而非通电电位，避免了IR降的影响，更能反映试件实际极化水平，得到的临界电位值具有更好的参考价值；具有自动断电功能的恒电位仪结合反馈机制可以更好地实现自动化控制；采用一组不同的断电电位进行试验，剥离距离在某一电位下发生突变，以此确定剥离距离明显增大的断电电位临界值，指导管道运营中阴极保护电位的设定；现场试验装置将试验试片埋设于服役管道旁，试验条件贴近服役管道实际工况，数据准确可信；在与服役管道共用阴极保护系统的情况下，在服役管道和试验试件之间串联可变电阻，可方便地调整试验试件的阴极保护电位；试验装置具有高度集成、便携易用的优点，很好的满足了现场测试的需求。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (22)

1.一种埋地管道防腐层阴极剥离试验方法，

其特征在于，

包括以下步骤：

从被测管段上切取试件，在试件防腐层表面钻人为缺陷孔，

将所述试件与试验装置的箱体相粘接，并通过设置于箱体的开口或开槽使得所述试件包括所述人为缺陷孔的部分与试验介质相接触；

利用参比电极、辅助阳极和恒电位仪对所述试件施加阴极保护，其中，所述参比电极和所述辅助阳极插入所述试验介质，所述恒电位仪的负极与所述试验试件相连，所述恒电位仪的正极与所述辅助阳极相连，将所述恒电位仪的断电电位设定为试验的控制电位；

测量所述试件的剥离距离。

2.根据权利要求1所述的试验方法，

其特征在于，

所述恒电位仪具有自动通断电功能，其反馈线分别连接所述试验试件和所述参比电极，实现对所述断电电位的反馈控制。

3.根据权利要求1所述的试验方法，

其特征在于，

所述试件的尺寸为150mm×150mm～300mm×300mm。

4.根据权利要求1所述的试验方法，

其特征在于，

所述人为缺陷孔的孔径为3.2mm～6.4mm。

5.根据权利要求1所述的试验方法，

其特征在于，

在不同断电电位条件下进行试验，所述断电电位设定值最正为所述试件的自然腐蚀电位，最负为-1.50V_CES。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的试验方法，

其特征在于，

试验周期为30天、60天或90天，每组试验采用3个平行试样。

7.根据权利要求1所述的试验方法，

其特征在于，

在所述试件的防腐层表面中心钻所述人为缺陷孔，钻头的锥尖完全进入钢中，钻头的圆柱部分与钢表面接触。

8.根据权利要求1所述的试验方法，

其特征在于，

以所述人为缺陷孔为中心，用刀在防腐层表面做出米字型的切口，用刀挑起防腐层，测量并记录各个方向上的剥离距离。

9.根据权利要求1所述的试验方法，

其特征在于，

比较不同断电电位下剥离距离的变化，将剥离距离发生明显增大的断电电位确定为断电电位的临界值。

10.一种埋地管道3PE防腐层阴极剥离实验室试验方法，

其特征在于，

包括以下步骤：

从被测管段上切取试验试件，在该试验试件的防腐层中心钻人为缺陷孔；

将无底或开槽的透明塑料筒粘结在防腐层表面，该塑料桶与所述人为缺陷孔同心；

将试验介质倒入所述透明塑料筒内，

将辅助阳极和饱和Cu/CuSO₄参比电极插入所述试验介质；

将所述辅助阳极连接恒电位仪的正极，将所述试验试件连接该恒电位仪的负极，其中，将所述恒电位仪的断电电位设定为试验的控制电位；

测试剥离距离。

11.根据权利要求10所述的试验方法，

其特征在于，

所述恒电位仪具有自动通断电功能，其反馈线分别连接所述试验试件和所述参比电极，实现对所述断电电位的反馈控制。

12.一种埋地管道3PE防腐层阴极剥离现场试验方法，

其特征在于，

包括以下步骤：

从被测管段上切取一片试验试件，规格为300mm×300mm；

在所述试件中部防腐层表面钻人为缺陷孔，孔径为6.4mm，钻头的锥尖完全进入钢中，钻头的圆柱部分与钢表面接触；

将所述试件置于试验装置底板的矩形槽处，所述防腐层一侧朝下，将防腐层与该矩形槽的接触部分用密封胶密封，其中，所述试验装置具有恒电位仪或者使用服役管道的阴极保护系统的恒电位仪，将该恒电位仪的断电电位设定为试验的控制电位；

将所述试验装置埋入在所述服役管道附近的试验坑；挖开所述试验坑，拆除所述试验装置，对所述试验试件进行剥离距离的测试。

13.根据权利要求12所述的试验方法，

其特征在于，

所述恒电位仪具有自动通断电功能。

14.一种埋地管道防腐层阴极剥离试验装置，

其特征在于，

该试验装置包括：

箱体(100)，辅助阳极(200)，恒电位仪(300)，反馈线(400)和参比电极(500)，其中，

所述辅助阳极(200)伸入所述箱体(100)内部，从而浸入到所述箱体(100)内部的试验介质(600)，该辅助阳极(200)用于对所述试验介质(600)施加控制电压；

通过设置在所述箱体(100)底部的开口或者开槽，使得所述试验介质(600)侵没试验试件(700)包括人为缺陷孔(701)的部分；

所述恒电位仪(300)具有自动通断电功能，以所述试验试件(700)的断电电位作为控制电位，该恒电位仪(300)的负极与所述试验试件(700)相连，该恒电位仪(300)的正极与所述辅助阳极(200)相连；

所述反馈线(400)分别连接试验试件(700)和所述参比电极(500)，以实时监测所述试验试件(700)的断电电位，并将所述试验试件(700)的断电电位反馈到所述恒电位仪(300)，作为所述恒电位仪(300)的控制电位，使得反馈得到的断电电位与所述恒电位仪(300)预先设置的控制值一致。

15.根据权利要求14所述的试验装置，

其特征在于，

用无底或开槽的透明塑料桶来实现所述箱体(100)。

16.根据权利要求14所述的试验装置，

其特征在于，

所述试验介质(600)是氯化钠溶液。

17.一种用于埋地管道3PE防腐层阴极剥离现场试验的装置，

其特征在于，

该装置包括：

箱体(100)，辅助阳极(200)，恒电位仪(300)和参比电极(500)，其中，

所述辅助阳极(200)伸入掩埋所述试验装置的土壤中，并通过导线与所述恒电位仪连接；

所述箱体(100)的底板(106)设置有开口或者开槽(110)，使得置于所述箱体(100)内的试验试件(700)的包括人为缺陷孔(701)的部分能够与所述箱体(100)外部的土壤接触；

所述箱体(100)的底板(106)设置有开孔(111)，使得所述参比电极(500)能够伸出所述箱体(100)与外部的土壤接触；

所述恒电位仪(300)对所述试验试件(700)施加阴极保护电位，该恒电位仪(300)的负极与所述试验试件(700)连接，该恒电位仪(300)的正极与所述辅助阳极(200)连接；

通过导线将所述试验试件(700)的断电电位反馈到所述恒电位仪(300)，作为所述恒电位仪(300)的控制电位。

18.根据权利要求17所述的试验装置，

其特征在于，

所述试验装置还包括阴极保护远程监测终端(900)，用于对所述试验试件(700)的通断电电位进行实时监测，该阴极保护远程监测终端(900)通过导线(404，405)分别连接所述试验试件(700)和所述参比电极(500)，并通过导线(403)与所述恒电位仪(300)相连。

19.根据权利要求18所述的试验装置，

其特征在于，

所述阴极保护远程监测终端(900)能够将测试数据回传到服务器。

20.根据权利要求17所述的试验装置，

其特征在于，

所述箱体(100)的规格为350mm×300mm×500mm。

21.根据权利要求17所述的试验装置，

其特征在于，

所述箱体(100)的还包括：两个侧板(101，102)，背板(103)，盖板(104)，隔板(105)，和前面板(107)，其中，

所述前面板(107)能够开合，用于实现所述试验试件(700)、所述参比电极(500)的安装连接操作；

所述盖板(104)设置有接线柱(108a)，用于外接导线(401)，该盖板(104)还设置有可开合面板(109)，通过打开该可开合面板(109)来调节恒电位仪(300)；

隔板(105)用于放置所述阴极保护远程监测终端(900)和所述恒电位仪(300)。

22.一种用于埋地管道3PE防腐层阴极剥离现场试验的装置，

其特征在于，

该试验装置通过外接导线(401)与服役管道(800)相连接，从而连接到该服役管道(800)的恒电位仪(801)和辅助阳极(802)，

所述试验装置包括：

箱体(100)，可变电阻(300a)，参比电极(500)，其中，

所述箱体(100)的底板(106)设置有开口或者开槽(110)，使得置于所述箱体(100)内的试验试件(700)的包括人为缺陷孔(701)的部分能够与所述箱体(100)外部的土壤接触；

所述箱体(100)的底板(106)设置有开孔(111)，使得所述参比电极(500)能够伸出所述箱体(100)与外部的土壤接触；

所述服役管道的恒电位仪(801)的负极与所述试验试件(700)连接，该服役管道的恒电位仪(801)的正极与所述服役管道的辅助阳极(802)连接，该服役管道的辅助阳极(802)伸入掩埋所述试验装置的土壤中；

通过所述可变电阻(300a)调节所述试验试件(700)的阴极保护断电电位；

所述阴极保护远程监测终端(900)，分别连接所述试验试件(700)和所述参比电极(500)，并与所述可变电阻(300a)相连接，该阴极保护远程监测终端(900)具有自动通断电功能，能够实现对所述试验试件(700)的通断电电位的实时监测。