CN107655818A - 一种接地工程土壤腐蚀性室内快速评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速评价方法，特别是一种接地工程土壤腐蚀性室内快速评价方法。上述快速评价方法具体包括以下步骤：（1）采集接地工程区域内的土样；（2）测试接地工程用金属碳钢、镀锌钢和铝铜合金的极化曲线；（3）对测得的极化曲线进行拟合，计算出接地工程用金属的腐蚀速率。该评价方法可以快速、准确的给出金属接地材料在土壤中的腐蚀速率，可以为接地工程选材设计提供依据。与现有技术比较，本发明的评价方法更加直接、客观和便捷。

Description

一种接地工程土壤腐蚀性室内快速评价方法

技术领域

本发明涉及一种快速评价方法，特别是一种接地工程土壤腐蚀性室内快速评价方法。

背景技术

由于土壤的多样性和复杂性，各地土壤环境差异很大，其对各类金属材料腐蚀速率的影响也各不相同。因此同一种金属材料在不同土壤中展现出不同的耐腐蚀性能，腐蚀存在很大的不确定性。影响土壤腐蚀性的因素，除了材料本身外，还包括土壤的电阻率、氧化还原电位、pH值、含盐量、含水量、各种阴离子含量、土壤温度，以及土壤中的微生物和杂散电流等多种因素，且各种因素之间交互作用。土壤中的水溶解大量的氧并且增加氧的扩散速度。土壤中厌氧微生物的新陈代谢产物可改变土壤氧浓度、电解质浓度和土壤pH值，能促进电化学腐蚀的阴极去极化过程而加速金属材料腐蚀。土壤中的各种盐，具有很强的腐蚀性，最有害的是氯离子，它破坏金属钝化膜。

评价土壤腐蚀性最经典的方法是测量典型金属在土壤中的腐蚀失重和最大点蚀深度。这两种方法能直接、客观和比较准确地反应土壤的腐蚀性，同时还可作为评价其他方法是否正确的依据。但这种方法必须进行埋片试验，在试片埋入一定时间后开挖，才能得到结果，试验周期长，影响因素多。为了快速评定土壤的腐蚀性，长期以来，研究者企图用土壤的某些理化性质作为评价指标，来评价土壤的腐蚀性。目前使用的有单项指标法和多项指标法。单项指标法是指通过影响土壤腐蚀的单项因素，如土壤电阻率、氧化还原电位、pH值等对土壤腐蚀性进行评价。单项指标法在一定条件下可以判断土壤的腐蚀性，但在某些情况下容易出现误判断。准确性较差。多项指标法是综合考虑多项土壤理化性质指标，对土壤腐蚀性进行评价。典型的多项指标评价方法有德国DIN50929标准和美国ANSIA21.5标准，DIN50929标准相对于ANSIA21.5标准来说更为全面和准确。多项指标法的不足是指标太多，有些指标不易获得，而且对于材料腐蚀速率缺乏量化概念。CN105910977A对多项指标法进行了改进，确定六项对接地材料土壤腐蚀影响较大的因素作为土壤环境腐蚀性评价指标，并对六项指标划定了评分等级，最后通过六项指标的总分来对土壤腐蚀性进行评级。但该方法仍属于多指标法。目前国网智能电网研究院、网江西省电力公司电力科学研究院等根据单项指标法和多项指标法制定了电力行业标准《接地网土壤腐蚀性评价导则》DL/T1554-2016。

综上所述，现有技术中对于土壤腐蚀性的评价存在试验周期长、指标获取困难、准确性差、无法量化评价等问题，尤其是无法准确判断土壤腐蚀性指导电力系统接地工程选材。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种室内快速评价土壤腐蚀性的方法，该评价方法可以快速、准确的给出典型金属接地材料在土壤中的腐蚀速率，可以为接地工程选材设计提供依据。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种接地工程土壤腐蚀性的室内快速评价方法，具体包括以下步骤：（1）采集接地工程区域内的土样；（2）测试接地工程金属碳钢、镀锌钢和铝铜合金的极化曲线；（3）对测得的极化曲线进行拟合，计算出接地工程金属的腐蚀速率。

进一步地，所述对测得极化曲线进行拟合得到腐蚀电流密度,通过腐蚀电流密度计算出接地工程金属的腐蚀速率；上述评价方法还包括对所述接地工程金属在土壤中的腐蚀速率做如下评价：接地金属有i=1,2,3个金属，每个金属在j=1,2,3个取样点的土壤中测试，收集3个取样土壤点的腐蚀速率R,根据R数据对金属在土壤中的腐蚀速率进行分析打分N_ij，其评分标准如下：碳钢接地材料腐蚀速率评分标准为：R_Fe＜1g/(dm²·a)，N_1j为0分；R_Fe≥1g/(dm²·a)，N_1j为1分；镀锌钢接地材料腐蚀速率评分标准为：R_Zn＜1.5g/(dm²·a)，为N_2j为0分；R_Zn≥1.5g/(dm²·a)，N_2j为1分；铝铜合金接地材料腐蚀速率评分标准为：R_AlCu＜0.75g/(dm²·a)，N_3j为0分；R_AlCu≥0.75g/(dm²·a)，N_3j为1分；将所述三种接地材料在现场取土样中的腐蚀速率评分分数相加，得到总分为N，确定输变电接地工程土壤环境腐蚀等级，其评价等级如下：N=N₁₁++N₁₂+N₁₃+N₂₁+N₂₂+N₂₃+N₃₁+N₃₂+N₃₃，N≥8为4级，腐蚀性最强；8＞N≥5为3级，腐蚀性为中；2＜N＜5为2级，腐蚀性为弱；N≤2为1级，腐蚀性为微。

进一步地，步骤（2）所述的测试接地工程金属碳钢、镀锌钢和铝铜合金的极化曲线具体包括以下内容：将接地工程金属试样放置在三电极测试系统中，以接地工程金属做为工作电极，选取接地工程金属试样1cm²面积作为测试面，三电极测试系统中石墨电极作为辅助电极，硫酸铜电极作为参比电极。

进一步地，步骤（2）所述碳钢牌号为Q235，成分以质量百分比计为碳0.14%-0.22%、锰0.3%-0.65%、硅≤0.3%、硫≤0.05%、磷≤0.045%；所述镀锌钢为在Q235钢上热浸镀锌，锌层厚度为86-100μm；所述铝铜合金成分以质量百分比计为铜3%-5%、稀土0.1%-0.3%、铁<0.5%、硅<0.5，剩余为铝。

进一步地，步骤（2）测试接地工程金属的极化曲线的参数为：电位扫描速度为0.333mV/s，扫描范围为相对于自腐蚀电位±250mV。

进一步地，步骤（2）所述的极化曲线测试温度为25℃。

有益效果

本发明提供了一种室内快速评价土壤腐蚀性的方法，该评价方法可以快速、准确的给出金属接地材料在土壤中的腐蚀速率，可以为接地工程选材设计提供依据。与现有技术比较，本发明的评价方法更加直接、客观和便捷。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

本发明所述的实施例所述碳钢牌号为Q235，成分以质量百分比计为碳0.14%-0.22%、锰0.3%-0.65%、硅≤0.3%、硫≤0.05%、磷≤0.045%；所述镀锌钢为在Q235钢上热浸镀锌，锌层厚度为86-100μm

；所述铝铜合金成分以质量百分比计为铜3%-5%、稀土0.1%-0.3%、铁<0.5%、硅<0.5，剩余为铝，加工工艺应为熔炼、铸造、热轧、喷丸和预氧化。

对该实施例中所述三种接地材料在土样中的腐蚀速率的评价方法分别为：

（1）分别对三种接地材料在土壤中的腐蚀速率进行分析打分，其评分标准如下：

碳钢接地材料腐蚀速率评分标准为：R_Fe＜1g/(dm²·a)，为0分；R_Fe≥1g/(dm²·a)，为1分；

镀锌钢接地材料腐蚀速率评分标准为：R_Zn＜1.5g/(dm²·a)，为0分；R_Zn≥1.5g/(dm²·a)，为1分；

铝铜合金接地材料腐蚀速率评分标准为：R_AlCu＜0.75 g/(dm²·a)，为0分；R_AlCu≥0.75g/(dm²·a)，为1分。

（2）将所述三种接地材料在现场取土样中的腐蚀速率评分分数相加，得到总分为N，确定输变电接地工程土壤环境腐蚀等级，其评价等级如下：

N=N₁₁++N₁₂+N₁₃+N₂₁+N₂₂+N₂₃+N₃₁+N₃₂+N₃₃，N≥8为4级，腐蚀性最强； 8＞N≥5为3级，腐蚀性为中；2＜N＜5为2级，腐蚀性为弱；N≤2为1级，腐蚀性为微。

表1 三种接地材料在现场取土样中的腐蚀速率评价打分

土壤腐蚀性评价等级见表2。

表2 土壤腐蚀性评价等级

实施例1

在山东某盐碱地区220kV已建变电站接地工程区域内选取三个不同位置进行现场土样采集，现场取土位置分别选在接地工程区域内的东南角、西北角和中心点区域。取样深度与接地材料埋设深度一致，距地面0.8m深处，每个取样点取土样重量均不小于2.5kg，并进行密封保存，确保土壤含水量不变。电化学测试采用PARA2273电化学工作站，工作电极为三种标准试样，参比电极采用硫酸铜电极，辅助电极采用石墨电极。三种标准电化学测试试样材质分别为：碳钢、镀锌钢和铝铜合金，测试面积均为1平方厘米，肉眼观察测试表面无划痕。极化曲线测试在室温下（25℃）进行，测试过程中土壤介质湿度与现场取样时保持一致。极化曲线测试参数为：电位扫描速度为0.333mV/s，扫描范围为相对于自腐蚀电位±250mV。

采用塔菲儿外延法对测得的极化曲线进行拟合,获得三种典型标准试样在三份土壤介质中的腐蚀电流密度，然后根据法拉第定律计算出三种典型材料的腐蚀速率，结果见表3。

表3 三种标准试样在现场取土样中的腐蚀电流密度和腐蚀速率

根据表1，对三种接地材料在3份土壤介质中的腐蚀速率进行评价打分，打分结果见表4。

表4 三种接地材料在山东某变电站取土样中的腐蚀速率评价打分

将所述三种接地材料在现场取土样中的腐蚀速率评分分数相加，得到总分为8，根据表2土壤腐蚀性评价等级判断该变电站土壤腐蚀性等级为强，4级，不适宜选择碳钢和镀锌钢作为接地材料，建议选择铜材作为接地材料。

在变电站土壤取样区域进行了Q235碳钢的实地埋样试验，实际土壤环境埋样试验周期为3年，埋样深度与接地网埋设深度一致，对埋样试验后的样品按腐蚀失重测试并计算其平均腐蚀速率；对现场土壤进行土壤电阻率和氧化还原电位测量，各测量结果见表5。

表5 现场埋样碳钢腐蚀速率与土壤电阻率、氧化还原电位

依据标准《接地网土壤腐蚀性评价导则》DL/T 1554-2016中的三项单项指标评价判据，对该变电站土壤环境腐蚀程度进行测试分析，以验证和对比本发明评价方法的准确性。参照DL/T 1554-2016标准，实地埋样碳钢平均腐蚀速率、土壤电阻率和土壤氧化还原电位三项指标均判定该变电站土壤腐蚀性等级为4级，腐蚀性强，与本发明评价方法结果一致。

实施例2

在山东某内陆220kV已建变电站接地工程区域内选取三个不同位置进行现场土样采集，采用本发明所述的方法进行了典型标准试样极化曲线测试，对变电站接地工程土壤环境腐蚀性等级做出了评价。现场取土位置分别选在接地工程区域内的东南角、西北角和中心点区域。取样深度与接地材料埋设深度一致，距地面0.7m深处，每个取样点取土样重量均不小于2.5kg，并进行密封保存，确保土壤含水量不变。电化学测试采用PARA2273电化学工作站，工作电极为三种标准试样，参比电极采用硫酸铜电极，辅助电极采用石墨电极。三种标准电化学测试试样材质分别为：碳钢、镀锌钢和铝铜合金，测试面积均为1平方厘米，肉眼观察测试表面无划痕。极化曲线测试在室温下（25℃）进行，测试过程中土壤介质湿度与现场取样时保持一致。极化曲线测试参数为：电位扫描速度为0.333mV/s，扫描范围为相对于自腐蚀电位±250mV。

采用塔菲儿外延法对测得的极化曲线进行拟合, 获得三种典型标准试样在三份土壤介质中的腐蚀电流密度，然后根据法拉第定律计算出三种典型材料的腐蚀速率，结果见表6。

表6 三种标准试样在现场取土样中的腐蚀电流密度和腐蚀速率

根据表1，对三种接地材料在3份土壤介质中的腐蚀速率进行评价打分，打分结果见表7。

表7 三种接地材料在山东内陆某变电站取土样中的腐蚀速率评价打分

将所述三种接地材料在现场取土样中的腐蚀速率评分分数相加，得到总分为4，根据表2土壤腐蚀性评价等级判断该变电站土壤腐蚀性等级为2级，土壤腐蚀性弱。该接地工程区域不宜选择碳钢做接地材料，建议选择镀锌钢、铝铜合金作为接地材料。

根据多项指标法评价要求，在变电站土壤取样区域对土壤类型、土壤状况、土壤电阻率、含水量pH值、氧化还原电位等土壤腐蚀性影响因素进行测量分析，并根据标准《接地网土壤腐蚀性评价导则》DL/T 1554-2016中的多项指标评价判据，获得指标评价指数，结果见表8。

表8 变电站取样区域土壤指标分析及评价结果

将各土壤环境影响因素的评价指数相加，获得评价指数总和为-3。依据标准《接地网土壤腐蚀性评价导则》DL/T 1554-2016中的多项指标评价判据，该变电站土壤环境腐蚀性弱。评价结果与本发明评价方法一致。

实施例3

在山东某220kV在建变电站接地工程区域内选取三个不同位置进行现场土样采集，采用本发明所述的方法进行了典型标准试样极化曲线测试，对变电站接地工程土壤环境腐蚀性等级做出了评价。现场取土位置分别选在接地工程区域内的东北角、西南角和中心点区域。取样深度与接地材料埋设深度一致，距地面0.8m深处，每个取样点取土样重量均不小于2.5kg，并进行密封保存，确保土壤含水量不变。电化学测试采用PARA2273电化学工作站，工作电极为三种标准试样，参比电极采用硫酸铜电极，辅助电极采用石墨电极。三种标准电化学测试试样材质分别为：碳钢、镀锌钢和铝铜合金，测试面积均为1平方厘米，肉眼观察测试表面无划痕。极化曲线测试在室温下（25℃）进行，测试过程中土壤介质湿度与现场取样时保持一致。极化曲线测试参数为：电位扫描速度为0.333mV/s，扫描范围为相对于自腐蚀电位±250mV。

采用塔菲儿外延法对测得的极化曲线进行拟合, 获得三种典型标准试样在三份土壤介质中的腐蚀电流密度，然后根据法拉第定律计算出三种典型材料的腐蚀速率，结果见表9。

表9 三种标准试样在现场取土样中的腐蚀电流密度和腐蚀速率

根据表1，对三种接地材料在3份土壤介质中的腐蚀速率进行评价打分，打分结果见表10。

表10 三种接地材料在山东某在建变电站取土样中的腐蚀速率评价打分

将所述三种接地材料在现场取土样中的腐蚀速率评分分数相加，得到总分为6，根据表2土壤腐蚀性评价等级判断该变电站土壤腐蚀性等级为3级，土壤腐蚀性为中。该接地工程区域不宜选择碳钢和镀锌钢做接地材料，建议选择铝铜合金作为接地材料。

根据专利CN105910977A中的六项指标法，对该取土区域土壤环境腐蚀程度进行测试分析，以验证和对比本发明评价方法的准确性。在测试土壤区域对土壤电阻率、pH值、土壤质地、土壤含水量、土壤含盐量、氯离子含量六项土壤腐蚀性主要因素进行测量分析，并根据专利中的指标评价方法进行评价打分，结果见表11。

表11 土壤腐蚀性六因素单项指标检测及打分

六项指标合计打分值为13分，根据专利CN105910977A中土壤腐蚀性评价判据判断测试土壤腐蚀性等级为3级，土壤腐蚀性为中，与本发明评价方法结果一致。

Claims (6)

1.一种接地工程土壤腐蚀性的室内快速评价方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）采集接地工程区域内的土样；（2）测试接地工程用金属碳钢、镀锌钢和铝铜合金的极化曲线；（3）对测得的极化曲线进行拟合，计算出接地工程用金属的腐蚀速率。

2.根据权利要求1所述的快速评价方法，其特征在于，所述对测得极化曲线进行拟合得到腐蚀电流密度,通过腐蚀电流密度计算出接地工程金属的腐蚀速率；

上述评价方法还包括对所述接地工程金属在土壤中的腐蚀速率做如下评价：接地金属有i=1,2,3种金属，每种金属在j=1,2,3个取样点的土壤中测试，收集3个取样土壤点的腐蚀速率R,根据R数据对金属在土壤中的腐蚀速率进行分析打分N_ij，其评分标准如下：

碳钢接地材料腐蚀速率评分标准为：R_Fe＜1g/(dm²·a)，N_1j为0分；R_Fe≥1g/(dm²·a)，N_1j为1分；镀锌钢接地材料腐蚀速率评分标准为：R_Zn＜1.5g/(dm²·a)，为N_2j为0分；R_Zn≥1.5g/(dm²·a)，N_2j为1分；

铝铜合金接地材料腐蚀速率评分标准为：R_AlCu＜0.75g/(dm²·a)，N_3j为0分；R_AlCu≥0.75g/(dm²·a)，N_3j为1分；将所述三种接地材料在现场取土样中的腐蚀速率评分分数相加，得到总分为N，确定输变电接地工程土壤环境腐蚀等级，其评价等级如下：N=N₁₁++N₁₂+N₁₃+N₂₁+N₂₂+N₂₃+N₃₁+N₃₂+N₃₃，N≥8为4级，腐蚀性最强；8＞N≥5为3级，腐蚀性为中；2＜N＜5为2级，腐蚀性为弱；N≤2为1级，腐蚀性为微。

3.根据权利要求1所述的快速评价方法，其特征在于，步骤（2）所述的接地工程金属碳钢、镀锌钢和铝铜合金极化曲线测试具体包括以下内容：将接地工程金属试样放置在三电极测试系统中，以接地工程金属为工作电极，选取接地工程金属试样1cm²面积作为测试面，三电极测试系统中石墨电极作为辅助电极，硫酸铜电极作为参比电极。

4.根据权利要求1所述的快速评价方法，其特征在于，步骤（2）所述碳钢牌号为Q235，成分以质量百分比计为碳0.14%-0.22%、锰0.3%-0.65%、硅≤0.3%、硫≤0.05%、磷≤0.045%；所述镀锌钢为在Q235钢上热浸镀锌，锌层厚度为86-100μm；所述铝铜合金成分以质量百分比计为铜3%-5%、稀土0.1%-0.3%、铁<0.5%、硅<0.5，剩余为铝。

5.根据权利要求1所述的快速评价方法，其特征在于，步骤（2）测试接地工程金属的极化曲线的参数为：电位扫描速度为0.333mV/s，扫描范围为相对于自腐蚀电位±250mV。

6.根据权利要求1所述的快速评价方法，其特征在于，步骤（2）所述的极化曲线测试温度为25℃。