CN109540982B - 大范围电位及电流条件下金属真实极化曲线的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大范围电位及电流条件下金属真实极化曲线的测试方法，属于电化学技术领域。该方法首先确定现场待测地点，然后装备待测金属试片，并按照参比电极和辅助电极，再安装与连接监测设备，进而进行极化曲线测试最后进行数据处理及大范围电位及电流条件下金属真实极化曲线的获取。通过可调大量程直流电源为金属电极施加极化电流，通过电流表记录回路电流，然后使用高速开关周期性断开极化回路，使用电压表记录金属试片的通、断电电位，最后通过数据处理获得在现场环境中大范围电位及电流条件下金属试片的真实极化曲线。该方法便于在现场环境下实施，测试得到的极化电位准确，可靠性强；同时操作方便，技术可行且经济。

Description

大范围电位及电流条件下金属真实极化曲线的测试方法
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，特别是指一种大范围电位及电流条件下金属真实极化曲线的测试方法。
背景技术
由于我国经济快速发展，油气管道系统、输电系统、交通运输系统不断兴建投运，各系统之间不可避免的存在共用“公共走廊”的情况，因此油气管道受到杂散电流干扰的案例与日俱增，极大威胁到管道系统的运营安全。近年来，随着高压直流输电系统的不断建设，长输管道受高压直流干扰日益严重，在一些干扰案例中，受干扰管段管地电位可正向或负向偏移数百伏，所采用监测试片上泄漏电流密度可达几十mA/cm2。这种直流干扰的干扰幅度、距离等远远超过一般案例，管道金属有很高的腐蚀风险或氢脆风险，但目前尚没有针对此干扰的腐蚀评判标准和缓解控制标准。
为了研究大幅直流干扰下金属管道的极化特性、评估危害风险，需要获得管道金属在大范围电位及电流条件下真实极化曲线。并且，在大幅值电位及电流条件下，金属表观电位往往包含很高的IR降误差，并不能反映金属真实的极化特性。因此，在大幅极化过程中如何有效消除IR降、获得真实极化电位及极化曲线成为高压直流干扰下极化特性研究的重点和难点。现有的极化曲线测试方法大多基于实验室内电化学工作站，其工作量程较小，消除高量级IR降的能力较弱，且不便于在实际干扰现场使用，无法满足现场实际环境下的测试需求。目前亟需提出适合干扰现场使用的大范围电位及电流条件下金属试片真实极化曲线测试方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大范围电位及电流条件下金属真实极化曲线的测试方法，以解决传统极化测试中测试范围小、电位测试误差大，无法满足现场测试需要等问题，提高极化曲线测试的应用范围、地点和准确性。
该方法包括步骤如下：
(1)现场待测地点确定：根据现场实际情况，选取代表性的土壤环境地点作为待测地点；
(2)待测金属试片准备：待测金属试片保留特定面积的工作表面，一般为1或6.5cm2，其余表面进行绝缘密封，同时测试电缆从待测金属试片绝缘部分引出，将待测金属试片埋设到待测地点，待测金属试片工作面与土壤紧密接触，将待测金属试片上方的土壤压实；
(3)参比电极安装：将参比电极埋设到待测金属试片工作面附近，参比电极应尽量靠近待测试片，二者间接保持2～3mm，参比电极与待测金属试片同深且与土壤紧密接触，参比电极上有电缆引出；
(4)辅助电极安装：将辅助电极埋设到远离待测金属试片的位置，二者间距应大于工作电极等效直径的10倍，埋设地点与待测金属试片同深，辅助电极正对待测金属试片工作面，辅助电极面积大于待测金属试片工作面，辅助电极与土壤紧密接触，辅助电极上有电缆引出；
(5)监测设备安装与连接：将待测金属试片、辅助电极视情况与可调直流电源的正、负极连接，待测金属试片支路中串联一部开关和一部电流表；将待测金属试片与参比电极通过一部电压表连接；
(6)极化曲线测试：待测金属试片开路电位稳定后，手动调节直流电源的输出使待测金属试片电位稳定变化，同时周期性的断开开关，通过监测电流表与电压表的变化获得待测金属试片在不同电位和电流密度下的通、断电电位数据及电流密度；
(7)数据处理及大范围电位及电流条件下金属真实极化曲线的获取：根据步骤(6)中监测获得的电流与通、断电电位数据，由电流和待测金属试片的面积计算得到待测金属试片的电流密度，获得待测金属试片电流密度与断电电位的关系图，即为在现场环境下获得的真实极化曲线。
其中，步骤(1)中待测地点为河流、湖泊或海洋环境。
步骤(1)中待测地点远离附近交流、直流干扰源，以免对金属试片极化曲线测试产生干扰。
步骤(2)中待测金属试片与待研究的金属结构物材质相同。
步骤(3)中参比电极为铜/饱和硫酸铜参比电极、饱和甘汞参比电极、锌参比电极、银/氯化银电极等中的一种，安装时参比电极不能接触待测金属试片工作面。
步骤(4)中辅助电极为混合金属氧化物辅助阳极、铂辅助阳极、高贵铸铁辅助阳极、碳棒、废弃的钢管、扁铁、角钢等中的一种。辅助电极的工作表面应大于待测金属试片的工作表面，保证较大的外表面积，以减小接地电阻并使回路电流均匀分布。
步骤(5)中监测设备安装与连接具体为：
在测试待测金属试片阳极极化曲线时，将待测金属试片连接直流电源正极，将辅助电极连接直流电源负极；
在测试待测金属试片阴极极化曲线时，将待测金属试片连接直流电源负极，将辅助电极连接直流电源正极。
步骤(6)中极化曲线测试具体为：将开关闭合，调节直流电源输出至待测金属试片电位发生微小变化，当电压表读数稳定时记录此时电流表读数，然后快速断开开关，记录通、断电电位变化，并再次闭合开关；重复以上步骤，不断增大直流电源输出电流和电压直至达到所考察的电位及电流范围。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
(1)本发明提出的大范围电位及电流条件下金属真实极化曲线的现场测试方法，在传统的极化曲线测试中应用了断电法，可以有效消除大范围电位及电流条件下的IR降，获得现场环境下金属试片与环境界面上真实极化信息，为获得高压、特高压直流干扰下现场环境中金属的极化特性提供了重要手段。该方法测试得到的极化电位准确，可靠性强；同时操作方便，技术可行且经济。
(2)本发明提出的方法所需设备与材料较少，仅需在现有的电极电位测试技术的基础上增加一部可调直流电源、一部电流表和一部快速开关，操作方便，技术可行且经济。
(3)由于本发明方法适用于在现场实际环境中开展，操作便捷，其测试结果更加反映实际环境情况，准确性更高。
附图说明
图1为本发明的大范围电位及电流条件下金属真实极化曲线的测试方法所用装置示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种大范围电位及电流条件下金属真实极化曲线的测试方法，如图1所示，该方法所涉及装置按图示连接，具体步骤如下：
(1)现场待测地点确定：根据现场实际情况，选取代表性的土壤环境地点作为待测地点；
(2)待测金属试片准备：待测金属试片保留1或6.5cm2的工作表面，其余表面进行绝缘密封，同时测试电缆从待测金属试片绝缘部分引出，将待测金属试片埋设到待测地点，待测金属试片工作面与土壤紧密接触，将待测金属试片上方的土壤压实；
(3)参比电极安装：将参比电极埋设到待测金属试片工作面附近，参比电极应尽量靠近待测试片，二者间接保持2～3mm。参比电极与待测金属试片同深且与土壤紧密接触，参比电极上有电缆引出；
(4)辅助电极安装：将辅助电极埋设到远离待测金属试片的位置，二者间距应大于工作电极等效直径的10倍，埋设地点与待测金属试片同深，辅助电极正对待测金属试片工作面，辅助电极面积大于待测金属试片工作面，辅助电极与土壤紧密接触，辅助电极上有电缆引出；
(5)监测设备安装与连接：将待测金属试片、辅助电极视情况与可调直流电源的正、负极连接，待测金属试片支路中串联一部开关和一部电流表；将待测金属试片与参比电极通过一部电压表连接；
(6)极化曲线测试：待测金属试片开路电位稳定后，手动调节直流电源的输出使待测金属试片电位稳定变化，同时周期性的断开开关，通过监测电流表与电压表的变化获得待测金属试片在不同电位和电流密度下的通、断电电位数据及电流密度；
(7)数据处理及大范围电位及电流条件下金属真实极化曲线的获取：根据步骤(6)中监测获得的电流与通、断电电位数据，由电流和待测金属试片的面积计算得到待测金属试片的电流密度，获得待测金属试片电流密度与断电电位的关系图，即为在现场环境下获得的真实极化曲线。
下面结合具体实施例予以说明。
本实施例提出的真实极化电极测定方法适用于某长输管道服役现场位置金属试片的真实极化曲线测定。
一处长输管道服役现场，环境为土壤，管道材质为X80钢，埋设深度1.5m。管道受直流干扰，需要测试X80钢的真实极化曲线，其中最大极化电流密度为50mA/cm2。
(1)准备真实极化曲线测试所需材料。其中金属试片采用与管道相同材质的X80钢，面积为1cm2，测试前使用800#砂纸需对试片表面进行打磨至光亮；参比电极为铜/饱和硫酸铜电极，使用前经过校正；辅助电极为40mm*4mm*1m镀锌扁铁。购置400V、1A的可调直流电源1台，万用表2部(其中1部调整为电压表模式，1部调整为电流表模式)，高速开关1部，2.5mm2电线若干。
(2)确定待监测点。通过资料调研与实地测试，找出该服役环境的最典型土壤，在该土壤环境中进行极化测试。通过实时监测该区域管道电位波动，确定一般交流、直流干扰发生的时间，在干扰时间以外进行测试以排除其他干扰的影响。
(3)电极安装与设备连接。在所确定待监测点位置埋设金属试片、参比电极与辅助电极，各电极埋设深度均为1.5m，且电极表面用土壤压实，使其与土壤充分接触。参比电极表面与试片间隔5cm，扁铁辅助电极与金属试片间隔1m。按图1所示连接各电极与电源、电压表、电流表、开关。
(4)金属试片开路电位测试。待测金属试片埋设1h后，使用电压表测试试片的开路电位，待开路电位稳定后进行极化测试。
(5)金属试片真实极化测试。将开关闭合，调整直流电源为恒流输出模式并以较小电流输出，通过电流表观测并记录该电流为i1，待电压表读数稳定后，快速断开开关，记录断开瞬间的电压表读数为P1，再快速闭合开关。略增大直流电源输出，重复以上步骤，记录i2、i3……，以及P2、P3……，至直流电源输出为50mA，记录in以及Pn。
(6)极化曲线数据处理。计算电流密度jn＝in/A，其中A为金属试片工作面积。使用电流密度的对数为横坐标、电位为纵坐标，将所测的P1、P2……Pn对j1、j2……jn做图，即得到X80钢试片的真实极化曲线。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种大范围电位及电流条件下金属真实极化曲线的测试方法，其特征在于：包括步骤如下：
(1)现场待测地点确定：根据现场实际情况，选取代表性的土壤环境地点作为待测地点；
(2)待测金属试片准备：待测金属试片保留工作表面，其余表面进行绝缘密封，测试电缆从待测金属试片绝缘部分引出，将待测金属试片埋设到待测地点，待测金属试片工作面与土壤紧密接触，将待测金属试片上方的土壤压实；
(3)参比电极安装：将参比电极埋设到待测金属试片工作面附近，参比电极与待测金属试片距离2-3mm，参比电极与待测金属试片同深且与土壤紧密接触，参比电极上有电缆引出；
(4)辅助电极安装：将辅助电极埋设到远离待测金属试片的位置，辅助电极与待测金属试片间距大于工作电极等效直径的10倍；埋设地点与待测金属试片同深，辅助电极正对待测金属试片工作面，辅助电极面积大于待测金属试片工作面，辅助电极与土壤紧密接触，辅助电极上有电缆引出；
(5)监测设备安装与连接：将待测金属试片、辅助电极视情况与可调直流电源的正、负极连接，待测金属试片支路中串联一部开关和一部电流表；将待测金属试片与参比电极通过一部电压表连接；
(6)极化曲线测试：待测金属试片开路电位稳定后，手动调节直流电源的输出使待测金属试片电位稳定变化，同时周期性的断开开关，通过监测电流表与电压表的变化获得待测金属试片在不同电位和电流密度下的通、断电电位数据及电流密度；
(7)数据处理及大范围电位及电流条件下金属真实极化曲线的获取：根据步骤(6)中监测获得的电流与通、断电电位数据，由电流和待测金属试片的面积计算得到待测金属试片的电流密度，获得待测金属试片电流密度与断电电位的关系图，即为在现场环境下获得的真实极化曲线；
所述步骤(2)中待测金属试片与待研究的金属结构物材质相同；
所述步骤(5)中监测设备安装与连接具体为：
在测试待测金属试片阳极极化曲线时，将待测金属试片连接直流电源正极，将辅助电极连接直流电源负极；
在测试待测金属试片阴极极化曲线时，将待测金属试片连接直流电源负极，将辅助电极连接直流电源正极；
所述步骤(6)中极化曲线测试具体为：将开关闭合，调节直流电源输出至待测金属试片电位发生微小变化，当电压表读数稳定时记录此时电流表读数，然后快速断开开关，记录通、断电电位变化，并再次闭合开关；重复以上步骤，不断增大直流电源输出电流和电压直至达到所考察的电位及电流范围。
2.根据权利要求1所述的大范围电位及电流条件下金属真实极化曲线的测试方法，其特征在于：所述步骤(1)中待测地点为河流、湖泊或海洋环境。
3.根据权利要求2所述的大范围电位及电流条件下金属真实极化曲线的测试方法，其特征在于：所述步骤(1)中待测地点远离附近交流、直流干扰源，以免对金属试片极化曲线测试产生干扰。
4.根据权利要求1所述的大范围电位及电流条件下金属真实极化曲线的测试方法，其特征在于：所述步骤(3)中参比电极为铜/饱和硫酸铜参比电极、饱和甘汞参比电极、锌参比电极、银/氯化银电极中的一种，安装时参比电极不能接触待测金属试片工作面。
5.根据权利要求1所述的大范围电位及电流条件下金属真实极化曲线的测试方法，其特征在于：所述步骤(4)中辅助电极为混合金属氧化物辅助阳极、铂辅助阳极、高贵铸铁辅助阳极、碳棒、废弃的钢管、扁铁、角钢中的一种。
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