CN109668822B - 一种接地极附近土壤腐蚀性及埋地金属防腐效果评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种接地极附近土壤腐蚀性及埋地金属防腐效果评估方法，包括以接地极极心为圆点，将接地极所在区域进行扇形划分；测量上述扇形区域的土壤地电位分布，绘制地电位分布曲线示意图；在具有代表性的地电位分布区域确定埋设点；在上述确定好的埋设点进行研究用标准腐蚀指示片的埋设；腐蚀周期结束后进行上述指示片的腐蚀速率分析，并进行腐蚀性评估。该方法简单易行，数据真实可靠，可达到掌握接地极附近区域腐蚀状况，为后续的防腐措施的针对性提出提供数据支持，从而达到接地极附近埋地金属构筑物防腐的目的。
Description
技术领域
本发明属于直流腐蚀技术领域，涉及一种直流腐蚀评估方法，具体涉及一种接地极附近土壤腐蚀性及埋地金属防腐效果评估方法。
背景技术
随着我国电力系统规模的扩大，输电功率的增加，输电距离的增大，不同电网之间的联网与送电等实际需求，使特高压直流输电得到了广泛的应用。我国的特高压直流输电系统全部采用双极两端中性点接地方式，正式投产后为双极运行方式，故障时采用单极运行。采用单极—大地运行方式运行时，直流接地极将作为工作电流的返回通道，数千安级的大电流流经接地极并通过大地流向另一极。双极运行实际上是由两个可独立运行的单极—大地运行系统组成，运行时两极在地中的电流方向相反，当两极电流相等时，地回路中的电流为零。但是在双极运行时允许有不大于额定电流的0.5%的电流作为不平衡电流从接地极流过。电流在地中流动时，由于土壤的电阻作用，地中会形成一定梯度的地电场，场中的金属结构如变电站接地网、输电线路杆塔接地体、铠装地下电缆、输油输气管道等就会受到地电场影响而发生电化学腐蚀。由于埋地材料一般为金属材料，属于电子导体，而土壤是多种盐组成的离子导体，当电能在电子导体与离子导体之间转换时，两相界面必然会发生氧化还原反应，以实现电量的转移，因此无论是单极—大地运行时的工作电流，还是双极运行时的不平衡电流，电流流出的一极都将作为阳极发生电化学腐蚀。这种腐蚀会加速埋地金属材料的破坏，大大缩短埋地金属材料的使用寿命，严重威胁埋地构筑物的安全运行。
长期以来，科研人员为探索直流接地极电流对埋地金属的腐蚀与防护措施，需要掌握现场腐蚀数据及腐蚀性强度等基础资料。但是对于直流接地极现场腐蚀评估的方法，目前尚未发现有关文献报道。所以，提供一套切实可行的直流腐蚀评估方法是当前亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种接地极附近土壤腐蚀性及防腐效果评估方法，该方法简单易行，数据真实可靠，可达到评价接地极附近区域腐蚀状况，为后续的防腐措施的针对性提出提供数据支持，从而保障接地极附近埋地金属构筑物防腐的目的。
为达到上述目的，本发明所述一种接地极附近土壤腐蚀性及防腐效果评估方法，包括以下步骤：
步骤1、以接地极极心为圆心，将接地极所在区域划分为n个扇形的测试区域，n为不小于3的正整数；并且尽量保证所划分的扇形区域地面平整、土质均匀；
步骤2、测量各测试区域内的土壤地电位分布，在各测试区域选择若干个具有代表性的地电位分布处作为一组埋设点，具有代表性的地电位分布处指在同一测试区域内，距离接地极极心距离相等的圆弧上，地电位最高处；
步骤3、在上述埋设点处埋设一组腐蚀指示片，埋设之前称量各腐蚀指示片的质量WO；
步骤4、腐蚀周期结束后，挖出腐蚀指示片，清除腐蚀产物，然后称量被腐蚀后的腐蚀指示片质量WR，然后根据公式计算腐蚀指示片的腐蚀速率，然后根据腐蚀指示片的腐蚀速率评价埋设点的土壤腐蚀性；
（1）
公式（1）中，V为试样的腐蚀速率；W O 为试样腐蚀前的重量；W A 为试样腐蚀后经清除腐蚀产物后的重量；W R 为清除腐蚀产物时同种材料空白试样的校正失重；S为试样的表面积；t为试样的浸蚀时间。
进一步的，步骤1中，对接地极外圆环外侧2km范围内地电位梯度进行测试。
进一步的，步骤2中，n组埋设点均分布于接地极假想圆的法线方向上，同组埋设点在水平方向相距200±10m。
进一步的，各组埋设点距离接地极最近的埋设点位于基准圆周上。
进一步的，步骤3中，在腐蚀指示片称重之前，对腐蚀指示片进行表面除油、除锈、清洗以及烘干。
进一步的，步骤3中，称重后，将若干腐蚀指示片用多芯铜导线电连接，形成一组腐蚀指示片，每组腐蚀指示片包括m个腐蚀指示片，m＞1。
进一步的，同一组腐蚀指示片放在同一个埋设点处，同一组中相邻两个腐蚀指示片的水平距离为10cm，同一组腐蚀指示片埋设深度相同。
进一步的，步骤3中，同一个埋设点处，埋设未经防护的腐蚀指示片以及施加不同防腐措施的腐蚀指示片；步骤4中，根据公式（1）计算未经防护的腐蚀指示片以及施加不同防腐措施的腐蚀指示片的腐蚀速率，然后对比同一个埋设点中的不同组腐蚀指示片的腐蚀速率，以及采用相同的防腐措施的腐蚀指示片在不同埋设点腐蚀速率，根据计算的腐蚀速率对不同的防腐方式进行防腐效果评估。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果，本发明直接在接地极附近现场测量腐蚀指示片的质量变化，依次计算腐蚀速率然后评估土壤腐蚀性，同时在同一个埋设点埋设没有施加防腐措施的腐蚀指示片以及施加不同防腐措施的腐蚀指示片，然后进行对比，并以此对进行不同的防腐措施效果评估，可将土壤腐蚀性评估和防腐效果评估前期设计埋设点、布置腐蚀指示片，采集不同腐蚀指示片前后重量的变化同时进行，大大节约了工作量；同时和在实验室进行的接地极土壤腐蚀性评估相比，不需要将现场的土壤采集至实验室，然后进行标记等一系列工作，且采集至实验室后，环境与现场环境还是有差别，所以测量数据不够准确；与利用计算机软件模拟土壤腐蚀性的方法相比，不需要建模，不需要研究边界条件，易于实施。且不会因为边界条件选取的不合适而影响评价结果。
进一步的，步骤1中，对接地极外圆环外侧2km范围内地电位梯度进行测试即可，因为超过极外圆环外侧2km后，接地极对埋在土中的金属设备的干扰几乎没有。
进一步的，步骤2中，n组埋设点均分布于接地极假想圆的法线方向上，因为法线方向上杂散电流干扰呈梯级减小，对埋地金属的干扰程度逐渐减弱。
进一步的，各组埋设点距离接地极最近的埋设点位于基准圆周上，此处杂散电流干扰程度最强。
进一步的，步骤3中，在腐蚀指示片称重之前，对腐蚀指示片进行表面除油、除锈、清洗以及烘干，提高测量结果的准确性。
进一步的，步骤4中，称重后，将若干腐蚀指示片用多芯铜导线电连接，形成一组腐蚀指示片，每组腐蚀指示片包括m个腐蚀指示片，m＞1，以此可形成对照组，取均值，保证数据准确可信。
进一步的，同一组腐蚀指示片放在同一个埋设点处，同一组中相邻两个腐蚀指示片的水平距离为10cm，同一组腐蚀指示片埋设深度相同，可保证腐蚀环境均一。
附图说明
图1为本发明的俯视示意图；
附图中：1、测试区域；2、基准圆周；3、腐蚀指示片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1，一种接地极附近土壤腐蚀性评价方法，包括以下步骤：
步骤1、进行接地极外圆环外侧2km范围内地电位梯度测试，以接地极极心为圆点，按照地电位梯度，绘制地电位分布曲线，将接地极所在区域电位接近的划分在同一个区域中（电位接近的区域视为土壤成分、含水量相近和地质条件相同的区域），共划分为4份扇形的测试区域。其中，地电位梯度的具体测量方法参照专利一种接地极电位分布测量方法，申请号为201610346221.3；
步骤2、在上述各扇形的测试区域1内选择具有代表性的地电位分布处确定A、B、C和D共4组埋设点。具有代表性的地电位分布处指在同一测试区域1内，距离接地极极心距离相等的圆弧上，地电位最高的点。优选的，每组埋设点均分布于接地极假想圆的法线方向上，自圆心开始逐渐向外编号，依次为A1~An、B1~Bn、C1~Cn、D1~Dn、......，同组埋设点水平方向相距200±10m，各组埋设点的1号埋设点选择在接地极外环附近3-5m范围内，也即基准圆周上；
步骤3、在实验室内对腐蚀指示片进行表面除油、除锈、清洗、烘干处理，对腐蚀指示片称重，记录原始质量，并将若干腐蚀指示片用1.5平多芯铜导线进行电连接，形成一组腐蚀指示片，每组腐蚀指示片包括m只（m为大于1的整数，例如5）腐蚀指示片。
步骤4、将腐蚀指示片放入埋设点处，在每个埋设点挖一个1m³-1.5m³的坑，用电连接的腐蚀指示片放在同一个埋设点处，同一组中相邻两个腐蚀指示片的水平距离为10cm；埋设深度相同，均为0.8-1.0m。
步骤5、腐蚀周期（根据具体试验要求规定）结束后进行上述腐蚀指示片的开挖、腐蚀形貌记录、酸洗、称重，根据公式（1）进行腐蚀速率计算，从而进行直流接地极附近土壤腐蚀性等级评估，评估土壤腐蚀性等级，具体评估方法可参照《DL/T 1554-2016 接地网土壤腐蚀性评价导则》。
（1）
式中V一试样的腐蚀速率，g/(cm2·h)；
W O —试样腐蚀前的重量，g；
W A 一试样腐蚀后经清除腐蚀产物后的重量，g；
W R —清除腐蚀产物时同种材料空白试样的校正失重，g；
S—试样的表面积，cm2；
t一试样的浸蚀时间，h。
一种接地极附近土壤防腐效果评估方法，包括以下步骤：
步骤1、进行接地极外圆环外侧2km范围内地电位梯度测试，以接地极极心为圆点，按照地电位梯度，将接地极所在区域电位接近的划分在同一个区域中，共划分为3-8份扇形的测试区域。其中，地电位梯度的具体测量方法参照专利一种接地极电位分布测量方法（申请号：201610346221.3）；
步骤2、在上述扇形的测试区域各确定n组（n为大于等于1的整数）埋设点，并且n组埋设点均分布于接地极假想圆的法线方向上，自圆心开始逐渐向外编号，依次为A1~An、B1~Bn、C1~Cn、D1~Dn、......，同组埋设点水平方向相距200±10m，各组1号埋设点选择在接地极外环附近3-5m范围内，也即基准圆周上；
步骤3、在实验室内对腐蚀指示片进行表面除油、除锈、清洗、烘干处理，对腐蚀指示片称重，记录原始质量，并将若干腐蚀指示片用1.5平多芯铜导线进行电连接，形成一组腐蚀指示片，每组腐蚀指示片包括m只（m为大于1的整数，例如5）腐蚀指示片，腐蚀指示片包括未经防护的腐蚀指示片以及施加防腐措施的腐蚀指示片或他型式的腐蚀试样，施加防腐措施的腐蚀指示片包括施加不同防腐措施的腐蚀指示片。
步骤4、将腐蚀指示片放入埋设点处，在每个埋设点挖一个深度为1m的体积为1m³-1.5m³的埋设坑，每个埋设坑中根据需要放置若干组腐蚀指示片，至少包括两组，一组为未经防护的腐蚀指示片，其余组为施加不同防腐措施的腐蚀指示片，所有埋设坑中放置的腐蚀指示片的数量和类型相同。同一个埋设坑中的同一组中相邻两个腐蚀指示片的水平距离为10cm；不同组的腐蚀指示片埋设深度相同，均为0.8-1.0m。
步骤5、腐蚀周期（根据具体试验要求规定）结束后进行上述腐蚀指示片的开挖、腐蚀形貌记录、酸洗、称重，根据公式（1）进行腐蚀速率计算，然后对比同一个埋设点中的不同组腐蚀指示片的腐蚀速率，以及采用相同的防腐措施的腐蚀指示片在不同埋设点腐蚀速率，从而对不同的防腐方式进行防腐效果评估。
本发明以接地极极心为圆点，将接地极所在区域进行扇形划分；测量上述扇形区域的土壤地电位分布，绘制地电位分布曲线示意图；在具有代表性的地电位分布区域确定埋设点；在上述确定好的埋设点进行研究用标准腐蚀指示片的埋设；腐蚀周期结束后进行上述指示片的腐蚀速率分析，并进行腐蚀性评估。该方法简单易行，数据真实可靠，可达到掌握接地极附近区域腐蚀状况，为后续的防腐措施的针对性提出提供数据支持，从而达到接地极附近埋地金属构筑物防腐的目的。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种接地极附近土壤腐蚀性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、以接地极极心为圆心，将接地极所在区域划分为多个扇形的测试区域；
步骤2、测量各测试区域内的土壤地电位分布，在各测试区域选择若干个具有代表性的地电位分布处作为一组埋设点，具有代表性的地电位分布处指在同一测试区域内，距离接地极极心距离相等的圆弧上，地电位最高处；
步骤3、在步骤2确定的每个埋设点处埋设一组腐蚀指示片，埋设之前称量各腐蚀指示片的质量WO；
步骤4、腐蚀周期结束后，取出腐蚀指示片，清除腐蚀产物，称量被腐蚀的腐蚀指示片质量WR，然后根据公式计算腐蚀指示片的腐蚀速率，然后根据腐蚀指示片的腐蚀速率评价埋设点的土壤腐蚀性；
（1）
公式（1）中，V为试样的腐蚀速率；W O 为试样腐蚀前的重量；W A 为试样腐蚀后经清除腐蚀产物后的重量；W R 为清除腐蚀产物时同种材料空白试样的校正失重；S为腐蚀指示片的表面积；t为试样的浸蚀时间；
步骤3中，称重后，将若干腐蚀指示片用多芯铜导线电连接，形成一组腐蚀指示片，每组腐蚀指示片包括m个腐蚀指示片，m＞1；
步骤3中，同一个埋设点处，埋设未经防护的腐蚀指示片以及施加不同防腐措施的腐蚀指示片；步骤4中，根据公式（1）计算未经防护的腐蚀指示片以及施加不同防腐措施的腐蚀指示片的腐蚀速率，然后对比同一个埋设点中的不同腐蚀指示片的腐蚀速率，以及采用相同的防腐措施的腐蚀指示片在不同埋设点腐蚀速率，根据计算的腐蚀速率对不同的防腐方式进行防腐效果评估。
2.根据权利要求1所述的一种接地极附近土壤腐蚀性评估方法，其特征在于，步骤1中，对接地极外圆环外侧2km范围内的地电位梯度进行测试。
3.根据权利要求1所述的一种接地极附近土壤腐蚀性评估方法，其特征在于，步骤2中，n组埋设点均分布于接地极假想圆的法线方向上，同组埋设点在水平方向相距200±10m。
4.根据权利要求3所述的一种接地极附近土壤腐蚀性评估方法，其特征在于，各组埋设点距离接地极最近的埋设点位于基准圆周上。
5.根据权利要求1所述的一种接地极附近土壤腐蚀性评估方法，其特征在于，步骤3中，在腐蚀指示片称重之前，对腐蚀指示片进行表面除油、除锈、清洗以及烘干。
6.根据权利要求1所述的一种接地极附近土壤腐蚀性评估方法，其特征在于，同一组腐蚀指示片放在同一个埋设点，同一组中相邻两个腐蚀指示片的水平距离为10cm，同一组腐蚀指示片埋设深度相同。
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