CN115537818B - 一种用于无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋结构金属腐蚀防护方法领域，涉及了一种用于无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护方法。通过合适规格的电导线按照一定方法连接无档链状结构各个链环部分，当其全部浸入海水中时与辅助阳极和参比电极分别构成回路，恒电位仪释放的电流通过辅助阳极流入海水介质，经过被保护链状结构流回恒电位仪负极，对链状结构产生阴极保护；与参比电极构成的回路可以测量表面电位，确保其在保护电位范围内。辅助阳极材料使用钌铱钛或钌钽钛等混合金属氧化物，形状为棒状或板状。本发明解决了金属链状结构的电连续性差，难以应用外加电流阴极保护的问题，可应用于海水环境下金属链状结构的腐蚀防护。
Description
技术领域
本发明属于金属腐蚀防护的外加电流阴极保护领域，特别是涉及一种用于浮式海洋平台的无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着海洋工程装备和技术的不断进步，人类对于海洋资源的开发及利用逐渐由浅海向深海区域发展。浮式海洋平台是深海资源开采和储存的重要基础设施，它不同于近海固定式海洋平台，其主要依靠系泊链在海中定位和固定。一般海洋平台设计运行年限长达20-30年，这要求系泊链需能够在海水长期腐蚀中不发生断裂，此外系泊链服役过程中还受到风、波浪等恶劣和复杂的环境载荷作用。深海海域中更换系泊链的施工难度大，成本高昂，所以对系泊链进行防护，延长其服役寿命具有重要意义。
目前，研究主要通过改善系泊链钢成分及制造工艺来提高其力学及防腐蚀性能从而延长系泊链使用寿命，系泊链防护通常采取涂层方式，但涂层功能单一，在系泊链摩擦、应力下易失效，无法实现长周期腐蚀防护的效果。外加电流阴极保护具有保护周期长、环境友好、可根据环境变化调节电流等优点，目前多应用在石油管道、连管架平台等刚性金属结构，但由于电连通或者电导率的问题无法在柔性链状结构上进行应用。
专利CN109724871A公开了一种R6级系泊链阴极保护下慢拉伸试验装置，对带有螺纹的柱状拉伸试样进行电化学参数测量、测量环境控制，模拟在海水中阴极保护的环境，完成R6级系泊链析氢下慢应变速率拉伸试验，但该技术仍属于刚性结构的阴极保护，对于非刚性的、无档系泊链链状结构因其电连通性难以实施外加电流阴极保护的问题未有涉及。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种可行且保护效果良好的用于无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种用于无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护装置，包括：无档链状结构、恒电位仪、辅助阳极、参比电极；
所述无档链状结构的各个链环部分与导线相连，并浸渍在海水中；
所述无档链状结构一端与恒电位仪的负极相连，所述恒电位仪的正极与辅助阳极相连，构成第一回路；
所述无档链状结构的另一端、参比电极分别与电压测量装置相连，构成第二回路。
相对于其他腐蚀防护方法的优点，本发明具有环境友好，污染小，外加电位可根据环境调整的优势。
本发明的第二个方面，提供了一种用于无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护方法，采用上述的装置对无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护。
本发明提供了一种将外加电流阴极保护应用在无档系泊链链状结构的方法，解决了柔性链状结构难以应用外加电流阴极保护方法的问题。
本发明的有益效果
(1) 本发明针对由于电连通性差或者电导率低而导致无法在无档系泊链链状结构上应用外加电流阴极保护法的问题，提出了通过按照一定顺序使用导线连接链环的解决方法。本发明为外加电流阴极保护在无档系泊链链状结构上应用提供可能，使得链状结构获得涂料和其他金属腐蚀防护方法所不具备的保护周期长、环境友好的外加电流阴极保护。
(2)本发明装置结构简单、操作方便、实用性强，易于推广。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示例性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明中的无档系泊链链状结构的连接方法。
图2是本发明中无档系泊链链状结构的外加电流保护方法的装置及电位测量方法。
图3是本发明实施例1中的无档系泊链链状结构在不同电流下阴极保护电位分布。
图4是本发明实施例1中的无档系泊链链状结构的腐蚀速率。
其中，1：无档系泊链链状结构，2：电导线，3：恒电位仪，4：海水（腐蚀介质），5：辅助阳极，6：电压测量设备，7：饱和KCl的Ag/AgCl参比电极。
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，本发明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。
一种用于无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护方法，所述无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护方法包括，通过合适规格的电导线按照一定方法连接无档链状结构各个链环部分，使无档系泊链链状结构性达到一定电导率；无档系泊链链状结构全部浸入海水中时与辅助阳极构成回路，通过恒电位仪为辅助阳极供电，电流经海水到达链状结构，链状结构发生阴极极化，产生阴极保护；使用电压表或万用表或其他电压测量设备，通过与参比电极构成的回路测量无档系泊链链状结构表面电位，确保其在保护电位范围内。
在一些实施例中，所述无档系泊链链状结构通过合适规格的电导线按照一定方法连接，连接方法是将链环水平直线部分的中间位置与电导线连接，另一端连接至相邻链环的异测水平直线部分，如图1所示。
在一些实施例中，无档系泊链链状结构链环间连接所使用电导线应是多芯单股或多股的电导线，具有高柔性的线身，不应是单芯单股硬铜线。
在一些实施例中，无档系泊链链状结构的连接方法是使用铝热焊或锡丝焊或其他焊接方式，当不破坏被保护物时也可使用螺栓紧固的物理连接方式。
在一些实施例中，按照一定方法连接后，连接点处应使用硅橡胶或环氧树脂或防水材料做密封处理。
在一些实施例中，所述辅助阳极材料使用钌铱钛或钌钽钛等混合金属氧化物，形状为棒状或板状；辅助阳极与导线连接，采用螺栓连接的方法，并对连接处使用防水和放氯气的涂料进行处理。
在一些实施例中，所述辅助阳极和无档系泊链链状结构应同时全浸于海水中时，恒电位仪正极、负极分别与连接辅助阳极的导线一端连接和被保护无档系泊链链状结构连接。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
如图1所示，本发明所述无档系泊链链状结构1通过合适规格的电导线2按照一定方法连接，连接方法是将链环水平直线部分的中间位置与电导线2连接，另一端连接至相邻链环的异侧水平直线部分。
如图2所示，本发明所述的用于无档系泊链链状结构1的外加电流保护方法，包括以下步骤：
无档系泊链链状结构1全部浸入海水4中时与辅助阳极5构成回路，恒电位仪3为辅助阳极5供电，电流经海水4到达链状结构，链状结构发生阴极极化，产生阴极保护；使用电压表或万用表或其他电压测量设备6，通过与参比电极7构成的回路测量无档系泊链链状结构表面电位，确保其在保护电位范围内。
本发明解决外加电流阴极保护在无档系泊链链状结构上因电连通性而难以应用问题，并对该方法下的保护效果进行评价，证实方法的可行性，为系泊链长期腐蚀防护方法提供思路。
下面结合两个试验对本发明的技术效果作详细的描述。
试验一采用材质为20Mn2A，自然垂直下长度为1m，由42个直径8mm的链环组成链条作为试样2。将电导线两端分别连接两个相邻链环，连接位置为链状中部，即距链环端部21mm处，使链状结构实现电连通，具体方法如图1所示，为便于叙述将该试样称为试样2E。
以试样2一端作为零点，在0 m、0.135 m、0.256 m、0.364 m、0.460m、0.593m、0.741m、0.872m、1 m处进行不同电流下表面电位的测量，调整外加电流大小后等待5分钟，待电位值稳定后测量。测量过程在与空气连通的室温（20℃）环境下进行。结果如下：
对于电连通下的试样2E，各点电位随着电流增大逐渐负移，并且电位均匀一致，差值不超过10 mV；电流为0.2A时，试样2E各点的电位均达到保护电位范围。试样2零点处（与恒电位仪负极连接链环）电位随着电流的增大逐渐负移，电流为0.03A时电位为-1.116V，达到保护范围。但零点外其他位置的电位，随着电流增加均未发生明显负移。当阳极输出电流为0.08A时，零点处电位为-1.220V，处于过保护状态，其他位置电位仍在-0.55 V~ -0.65 V之间，始终无法达到保护电位范围内。此外，当电流大于或等于0.08A时，可以观察到零点处链环表面产生连续的微小气泡而相邻链环无变化，说明零点处保护电位已经达到析氢的电位范围，H+在电极和溶液界面发生还原反应，H2释放产生小气泡。综上所述，通过图1中方法，满足了链状结构阴极保护电位的均匀分布。阴极保护电位分布如图3所示。
试验二采用材质为20Mn2A，5个直径8mm的相同链环组成的链条，称为试样1。按照本发明中所述方法对试样1中相邻链环进行连接，为便于叙述称为试样1E。将试样1和ICCP下试样1E浸泡在模拟海水中腐蚀10天、30天、60天、90天，腐蚀过程处于室温（20℃），且容器敞口与空气连通。腐蚀浸泡前称重，记为M0。腐蚀后取出，去除腐蚀产物后，称重记为M1。
根据下式计算腐蚀速率，
其中Vcorr表示试样的腐蚀速度（g/m2）；M0表示试样腐蚀前的质量（g）；M1表示试样腐蚀并清理后的质量（g）；S表示试样的表面积（m2）；T表示试样的腐蚀时间（h）。结果如下：
试样1E腐蚀速率明显低于试样1腐蚀速率，腐蚀速率随着腐蚀时间延长逐渐降低，表面本发明所述的一种用于无档系泊链状结构的外加电流阴极保护方法的保护效果良好，不同时间下的腐蚀速率如图4所示。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明属于海洋结构金属腐蚀防护方法领域，涉及了一种用于无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护方法。通过合适规格的电导线按照一定方法连接无档链状结构各个链环部分，当其全部浸入海水中时与辅助阳极和参比电极分别构成回路，恒电位仪释放的电流通过辅助阳极流入海水介质，经过被保护链状结构流回恒电位仪负极，对链状结构产生阴极保护；与参比电极构成的回路可以测量表面电位，确保其在保护电位范围内。辅助阳极材料使用钌铱钛或钌钽钛等混合金属氧化物，形状为棒状或板状。本发明解决了金属链状结构的电连续性差，难以应用外加电流阴极保护的问题，可应用于海水环境下金属链状结构的腐蚀防护。
Claims (10)
1.一种用于无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护装置，其特征在于，包括：无档链状结构、恒电位仪、辅助阳极、参比电极；
所述无档链状结构的各个链环与导线相连，并浸渍在海水中；
所述无档链状结构一端与恒电位仪的负极相连，所述恒电位仪的正极与辅助阳极相连，构成第一回路；
所述无档链状结构的另一端、参比电极分别与电压测量装置相连，构成第二回路；
自然垂直下长度为1m，由42个直径8mm的链环组成链条作为试样2；将电导线两端分别连接两个相邻链环，连接位置为链环中部，使链状结构实现电连通；
以试样2一端作为零点，在0 m、0.135 m、0.256 m、0.364 m、0.460m、0.593m、0.741m、0.872m、1 m处进行不同电流下表面电位的测量，调整外加电流大小后等待5分钟，待电位值稳定后测量，检测阴极保护。
2.如权利要求1所述的用于无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护装置，其特征在于，所述无档链状结构的各个链环部分与导线相连的方法为：将链环水平直线部分的中间位置与电导线连接，另一端连接至相邻链环的异侧水平直线部分。
3.如权利要求1所述的用于无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护装置，其特征在于，所述导线为多芯单股或多股的电导线，具有高柔性的线身。
4.如权利要求1所述的用于无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护装置，其特征在于，所述无档系泊链链状结构的连接方法为焊接或螺栓紧固。
5.如权利要求4所述的用于无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护装置，其特征在于，所述焊接包括：铝热焊、锡丝焊。
6.如权利要求1所述的用于无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护装置，其特征在于，无档系泊链链状结构的连接点处使用硅橡胶或环氧树脂做密封处理。
7.如权利要求1所述的用于无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护装置，其特征在于，所述辅助阳极材料使用混合金属氧化物，形状为棒状或板状；辅助阳极与导线连接，采用螺栓连接的方法，并对连接处使用防水和放氯气的涂料进行处理。
8.如权利要求7所述的用于无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护装置，其特征在于，所述混合金属氧化物为钌铱钛或钌钽钛。
9.一种用于无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的装置对无档系泊链链状结构进行外加电流阴极保护。
10.权利要求9所述的用于无档系泊链链状结构的外加电流阴极保护方法，其特征在于，无档系泊链链状结构全部浸入海水中时与辅助阳极构成回路，通过所述恒电位仪为辅助阳极供电，电流经海水到达链状结构，链状结构发生阴极极化，产生阴极保护；使用电压表或万用表或其他电压测量设备，通过与参比电极构成的回路测量无档系泊链链状结构表面电位，确保其在保护电位范围内。
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