杨 涛，曹 备，吴荫顺，和宏伟，杨 江

（1.北京科技大学 腐蚀与防护中心，北京100083；2.北京市燃气集团有限责任公司，北京100011）

随着国民经济的迅速发展，大型电气化铁路、输电线等交流供电线路的大规模建立。根据路权择优的原则，交流供电线路与埋地管线通常并行或者交叉布置。这就导致交流电流输送过程中产生的交流杂散电流对埋地管线产生交流干扰和诱发交流腐蚀。根据研究表明，在交流干扰的影响下，传统的阴极保护准则-850mV阴极保护电位不再适用［1］。本工作针对交流干扰影响破坏阴极保护系统，探究新的适用于交流干扰下的阴极保护准则［2］。

1 试验

试验装置见图1。试验装置由两条回路组成，一条是由信号发生器、1 000Ω电流密度的标准电阻、碳棒以及试样组成的干扰回路，负责对试样施加交流干扰；电流密度用来确定流过试样表面的干扰。另一条是测量回路，由ps-268A测试仪、试样和碳棒组成的，负责对试样进行测量以及提供阴极保护。此外，在测量回路中的碳棒一端加入5μF的电容并在干扰回路中的碳棒一端加入10H的电感线圈，使干扰和测量两条回路避免互相干扰。

图1 试验装置图

试验材料为Q235钢，试验介质为北京地区土壤模拟溶液，成分配比：0.25%NaCl＋0.1%NaNO3＋0.1%Na2SO4＋0.05%Na2CO3（纯化学试剂配制）。首先利用ps-268电化学工作站分别进行0，30，50，70，100A·m-2交流干扰下-0.035mA·cm-2恒电流极化试验。然后利用交流信号发生器将流过浸泡于模拟溶液中的试样表面交流电流密度分别确定为0，30，50，70，100A·m-2，同时利用pS-268电化学工作站进行不同电位的恒电位极化试验。本工作保护电位值均相对于饱和硫酸铜参比电极（CSE）。交流干扰信号为50Hz方波。试验过程中，试样浸入模拟溶液中后延迟10min双电层稳定后进行极化，极化时间均为200min。

2 结果与讨论

2.1 恒电流极化试验

图2为不同交流电流密度干扰下-0.035mA·cm-2恒电流下保护电位随时间的变化图。由图2可见，在无交流干扰情况下-0.035mA·cm-2恒电流极化下得到的保护电位基本稳定在-900mV左右，当交流干扰存在时，保护电位曲线出现波动。当存在交流干扰时，保护电位波动范围内的电位值较无干扰情况下向正向移动，并且随着干扰增大，整个波动范围有整体向正向移动的趋势。这说明交流干扰有阳极极化的作用，与阴极极化有相反的趋势。

图2 不同交流电流密度干扰下-0.035mA·cm2恒电流极化图

无交流干扰存在情况下，保护电流密度用于金属表面上阴极保护膜的建立与维持，在过度保护的情况下（达到析氢过电位）提供析氢反应电流密度，即提供溶液中去极化作用需要的电荷。当交流干扰存在时，保护电流密度又要提供交流干扰带来的阳极极化作用所消耗的电荷。由此，传统的阴极保护准则不再适用。

2.2 交流杂散电流密度干扰下保护电流密度趋势曲线试验

按照试验装置图连接好试验电路，测量各个干扰下保护电流密度随时间的变化曲线，通过线性拟合后得到的斜率判断曲线的趋势，改变极化电位寻找最小阴极保护电位。

图3 无交流干扰情况下恒电位极化图

图3 为无干扰下的各个恒电位极化图。由图3可见，当极化电位为-800mV时，保护电流密度曲线呈现水平趋势。

图4为在30A·m-2交流电流密度干扰下的各个趋势曲线图。

图4 30A·m-2交流干扰下恒电位极化图

图4中曲线在交流干扰影响下出现了小范围密集的波动，这是由于交流干扰破坏了双电层并且阻碍了双电层的稳定存在，所以为了保持恒定的电位，保护电流密度必将上下波动以抵抗交流干扰的影响。由图4还可发现，当极化电位为-850mV时，曲线呈现出水平趋势。

50A·m-2交流干扰下曲线也出现了波动（见图5），由曲线的趋势判断-915mV为此干扰下的出现水平趋势的电位。

图5 50A·m-2交流干扰下恒电位极化图

图6 与图7所示分别为70A·m-2与100A·m-2交流干扰下的趋势曲线图，出现水平趋势的极化电位分别为-955mV和-990mV。

由以上趋势曲线可以发现，在不同的极化电位下，保护电流密度随时间的变化曲线出现了上升、水平以及下降三种情况。这是由于阴极极化是抵抗去极作用和交流干扰阳极极化作用的过程，当极化电位恰好可以提供合适驱动力的时候，曲线趋于水平，驱动力过高时曲线上升而过低时曲线下降。

图8为最小阴极保护电位确定因素图。结合以上的分析以及保护电流密度的作用得出结论：当曲线为上升趋势的时候，对试样的保护处于过保护状态；当曲线为下降趋势的时候，对试样的保护为欠保护状态；而当曲线为水平趋势的时候就是希望得到的最小（最正值）阴极保护电位。

图8 交流干扰下极化驱动力分析图

图9为通过对以交流电流密度为横坐标以最小阴极保护电位为纵坐标的各个点进行拟合可以得到最小阴极保护电位曲线。

由图9中曲线可以得出最小阴极保护电位的限值公式。在0～100A·m-2交流电流密度干扰范围内，最小阴极保护电位限值公式为：

图9 最小阴极保护电位拟合曲线图

式中：Ep为确定交流电流密度干扰下的相应最小阴极保护电位，mV；JAC为交流干扰电流密度，A·m-2。

利用公式可以在已知交流干扰电流密度的情况下计算出在该干扰下应提供阴极保护电位的最正值，对埋地管线施加有效保护进行指导帮助或者评估已有保护是否达到保护要求；在已知埋地管线阴保电位的情况下，可以计算得到此电位可抵抗的最大交流干扰电流密度，作为相应阴保下埋地管线腐蚀风险评价准则。总而言之，当保护电位负于或等于一定交流干扰电流密度下的最小阴极保护电位，保护为有效保护；在一定阴极保护电位保护下，干扰电流密度大于此保护电位可抵抗的最大交流干扰，埋地管线存在腐蚀危险。

3 结论

（1）交流干扰可以破坏阴极保护系统，其对于溶液中的试样具有阳极极化作用，原有阴保准则只考虑溶液反应带来的去极化作用而忽略了阳极极化驱动力导致经典的阴极保护电位准则失效。

（2）通过保护电流密度随时间的变化曲线趋势可以得到交流干扰下的最小阴极保护电位：当曲线为上升趋势的时候，对试样的保护处于过保护状态；当曲线为下降趋势的时候，对试样的保护为欠保护状态；而使曲线为水平趋势的电位为最小阴极保护电位。

（3）在0～100A·m-2交流干扰电流密度范围内的最小阴极保护电位限值公式为Ep＝-1 030＋230／［1＋（JAC／52）×2.4］。

［1］杜晨阳，曹备，吴荫顺.交流电干扰下-850mV（CSE）阴极保护电位准则的适用性研究［J］.腐蚀与防护，2009，30（6）：655-659.

［2］杜晨阳，曹备，吴荫顺.交流干扰下新的保护电位准则的探讨［J］.腐蚀与防护，2010，31（8）：847-850.