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土壤腐蚀性表征

发布时间:2018-07-19 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1104

虽然影响土壤腐蚀性的因素有着相互的联系和影响,然而却难以找出它们之间与腐蚀性的直接相关性,因为在不同的条件下,某一因素的影响可能会出现完全不同的情况,例如钢的孔蚀深度在矿质土壤含水量为11%~13%时最大,而在泥炭中含水量为82%~92%时最大,它表明影响土壤腐蚀性的性质不但相当多,而且十分复杂,表明土壤腐蚀性的表征有着明显的条件依赖关系。土壤腐蚀性的表征参数与方法主要包括土壤电阻率、土壤化学参数、腐蚀性指数和模型预测等。

(一)土壤电阻率

一些国家和地区普遍采用土壤电阻率来表征土壤的腐蚀性(大庆石油管理局油田建设设计研究院1985a),由于土壤电阻率和土壤质地、松紧程度、有机质含量、土壤温度、含水量和含盐量等有着十分密切的关系,它是土壤导电能力大小的指标。土壤腐蚀性一般可按土壤电阻的大小分级,我国石油工业部将土壤腐蚀性分为三个等级,即强、中和弱,所对应的土壤电阻率(Ω·m)分别为<20,20~50和>50。然而,电阻率与腐蚀性的关系在不同的土壤中可能有不同的表现(金名惠等2001),用土壤电阻率来判断金属材料在土壤中的腐蚀速度有时会出现误判,例如在华南地区的一些酸性土壤中,金属材料的腐蚀速度不是随土壤电阻率的增大而减小,反而有增大的现象;研究者从分析土壤的各种性质入手,利用物理化学原理讨论了土壤电阻率的本质及其影响因素,结合电极过程动力学理论,阐述了电迁移对金属在土壤中腐蚀电极过程的明显影响,从而说明了误判的原因,表明单独利用电阻率来判别土壤中金属管道腐蚀性具有一定的局限性。

(二)土壤化学参数

除了土壤的电阻率与管道腐蚀密切相关外,亦有研究表明(董宝山2007), pH,HCO3-和Na+是最为主要的影响因子。根据区域性土壤腐蚀分级分类技术,利用这三个因子建立了土壤腐蚀分级的回归方程:

P=1.896X1+10.653X2+ 4.097X3-14.492         (11-38)

式中,P为一年期腐蚀率,g/dm2·a;X1为pH;X2为HCO3-离子百分含量;X3为Na+离子百分含量。研究将腐蚀程度分为三个等级,即:T级(轻腐蚀),P<2.9;Ⅱ级(中腐蚀),2.9≤P≤4.2;Ⅲ级(重腐蚀),P>4.2。方程可预测埋地管道所处不同环境的腐蚀等级及腐蚀速率。

(三)腐蚀性指数

上壤腐蚀性影响因素多,相互间又有交互作用,美国ANSI(美国国家标准学会)标准中关于土壤腐蚀性的评价,主要考虑了土壤电阻率、pH,氧化还原电位、硫化物和湿度等;德国DIN标准(德国工业标准)中关于土壤的腐蚀性的评价,主要考虑了土壤性质(土壤电阻率、含水量、pH、硫化物、中性盐、硫酸盐、水平和垂直方向土壤均匀状况),埋设位置的地下水情况和构筑物对地电位等。我国原石油部标准中关于土壤腐蚀性的评价,主要吸纳了中科院腐蚀所和东北输油管理局的科研成果,提出土壤腐蚀电流密度和试片失重相结合的方法(陶雪荣等2005)。在腐蚀因素较复杂的地区,可用腐蚀性指数之和来确定腐蚀程度(大庆石油管理局油田建设设计研究院1985b),当其>0时,几乎无腐蚀;0~-4时,弱腐蚀;-5~-10时,中等腐蚀;<-10时,强腐蚀。

(四)腐蚀模型

BP神经网络技术被广泛应用于输油气管道腐蚀速度预测的研究中,但由于其收敛速度慢等弱点,该方法的预测效率及精度都不高口作为一种改进方法,利用优化混合算法神经网络模型,对金属管道腐蚀速率进行了成功的预测(佟立强等2009);实践表明,该模型提高了网络的学习效率和预测评判的精度,可以作为油气集输管道腐蚀速率预测的良好工具之一。

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