储罐底板缝隙对阴极保护屏蔽行为研究

刘洪志，胡鑫怡

（中国民用航空飞行学院绵阳分院，四川 绵阳 621000）

储罐作为油气储运过程中的重要一环，是油气站库的重要组成部分。目前，针对储罐底板的外腐蚀防护多采用深井阳极式阴极保护方式，但是，由于储罐占地面积较大，在日常的运维过程中，由于地面沉降、底板腐蚀等问题，储罐底板与地基之间不可避免地存在缝隙结构，缝隙结构对阴极保护电流存在一定的屏蔽作用，导致储罐底板存在腐蚀死角，对储罐底板的安全运行带来了安全隐患。同时，由于储罐底板所处的复杂环境，如微生物、高盐浓度等，使得阴极保护死角的底板腐蚀问题更加恶劣。因此，本文通过自行设计的楔形缝隙腐蚀实验装置，分析了缝隙结构对阴极保护的屏蔽作用。

1 实验设置

如图1所示，为模拟储罐底板缝隙的楔形缝隙腐蚀实验装置，其中上下盖板采用透明玻璃板，开口处缝隙角度为1°；分别于距离开口处0～15cm、每隔3cm设置一处试片（分别命名为1#～6#试样），在试片位置分别设置参比电极（饱和甘汞电极，SCE）和辅助电极（铂电极，Pt）用于测试电化学曲线，电化学工作站采用普林斯顿2273。在本文中，缝隙结构的阴极保护采用直流稳压电源和可调电阻箱来实现，通过1#试样（开口处，距离为0）的电位来标定缝隙结构所施加的阴极保护电位，在本文中设置为-1V（相对SCE，忽略饱和甘汞参比电极与饱和硫酸铜参比电极的0.0224V电位差）。

图1 模拟储罐底板缝隙的楔形缝隙腐蚀实验装置

测试电化学曲线时，首先，应该确定系统是否处于稳定状态，在本文中的判定标准为：金属试样的开路电位在300s内波动不超过±5mV，认为系统处于稳定状态。测试极化曲线扫描电位范围为±250mV（相对开路电位），数据分析采用PowerSuite软件。

试片采用Q235钢，主要成分如表1所示。每个试片通过丙酮-无水乙醇-去离子水清洗后在背面焊接一根导线，用于电化学测试，测试面积为1×1cm2，通过环氧树脂将测试试样封装在楔形缝隙装置的下盖板；实验溶液采用分析纯NaCl和去离子水配置，质量分数为3%；设置实验温度为25℃。

表1 Q235钢主要成分（质量分数，%）

2 结果与讨论

图2为未施加阴极保护和施加阴极保护-1.0V时不同位置试样的极化曲线，表2为极化曲线拟合结果。从图中可以看出，在不同的阴保条件下，不同位置试片极化曲线均处于活化状态，阳极区域无明显的钝化区间，而阴极曲线段出现氧扩散控制特征。这是因为在楔形缝隙腐蚀中，在实验初期，缝隙内外氧气浓度充足，以氧的去极化过程为主（阳极：Fe→Fe2++2e-；阴极：O2+2H2O+4e-→4OH-）；随着实验的进行，由于缝隙结构的闭塞作用，缝隙外氧气难以扩散进入缝隙内部，由此形成了缝内为阳极、缝外为阴极的氧浓差电池，缝隙内部发生金属离子的水解，导致缝隙内部酸化以及外部阴离子向内迁移，因此，在长时间的实验过程中，缝隙内部阴离子堆积，从图3所示的腐蚀电位变化规律来看，随着缝隙深度的增加，腐蚀电位越负；但是，如前所述，由于氧浓差电池的形成，缝隙深度越大，腐蚀速率越大，腐蚀电流密度也就越大。

表2 施加阴极保护前后不同位置处试样极化曲线拟合结果

图2 施加阴极保护前后不同位置处试样极化曲线

但是当施加了-1.0V阴极保护后，从图3所示的腐蚀电位可以看出，在不同位置的试样腐蚀电位基本约为-1.0V，但是，事实上，随着缝隙深度的增加，阴保电流难以流入缝隙内部，导致不同位置试样的极化程度不同，如图4所示，缝隙深度越大，极化程度（施加阴保后的电位与自腐蚀电位的差值）越小，呈线性关系，由此体现出腐蚀缝隙对阴极保护的屏蔽作用。但是，在图3中，从腐蚀电流密度变化规律可以看出，当施加阴极保护后，1#～4#试样的腐蚀电流密度减小，而缝隙深处的5#和6#试样的腐蚀电流密度增大，说明1#～4#试样受到了阴极保护作用，同时，由于极化程度的不同，虽然减小了缝隙内外的电位差，减小了缝隙腐蚀的驱动力，但是增加了缝隙的闭塞程度，缝隙内金属阳离子水解更加促进了缝隙内部的酸化，加剧了缝隙内部的腐蚀过程。

图3 不同位置试样腐蚀电位和腐蚀电流密度

图4 施加阴极保护后不同位置试样的极化电位

为进一步明确腐蚀缝隙对阴极保护的屏蔽作用，实验结束后，通过标准除锈液除掉试样表面腐蚀产物，以缝隙最深处6#试样为例，通过施加阴极保护前后的腐蚀形貌对比进一步分析。从图5可以看出，施加阴极保护前后，6#试样均以明显的点蚀特征为主，但是，施加了阴极保护后，点蚀特征更加明显，分布更加均匀，腐蚀更加严重，由此可以证明，阴极保护加剧了缝隙深处金属的腐蚀程度。

图5 施加阴极保护前后6#试样的腐蚀形貌

3 结语

本文通过楔形缝隙腐蚀实验装置研究了缝隙对阴极保护的屏蔽行为，结果表明，缝隙深度与极化电位呈负向线性关系，缝隙深度越大，试样腐蚀电流密度越大，点蚀特征越明显，腐蚀越严重。