杂散电流腐蚀机理及防护措施教学教材

燃气管道杂散电流腐蚀及防护在燃气管道运行过程中，由于环境条件和管道使用维护等因素的不确定性，会导致管道表面产生一些杂散电流。

这些杂散电流的存在会给燃气管道带来一定的腐蚀风险，因此在燃气管道的设计、施工及运行过程中，需要考虑采取一些有效的措施，防止杂散电流对管道产生腐蚀损害。

本文将从杂散电流的产生机制、腐蚀机理以及防护措施三个方面进行阐述。

1. 杂散电流的产生机制燃气管道的杂散电流产生与周围环境及管道自身电化学池电位有关。

当管道连通另一电化学电位较低的构件或设施时，如果电位差超过一定值，就会产生杂散电流，从而引发管道腐蚀。

杂散电流可由线性和非线性两种方式产生。

1.1 线性杂散电流线性杂散电流主要受电源电位、管道电位和电路电阻的影响。

当电路中存在电位差，管道交流电阻和电位之间的电势差会产生电流，从而产生线性杂散电流。

其他因素如水分析、电解质浓度等也会影响杂散电流的大小。

1.2 非线性杂散电流非线性杂散电流往往是由高压直流线路通过电介质引起的，比如石油和天然气管道经过高压直流输电线路时就可能产生非线性杂散电流。

非线性杂散电流的幅度较大，可以对管道产生较大的腐蚀作用。

2. 腐蚀机理燃气管道在杂散电流的作用下，可能会发生如下几种腐蚀现象：2.1 金属腐蚀金属腐蚀是最为常见的一种腐蚀现象。

电流经过原本无需溶解的金属表面后，会发生电化学反应，并导致金属表面钝化层的破坏，随后金属的一部分物质就会溶解并脱落。

这样就会导致管道内部或外部的金属腐蚀。

2.2 极化腐蚀极化腐蚀是指金属表面在某些特定情况下，电化学反应速度升高而导致腐蚀的过程。

例如，在管道表面形成漏洞时，容易引起极化腐蚀。

2.3 应力腐蚀应力腐蚀是在金属表面承受着应力的情况下依然腐蚀的过程。

燃气管道由于其长期在应力状态下运行，如果存在杂散电流，则可能在管道表面形成多种应力，这就容易引起应力腐蚀。

2.4 脱化腐蚀脱化腐蚀则是指燃气管道表面物质溶解速度在电流作用下加快，这会导致管道内部物质脱落而形成腐蚀。

杂散电流腐蚀机理及防护措施一、背景介绍在工业生产中，随着科技的进步和发展，涉及到电子器件和各种金属设备的使用越来越广泛。

然而，我们也会遇到一些意想不到的问题，比如杂散电流腐蚀现象。

杂散电流腐蚀是一种电化学腐蚀现象，由于设备中的电子学元件和电线之间的电流路径不完全主导，所以产生了这种现象。

如何减少杂散电流对设备的损害，一直是工程师们尤为关注的问题。

二、腐蚀机理1.发生杂散电流的原因在不同状态下，电子元件和金属装置之间的电位差，导致内部电流的产生，从而出现了杂散电流的产生。

并且中介物质也是电化学反应的催化剂，强化电化学反应，加速了材料的腐蚀，使设备不可避免地出现了腐蚀现象。

2.电化学反应机理杂散电流腐蚀是一种电化学反应，其机理主要有以下几个过程：1）阴阳极反应所致的腐蚀当两种不同金属的材料同时存在于同一电解质中时，其间电位差会引起电流的流动。

金属中氧化物离子的流动，有时被电位差控制，产生了腐蚀现象。

2）金属在电场作用下腐蚀当电场强度超过电解质电势时，电解质中的离子将受到电场的约束，导致发生腐蚀现象。

3）金属在呼吸的过程中腐蚀在受湿气、氧气和空气中的金属构件，经过长时间的反复潮湿和干燥的过程，加剧了腐蚀现象的发生。

三、防护措施1.设计可靠的电路我国工业生产中，设计防护电路是杂散电流腐蚀防范工作的第一步。

同时，加强电子电气设备的设计和制造工艺，防止杂散电流的发生，可以有效避免毁坏设备的情况。

2.资料选择通过电解，构建材料对抗杂散电流腐蚀的能力和耐腐蚀性能强的组合材料。

3.使用低电容端子在电子电气设备的使用中，应尽量使用低电容的端子连接。

如果端子电容过高，会导致设备的工作电压精度下降，加速杂散电流的产生。

4.防止电离击穿在电子电气设备的使用中，必须避免电离击穿的情况发生，通过选择正确的电磁材料和电容电感规格，实现平衡装置的工作状态。

四、总结杂散电流腐蚀是电子电气设备中经常出现的问题，在工业生产中会给人们带来一定的损失。

地铁杂散电流腐蚀及其防护措施1 概述地铁具有运量大、安全舒适、运输成本低等优点,且与地面的交通工具互不干涉,因此成为解决城市交通拥挤紧张状态的有效途径。

目前地铁列车牵引动力一般用直流电,由设置在沿线的牵引变电所通过架空线或第三轨向列车馈送电量,并利用走形轨作为回流线路。

直流供电的地铁系统的走形轨本身具有电阻且走形轨对地做不到完全绝缘,所以有一部分电流从走形轨泄漏到大地。

这部分从走形轨漏出的电流被称为杂散电流又叫迷流。

杂散电流从走形轨漏出后,经过地铁的道床流入大地,然后从大地流回钢轨回流点。

若地铁附近有导电性能较好的埋地金属管线(如自来水管、煤气管道、电缆等),则有一部分杂散电流选择电阻率较低的埋地金属管线作为流通路径,在变电所附近从金属管线中流出流回变电所。

对于走形轨杂散电流是在远离变电所的地方流出,对于埋地金属管线杂散电流是从变电所附近的部位流出,由于土壤或其它介质的作用,金属体有电流流出的部位发生电解,使金属体遭受电化学腐蚀。

这种电化学反应易腐蚀地铁钢轨、地铁主体结构钢筋、地铁线路附近的埋地金属管线,减少埋地管线使用寿命,降低地铁主体结构的耐久性和强度,有时甚至造成灾难性的事故。

钢轨埋设在地表面,易于发现损坏状况,且便于更换,所以杂散电流腐蚀对其的危害不是很大;但由于地铁主体结构钢筋和埋地金属管线埋设在地下,其腐蚀情况不易察觉,所以杂散电流腐蚀对地铁主体结构钢筋和埋地金属管线的腐蚀危害是很大的。

例如从20世纪70年代开始运行的北京地铁一期工程的主体机构中的钢筋已发现有严重的杂散电流腐蚀;北京、天津地铁都有水管被侵蚀穿孔的情况;香港也曾因杂散电流腐蚀煤气管道引起煤气泄漏;在一些地铁运行历史较长的发达国家,杂散电流腐蚀同样严重,如英国曾发生过因为杂散电流腐蚀而发生的钢筋混泥土塌方事故。

可见,寻求减少杂散电流腐蚀危害的方法是非常重要的。

目前又是我国建设地铁的高潮时期,因此全面考虑杂散电腐蚀问题,设计合理的杂散电流防护方案具有一定的现实意义。

燃气管道杂散电流腐蚀及防护燃气管道是连接城市与城市之间天然气输送的重要管道，其安全性和可靠性对于人民生命财产安全和经济发展具有重要意义。

然而，在使用燃气管道的过程中，可能会出现一些意想不到的问题，其中之一就是杂散电流造成的腐蚀问题。

本文介绍燃气管道杂散电流腐蚀及防护的相关知识。

一、杂散电流的来源杂散电流（stray current）是指在地下电解质（如土壤、岩石）中产生的电流。

杂散电流是无序流动的，来源于各种电气设备、铁路、工厂等，甚至个人家用电器也会产生杂散电流。

这些电流在地下电解质中形成变化复杂的电磁场和电位分布，可能会导致管道腐蚀。

二、杂散电流腐蚀的危害杂散电流带有一定的电位，当燃气管道与地下物质接触时，可能会发生电解反应。

这种反应具有腐蚀性，会使燃气管道的金属表面逐渐被侵蚀，从而损坏燃气管道。

如果管道被侵蚀得足够厉害，不仅会损坏管道本身，而且还可能导致爆炸、泄漏等严重后果。

三、燃气管道杂散电流的防护为了保证燃气管道的安全和可靠性，需要采取一些措施来防止杂散电流腐蚀。

以下是几种有效的方法：1. 接地保护燃气管道需要进行电气接地，从而将燃气管道与地面的电位接通。

这样可以使燃气管道的电位与地面接近，从而减少管道的腐蚀。

此外，地电位降低也有助于减小管道与地面之间的电势差，降低杂散电流对管道的腐蚀作用。

2. 阴极保护阴极保护是一种通过为管道表面制造负电位，从而减少管道表面腐蚀的方法。

在燃气管道阴极保护中，常使用电流池来为管道表面提供负电位。

这样可以降低管道表面的电位，减小管道表面的腐蚀。

3. 隔离保护隔离保护是指将需要保护的燃气管道与可能产生杂散电流的设备、设施隔离开来，阻止杂散电流流入燃气管道。

这种保护方式需要对可能存在的电气设备、地铁、电缆等进行检测和隔离处理。

4. 路线设计燃气管道的路线设计也是减少杂散电流对燃气管道腐蚀的关键。

为了确保燃气管道的安全运行，应在管道敷设前进行地形勘察，选择地形较平坦的区域，减少管道敷设的长度和弯曲程度。

一、杂散电流干扰方式杂散电流是指在地中流动的设计之外的直流电，它来自直流的接地系统，如直流电气轨道、直流供电所接地极、电解电镀设备的接地、直流电焊设备及阴极保护系统等。

其中，以城市和矿区电机车为最甚。

它的干扰途径如图10-60所示。

从图中可以划分三种情况：图10-60 杂散电流干扰示意图1—供电所 2—架空线 3—轨道电流 4—阳极区5—腐蚀电流 6—交变区 7—阴极区1.靠近直流供电所的管道属于阳极区，杂散电流从管道上流出，造成杂散电流电解。

2. 在干扰段中间部位的管道属于极性交变区，杂散电流可能流入也可能流出。

当电流流出时，造成腐蚀。

3.在电机车附近的管道属于阴极区，杂散电流流入管道，它起着某种程度的阴极保护作用。

以上是一般规律。

实际上杂散电流干扰源是多中心的。

如矿区电机车轨道已形成网状，供电所很多，当多台机车运行时会产生杂乱无章的地下电流。

作用在管道上的杂散电流干扰电位如图10-61所示。

图10-61 杂散电流干扰电位曲线埋地钢质管道因直流杂散电流所造成的腐蚀称为干扰腐蚀。

因属电解腐蚀，所以有时也称电蚀。

这是管道腐蚀穿孔的主要原因之一。

例如：东北地区输油管道受直流干扰的约占5％，腐蚀穿孔事故原因的80%是由杂散电流引起的；北京地下铁路杂散电流腐蚀已经形成公害，引起了有关部门的重视。

随着阴极保护技术的推广应用，也会给地下带来大量的杂散电流。

如近些年来城市地下燃气管道给水管道、地下电缆等采用了外加电流保护，在它的阳极地床附近可能会造成阳极地电场干扰。

在被保护的管道(或电缆)附近可能会造成阴极电场的干扰。

其干扰形式如图10-62和图10-63所示。

其干扰范围与阳极排放电流和阴极保护电流密度成正比。

当单组牺牲阳极输出电流大于100mA时，也应注意其干扰。

二、杂散电流腐蚀的特点1.强度高、危害大埋地钢质管道在没有杂散电流时，只发生自然腐包蚀。

大部分属腐蚀原电池型。

腐蚀电池的驱动电位只有几百毫伏，而所产生的腐蚀电流只有几十毫安。

杂散电流腐蚀机理及防护措施地铁或轻轨一般采用直流电力牵引的供电方式,一般接触网(或第三轨)为正极,而走行轨兼作负回流线。

由于回流线轨存在着电气阻抗,牵引电流在回流轨中产生压降,并且回流轨对地存在着电位差,回流线对道床、周围土壤介质、地下建筑物、埋设管线存在着一定的泄漏电流,泄漏电流沿地下建筑物、埋设管线等介质至负回馈点附近重新归入钢轨,此泄漏电流即称迷流,又称地铁杂散电流。

地铁迷流主要是对地铁周围的埋地金属管道、电缆金属铠装外皮以及车站和区间隧道主体结构中的钢筋发生电化学腐蚀,它不仅能缩短金属管线的使用寿命,而且还会降低地铁钢筋混凝土主体结构的强度和耐久性,甚至酿成灾难性的事故。

如煤气管道的腐蚀穿孔造成煤气泄漏、隧道内水管腐蚀穿孔而被迫更换等。

另外,地铁迷流同时也对地铁沿线城市公用管线和结构钢筋产生“杂散电流腐蚀”,影响地铁以外沿线公共设施的安全及寿命。

本文结合我公司参与的多条地铁线施工和运营维护管理的经验,针对杂散电流腐蚀机理及防护措施方面浅谈管见。

1杂散电流腐蚀机理1.1杂散电流腐蚀机理地铁迷流对埋地金属管线和混凝土主体结构中钢筋的腐蚀在本质上是电化学腐蚀,属于局部腐蚀,其原理与钢铁在大气条件下或在水溶液及土壤电解质中发生的自然腐蚀一样,都是具有阳极过程和阴极过程的氧化还原反应。

即电极电位较低的金属铁失去电子被氧化而变成金属离子,同时金属周围介质中电极电位较高的去极化剂,如金属离子或非金属离子得到电子被还原。

地铁直流牵引供电方式形成的迷流及其腐蚀部位如图1所示。

图中,I为牵引电流,Ix、Iy分别为走行轨回流和泄漏的迷流。

由图1可得地铁迷流所经过的路径可概括为两个串联的腐蚀电池,即电池I:A钢轨(阳极区)+B道床、土壤+C金属管线(阴极区);电池II:D金属管线(阳极区)+E土壤、道床+F钢轨(阴极区)。

当地铁迷流由图1中A、D(阳极区)的钢轨和金属管线部位流出时,该部位的金属铁便与其周围电解质发生阳极过程的电解作用,此处的金属随即遭到腐蚀。

一、杂散电流防护措施1.1 杂散电流防护对地下车站结构钢筋焊接要求目的和方法1、天津市地下铁道二期工程牵引供电系统是以列车走行轨作为主要回流通路的直流供电系统，由于钢轨不可能长期完全绝缘于道床，特别是随着地铁的运营，道床受到污染，道床与钢轨之间的过渡电阻日益减小，就不可避免有直流电流从钢轨漏泄至道床结构及车站、隧道等其他结构和金属管线中，这些漏泄电流就称为杂散电流。

当这些电流由金属构件进入砼、土壤等介质时，对金属结构、管线就产生电腐蚀，该腐蚀称为杂散电流腐蚀。

2、为减少杂散电流和尽量避免杂散电流对地铁结构钢筋和金属管线的腐蚀及向地铁外扩散，应采取杂散电流防护措施，措施为：⑴通畅回路，即设立畅通的轨回流系统、正线走行轨绝缘安装。

⑵道床屏蔽网，即在道床内设置杂散电流主收集网。

⑶根据工程可行性情况，利用地下隧道、车站结构钢筋构成杂散电流辅助收集网，作为杂散电流防护的辅助防护措施。

1.2杂散电流防护原则1、地下车站结构钢筋的焊接，保证结构钢筋成为统一电气整体。

2、在地下车站结构缝两侧的侧墙及区间隧道与地下车站结构处两侧墙上引出结构钢筋连接端子（即辅助杂散电流收集网连接端子）。

其结构缝两侧的连接端子用95mm2橡胶绝缘铜线。

3、车站测量端子的设置原则：沿线路方向，在地下车站底层两侧侧墙的两端分别引出测量端子，每个车站共设4个测量端子。

4、排流端子的设置要求：在有牵引变电所的车站隧道底板的上、下行内侧分别引出1处排流端子，该端子要尽量设置在靠近牵此变电所处站台下方的电缆开孔位置处。

5、在区间盾构隧道内采用隔离法对盾构管片结构钢筋进行保护，届时将用电缆喧哗能两车站间端头结构缝的连接端子。

1.3 基本要求地下车站每个结构段的结构表层纵向钢筋、横向钢筋应电气贯通，若有搭接，应进行搭接焊接，搭接长度不应小于30mm。

相邻两个结构缝（施工缝、变形缝、诱导缝）之间为一个结构段。

在结构段两端第一、二排横向钢筋与其结构层内侧全部纵向钢筋进行焊接。