GB／T 40377-2021  金属和合金的腐蚀 交流腐蚀的测定 防护准则

6.1.2结构物上的交流电压

可接受的交流电压值取决于所选的交流腐蚀防护方案（见第7章及附录C）。因此，管 扰情况会影响防护措施的选择

6.2交流与直流电流密度

流密度参数来评价交流腐蚀可能性比使用通电电位或交流电压更可靠。但与管道上存在的电压相比， 电流密度不容易确定。原则上，电流密度可以通过扩散电阻、防腐层破损的形状以及交流电压计算得 到。该计算通常是不可行的，因为防腐层缺陷的几何形状以及它的表面积通常是不确定的。此外 照明标准，阴极 保护的应用显著地改变了扩散电阻以及给定电压下的电流密度。 只能借助试片或者探头估算电流密度。在使用试片或探头评估交流腐蚀可能性时，考虑该技术的 高限性是很重要的。电流密度的计算基于金属试片或探头的面积以及在试片或探头上测量的电流，电 流被平均到整个试片或探头的表面。然而，儿何形状可能造成试片或探头上电流分布的变化。通常在 试片或探头的边缘电流密度大于使用整个表面积计算的平均电流密度。此外，经常观察到的石灰质层 的形成能减少试片或探头的有效面积。该效应可导致对电流密度的低估

6.2.2交流电流密度

交流电流密度导致阳极和阴极电荷转移。电荷转移过程的详细解释参见附录F。该电流可消耗于 钢表面双电层电容的充电、氢的氧化（导致pH降低）、腐蚀产物的进一步氧化以及金属的氧化。金属的 氧化导致腐蚀。通常增大交流电流密度导致更多金属氧化和更高的腐蚀速率。然而，阳极电流并不是 影响腐蚀过程的唯一电流。阴极电流能减少已形成的氧化层并增大金属表面的pH值。 如果通过金属表面的电荷由金属氧化和氧化膜还原之外的反应消耗，高的交流电流密度未必引起 交流腐蚀。这是在低的阴极直流电流密度时的情况。因此，在基于交流电流密度对交流腐蚀可能性进 行判断时，需要额外考虑阴极直流电流密度。 不过，存在一个由经验确定的交流电流密度的下限，低于该限值时交流腐蚀的可能性极低（见第 章。

6.2.3高阴极直流电流密度

高直流电流密度导致更负的阴极保护水平以及管道表面高pH的形成。但是，在同时存在交流干 扰时，高pH的形成、扩散电阻的降低以及表面氧化物的还原会导致腐蚀速率的增加。 附录C和附录F给出了该过程的详细解释

6.2.4低阴极直流电流密度

6.2.5电流比值"I./La.”

根据交流电流密度情况不同，高的直流电流密度可能导致高的或者低的交流腐蚀速率。因此，两种 电流密度的比值可以用来评价腐蚀可能性。只要该比值低于某阈值（参见附录C），则不会出现交流腐 蚀，因为在阳极性半波的金属氧化被阻止了。利用该比值作为交流腐蚀可能性指标的一个重要优点是， 有关金属表面状况（例如形成的石灰质层）的不确定性被抵消掉了，计算时不需要金属表面精确的面积

交流腐蚀过程受到钢防腐层缺陷的电流密度控制，这取决于此处的电压和扩散电阻。扩散电阻受 到土壤电阻率的影响。通过经验确定了以下土壤电阻率参数与交流腐蚀风险的关系： 低于25Q·m：非常高的风险；

介于100Q·m和300Q·m之间：中等风险； 高于300Q·m：低风险。 附录B给出了更多关于土境组分对交流腐蚀风险影响的详细信息

通过探头确定腐蚀速率是评价交流腐蚀可能性的一个直接方法（见8.4.3）。基于实际测量的腐 率可以对复杂干扰情况进行评价

交流腐蚀只发生在与周边土壤直接接触的金属表面。通过金属/土壤界面的交流电流导致了金 化。对于没有破损点的防腐层，交流腐蚀的风险大大降低。 注：该方法是有局限性的，因为实践中很难保证管道没有防腐层破损点

诸如内检测之类的金属损失测量工具可以用于核实新建管道所采取缓解措施的有效性，以及识别 未采取缓解措施的已建管道上是否出现外部金属损失。 注：内检测工具的宽度和深度分辨率是检测金属损失时需要考虑的关键参数

更多信息参见附录C、附录G 有效的交流腐蚀控制也可通过测试腐蚀速率来验证

更多信息参见附录C、附录G， 有效的交流腐蚀控制也可通过测试腐蚀速率来验证

图1需要满足的电流密度范围

本条涵盖了第5章中确定的参数的测量技术。 主：意识到受交流系统干扰管道的测量相关安全问题是很重要的（稳态及故障状态）。 应使用符合GB4793.1规定的具有足够绝缘水平的设备和电缆。

8.1.2测试位置的选择

8.1.3测量参数的选择

8.1.4记录干扰水平的采样速率

测试的采样速率应与干扰的类型一致。高压电力系统的干扰通常需要分钟量级的采样 流和直流铁路干扰需要的采样速率为秒级

8.1.5测量设备的准确性

用于测量任何交流或直流电压的设备应是适用的。 测量设备的准确性仅是影响到测量不确定度的多个因素之一 注：在GB/T21246中给出了条件

8.1.6安装试片或探头计算电流密度

直流电位测量以及相关的设备使用方法参见GB/T21246。 在附录H中给出了电位测试设备准确性的指导。 在有交流干扰的管道上测量直流电位时，以下因素可能引起测量的不确定性。 a） 管道断电电位Er的测量通常取决于电压表的滤波特性以及读取数据前电流源断开的时间。 b）直流去耦装置，比如电容和二极管，可能影响直流电位以及直流电位测量。通过断电法测量的 结构物上断电电位E的可靠性可能受到此类设备的时间常数以及放电特性的影响， 感应交流电压会影响无IR降电位的测试， d） 通常来说（不考虑测试技术），叠加交流电压会使无IR降电位正向偏移且直流电流密度增加， 这反映了交流电压对直流极化的影响。 涉及测量的不确定性时，以上影响是比电压表的准确性更重要的因素。 注：在EN13509：2013的表1中给出了引起IR降的其他于扰源以及可用的测试方法

交流电压测试用于确定交流干扰的水平。 应使用可编程的数据记录仪在足够短的时间间隔（见8.1.4）内测量交流电压，捕捉稳态的长期 干扰。 交流电压的测试应相对于大地进行。附录I中给出了确定参比电极对地位置的方法。 在EN50443中进一步给出了交流电压的测试方法

8.4采用试片和探头的测试

8.4.1试片或探头的安装

试片或探头的安装方式应能代表管道的情况。应考虑以下各点。 试片或探头应安装在与管道本身所处的相同的土壤或回填料中。 试片或探头的几何结构（尺寸、形状、防腐层厚度、与防腐层之间的角度以及所模拟的防腐层缺 陷)影响扩散电阻，应予以考虑。根据第7章中所定义准则进行的测试应在表面积为1cm的 试片上进行

GB/T40377—2021

试片或探头不应造成或受到邻近试片或防腐层缺陷的电干扰，除非这是监测目标的一部分。 试片或探头应与周边土壤保持有效电接触，除非接触不良是监测目标的一部分。在安装过程 中，试片或探头周边的土壤应被压实以避免沉降及在试片或探头周边形成空隙。空隙会造成 试片或探头与周边土壤的不完全接触。 试片或探头可以用多种不同方法安装，例如： 一在被调查结构的建造期； 在对被调查结构进行开挖活动时； 使用螺旋钻探法（参见附录D）。 安装方法的选择取决于现场条件、开挖土壤的类型、涉及的成本以及是否能够与结构物进行电 车接

试片或探头电流（交流或直流)可以通过测量串联电阻上的压降来确定（见图2）。对于交流和直流 电流测量，串联电阻的电阻值应足够低以避免对系统的显著影响。对现场测试而言，1cm的试片或探 头对应的串联电阻通常是10Q左右

图2带有用于电流测试的串联电阻的试片或探头

试片或探头与管道之间的第一个连接线： 及进行阴极保护测量是至全关 的，而第二根连接线则会令测量更容易、更可靠而且消除了载流导体中的电压损失效应

8.4.3腐蚀速率测试

失重法测试要求预先安装失重试片。在经过一定运行时间后（几个月到几年），将试片开挖。如果 试片要送到实验室进行清洗、检查和称重，则参照GB/T16545中的步骤执行。该测试方法的优势是通 过目视检查可以提供腐蚀形貌、最大和平均腐蚀速率的详细信息。该测试方法的缺点是在开挖前无法 得到试片的信息。 使用特定的穿孔探头进行穿孔法测试（参见附录D）。试片壁厚腐蚀穿孔后，将产生一个信号。该 方法最大的优点是无须开挖就可以记录最大（局部）腐蚀深度。最大的缺点是只有当试片腐蚀穿孔后才 能得到信息。 电阻测试需要安装电阻探头（ERprobes）（参见附录D）。当腐蚀过程逐渐减小试片的厚度时，试 片电阻的增加反映了腐蚀速率。该方法的优点是可以连续的跟踪平均腐蚀速率并用于优化阴极保护的 水平。其主要缺点是对局部腐蚀速率的检测准确度低，除非探头发生了穿孔 通过腐蚀产物的库仑氧化反应也可以间接的识别交流腐蚀的过程（参见附录E）

8.5管道金属损失测试

内检测工具可用于验证金属损失的位置。如果测量精度和位置精度足够，则可以估算腐蚀速率（见6.

可以通过在建设期和运行期采取适当措施缓解交流腐蚀。以下所描述的方法可以单独使用也可 合应用。

9.2.1改变管道回填材料

因为不同的回填材料会影响到交流腐蚀的可能性，所以管道周围的主壤状况无为重要。 该缓解方法可以通过在管道建设阶段将管道埋设到沙中来实现。 在运行阶段无法确保管道在沙中的完全包覆状态，因回填沙可能流失、洗脱或者与其他土层混合， 隆低了初始保护方法的有效性

9.2.2安装绝缘接头

在管道合适的位置安装绝缘接头，以此方式中断沿看管道纵问电流的流动，可以降低交流电压。该 方法的效果依赖于干扰邻近长度的缩短， 注：绝缘接头的位置也依赖于直流杂散电流的存在， 在设计阶段可以使用数值模拟方法确定绝缘接头的位置（见参考文献[8]）。 在并行路由密集或高土壤电阻率（比如大于5002·m）的地区，该方法是有益的。在土壤电阻率 高的位置，缓解感应交流干扰的接地系统尺寸可能很庞大。 绝缘接头的位置应考虑交流和/或直流电流沿管道分布的连续性/不连续性

也可以通过在管道与电力线之间安装与管道不相连但是距离很近的绝缘导线来改善干扰状况。绝 缘导线的每端也都要接地。该方法被视为防止短期干扰的有效方法而不是降低长期干扰的方法。 无论如何应不使用裸导线，因为在对有防腐层缺陷的管道进行防腐层缺陷检测时，它们会产生不利 影响

9.2.4管道和/或电力线路路由优化

管道上的交流干扰情况主要取决于管道与高压电力线之间的接近程度和平行路由。增加管道与电 力线路由之间的距离可以实现对交流电压的缓解效果。 这个需求经常与降低环境影响而联合共用“能源走廊”的要求相矛盾

9.2.5电力线或管道建设

电力线铁塔的相导线或接地线的儿何布局对管道上感应电压的大小有影响，在电力线路或管道建 设期间需要考虑此问题。

通过安装接地系统缓解干扰状况是最常见的方法。 通常，使用水平或垂直安装的接地系统。使用哪种系统取决于当地土壤电阻率以及当地的施工条 件。接地系统应具有足够低的阻抗以实现感应电压下的交流腐蚀保护准则。通常该阻抗需要低于 10Q，典型情况通常需要低得多的阻抗值

9.3.1.2直接接地

不宜将管道直接连接到接地系统，尤其是使用铜接地系统时。也不宜将管道直接连接到锌或镁接 系统。以下是直接连接的缺点。 除了管道的阴极保护电流需求增加外，还应考虑阴极保护系统需求增加。 断电电位测试数据被误导。 阴极保护有效性受到影响。如果此情况存在，应特别注意有害的电偶电池（比如铜接地系统连 接到管道系统）。 当使用镁接地极排除交流电流时，其使用寿命可能较短。 锌或镀锌钢缆在土壤中用作接地系统时，会随时间逐渐变为更阳极性的趋势。因此接地系统 会消耗越来越多的阴极保护电流，这将对管道的防腐蚀系统产生不利影响。 由于阴极保护电流的应用，直接接地系统可能逐渐覆盖一层钙质层，这对其交流腐蚀缓解的有 效性将产生负面影响

9.3.1.3管道通过直流去耦合装置进行间接接地

为避免直接跨接的缺点，接地系统通常不会直接连接到管道上，而是通过去耦合装置连接管道，去 耦合装置提供了管道对地的交流电流电子通路同时阻断了直流电流。 直流去耦合装置不应干扰正常阴极保护系统运行以及阴极保护有效性的监测和管道的接触电压 保护。 在确定待实施阴极保护管道的阴极保护电流需求时，应考感已经选定的去耦合装置的直流漏流量 此类去耦合装置最常见的设备是电解电容。安全起见，可以将它与其他电子设备一起使用（并联或 串联），保护它免于浪涌电流的破坏以及特定用途。 附录1给出了有助于选择正确安装的设备信息

9.3.1.4交流补偿方法

合设备。 该设备通过在管道上叠加一个反相交流电流来补偿交流电压，从而生成一个人为的零电阻接地

9.3.2阴极保护水平的调整

9.3.3防腐层缺陷的修复

受干扰管道，尤其是低土壤电阻率环境中（比如低于25Q2·m）的小尺寸防腐层破损点存在交流腐 蚀风险。这些带有防腐层缺陷的管段可以使用GB/T21246中介绍的合适的方法进行检测。 为实现足够的精度，应根据管道条件（深度、防腐层缺陷严重程度)来优化防腐层检测设置（增大检 测电压及增加电压表的精度）。 如果采取了所有缓解措施后管段上尚有不可接受的交流腐蚀风险，应开挖出所有的防腐层缺陷并 修复。该方法只有对涂敷良好的管道才是经济可行的。 该方法应与管道的测试结合使用，以评估交流腐蚀风险。 可能需要通过定期的防腐层修复和重复测试才能实现防腐层的无缺陷状态

确保合适的安全措施已经就位。 在将任何缓解设备连接到管道上之前，应在不同位置进行一系列测试以确认交流十扰的水平。所 选择的测试位置应包括已出现过高干扰水平的地方（见第7章），并应包括被认为不会遭受严重干扰的 区域。当采取了缓解措施后，干扰程度可能加剧。宜采用数据记录系统测量电压、电流和电位，因为它 门需要测量足够的时间（至少24h)以适应每天的变化。在不同位置进行的测试应是同步的。 应进行以下测试并与设计或性能数据进行比较。 a）设计检查： 1）所安装接地系统的接地电阻； 2）选定位置的管道对地交流电压和通电电位。 b）安装检查（在连接接地系统前）： WWMkaOMCOm标准下素

10.2.2试片交流电压和电流启动

启动应按照以下要求进行，除非在缓解设备连接前就符合EN50443中提出的要求： 在安装过程和开始启动程序前的调试检查中，执行数据记录和测试规程； 测试检查接触电压。如果接触电压不可接受，应遵照EN50443采取合适的预防措施。 将缓解设备通过预先准备好的连接线连接到接地系统，然后将缓解设备的另一个端子连接到管道 寸所有缓解设备都重复该过程

10.2.3有效性验证

达到第7章中要求的准则即表明缓解系统有效。也可按照调试阶段的测试进行验证（见10.2.2）。 测试应在基于地图观测、计算或日常测试确定的、可能会有不可接受交流干扰的管道或其管段上进 行。这些测试首先应在所有的测试桩、阴极保护站、绝缘接头和套管以及所有可能接触到的连接到管道 或管段的测试电缆处进行。 在被识别为高交流腐蚀风险的区域可使用试片或探头以确定电流密度和/或腐蚀速率（见8.4）。 此外，缓解系统的有效性也可以通过腐蚀速率的降低来确认，腐蚀速率可以准确地反映施加的阴极 保护系统和交流缓解系统的总体有效性

10.2.4安装和调试文件

在完成调试检查后，应准备提供以下信息的文档资料： 安装工图： 设计文件，应包含所安装的所有设备的详细规格； 在缓解系统连接前的数据记录和电位测试结果； 在缓解系统连接后的数据记录和电位测试结果； 感应交流水平及其对管道外腐蚀影响的长期监测的建议（可以包括远程监测和防腐层缺陷检 测）； 运行和维护手册。 出于管道系统完整性的考虑，管道运行方或责任主体方应保存这些文档

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本文件与ISO18086:2019的技术性差异及其原因

表A.1给出了本文件与ISO18086：2019的技术性差异及其原因。

表A.1本文件与ISO18086.2019的技术性差异及其原因

附录B （资料性） 土壤特性对交流腐蚀过程的影瞻

土壤特性对交流腐蚀过程的影响

涂层缺陷处的交流电流密度本质上是由管道上的交流感应电压和涂层缺陷阻抗决定的。通常在具 有低电阻率的土壤环境中，涂层缺陷电阻较低，导致在给定交流电压下出现交流腐蚀的可能性更高

B.2电化学过程的影响

特定部位的局部土壤电阻率由可溶性盐的含量和土壤含水量控制。因此，如果管道高于或低于水 线，则可以观察到涂层缺陷电阻的显著差异。另外，由于施加了阴极保护电流，涂层缺陷电阻还受到 棵露金属表面发生的电化学过程的强烈影响。 氧的电化学还原或氢的析出导致金属表面上的pH升高。通常，pH高于11，在极端情况下可达到 14或甚至可能更高

房地产标准规范范本B.3碱土金属离子和碱金属离子的影响

阴极保护电流促使阳离子迁移到涂层缺陷处的金属表面，从而与局部增加的PH相互影响。根据 土壤组成，涂层缺陷电阻随时间而增加或减少。实际上，随着pH的增加（即NaOH或CaCO的形 成），土壤环境可出现以下改变： 碱土金属离子Ca+和Mg2+形成溶解度相对较低的氢氧化物。随着pH的增加，这些沉淀物将出 现在涂层破损点附近。这些氢氧化物与存在于土壤中的CO2反应，形成钙质沉积物。假如在涂层破损 点的金属表面直接形成了致密的钙质沉积物，则涂层缺陷电阻可显著提高几个数量级。 虽然碱土金属离子通常增加孔隙电阻，但碱金属离子Na+、K+和Li+可促使形成高可溶性的吸湿 性氢氧化物。因此，被吸引的水和高离子浓度使得扩散电阻较低。该过程可以将涂层缺陷处金属的孔 电阻降低到原来的1/60。 因此，给定几何形状的涂层破损处金属上的电流密度取决于电导率和碱金属离子与碱土金属离子 的比值。此外，阴极电流密度影响生成的氢氧化物的量，从而影响局部的电导率

附 录 C （资料性） 存在交流于扰时应用过的其他准则

这些准则虽然没有被广泛使用，但已被一些管道管理部门成功应用。这些准则通过现场和/或实验 室实验进行了限定。为了完整起见，这些准则也包含在这份资料性附录中。 交流值是均方根值。电流密度由1cm的圆形试片或探头上测得

通电电位和无R降电位控制看所施加的阴极保护水平，因为驱动电压是由通电电位和无R降电 位之间的差来限定的。能够到达涂层缺陷处并极化钢表面的阴极保护电流的强度，根据欧姆定律，取决 于驱动电位和总回路电阻。 基于通电电位来考虑腐蚀可能性的问题只有在对所选取的交流腐蚀防护理念有所了解时才有 可能。 参考文献[4]、[5]和[6]给出了与阴极保护管线发生交流腐蚀可能性相关的保护和缓解措施相关技 术文章。

C.2.2更负（Eon）的阴极保护水平

较负的通电电位可导致较高的阴极电流密度、土壤化学成分和扩散电阻的强烈变化、以及氧化物层 内加速还原（参见附录G）。因此，所需的通电电位水平与管线上的感应交流电压有关。管道上存在直 流杂散电流干扰的情况下，可使通电电位更负

装修施工组织设计 偏正（Eon）的阴极保护水