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近年来,我国燃气事业蓬勃发展,在燃气给城市居民带来便利的同时,由于燃气管道的大量埋设和长期使用,导致燃气管道失效而引发的火灾、爆炸等事故频频发生,造成了大量的人员伤亡、巨大的财产损失及严重的环境污染。上世纪八九十年代燃气管道多为球墨铸铁材质,而管道腐蚀特别是土壤腐蚀是我国燃气管道失效的主要原因之一,因此,以土壤腐蚀为出发点研究球墨铸铁燃气管道腐蚀失效规律对于提高燃气管道安全运行、降低环境风险具有重要的现实意义。 本文以球墨铸铁为材质,以土壤为腐蚀介质,分别采用室内模拟试验和电化学试验,在对球墨铸铁材质埋地燃气管道的土壤腐蚀规律进行研究的基础上,对其腐蚀速率进行了预测。 (1)基于材料土壤腐蚀试验规程,采用系统动力学流图厘清了28种土壤腐蚀环境因素间的关系;借鉴大量调研数据,结合灰关联分析法,对土壤腐蚀环境因素间的相互关系和重要度排序进行了研究;通过设计土壤腐蚀模拟正交试验,确定了主要土壤腐蚀因素,给出了影响球墨铸铁管道腐蚀的各土壤环境因素的重要程度排序为:含水量>孔隙率>含盐量>SO42-含量>Cl-含量>pH值。 (2)针对含水量、孔隙度、pH值、Cl-含量、SO42-含量、含盐量六种土壤腐蚀主要因素,综合考虑腐蚀时间的影响,建立“管线钢-土壤”腐蚀环境。运用埋片实验和电化学相结合的方法,分为以1、7、14、21、28天为周期,对球墨铸铁腐蚀试片在不同模拟土壤中进行单因素埋片试验,测定不同时间周期的腐蚀速率,同时通过电化学工作站获得球墨铸铁腐蚀的极化曲线。通过扫描电镜和X射线衍射仪分析了试样表面腐蚀情况及腐蚀产物,对比不同模拟土壤中腐蚀电化学参数,分析球墨铸铁材质埋地燃气管道的腐蚀行为规律并解释其腐蚀机理。结果表明:各因素不同水平条件下,球墨铸铁的腐蚀产物不同;含水量、孔隙度、pH值、含盐量随浓度增大自腐蚀电位最终均发生负移,Cl-含量、SO42-含量变化则出现相反的变化趋势;球墨铸铁腐蚀试片相对于酸性模拟土壤环境而言,在碱性环境中腐蚀速率明显增大,具有良好的耐酸腐蚀性。 (3)以不同时间周期的单因素埋片实验结果为基础,利用无量纲与类比原理对平均腐蚀速率进行回归分析,构建以腐蚀时间和各因素浓度为自变量、腐蚀速率为因变量的拟合函数,获得球墨铸铁土壤腐蚀速率的预测模型。对比分析各点的预测值与实验值,两者的相对误差在合理范围内,验证了预测模型的准确性,为燃气管道腐蚀速率预测提供了一个可行的思路。