氧浓差电池是接地网发生宏电池腐蚀的主要形式，除此之外还有盐浓差电池、酸浓差电池和应力腐蚀电池等。缺氧区的电极电位低，而富氧区的电位较高，两者将构成腐蚀宏电池，从而造成缺氧区的接地网金属腐蚀加速。土壤中埋设的接地网，在冷弯变形最大的弯曲部位，由于低的拉应力将导致导体材料破裂，使接地网导体发生严重的腐蚀。......
2023-06-23
影响接地网腐蚀的因素分析
【摘要】：一般认为,p H 值低的土壤,其腐蚀性大。已有的调查表明,接地网主干线周围有基建残物时,其腐蚀速度是正常的2倍以上。影响土壤腐蚀接地网的因素是相当多的,各地的情况也不尽相同,所以要因地而异、并根据不同部位采取不同的防腐措施。
1.土壤的理化性质
土壤的理化性质包括土壤电阻率、电壤中的含水量、含氧量、含盐量、土壤的酸度等。
(1)土壤电阻率。当腐蚀电池形成后,土壤是它的回路介质,土壤电阻率小,腐蚀电流就大,腐蚀就越严重,因而土壤电阻率被普遍作为评价其腐蚀性的重要指标。表9-13列出国外的土壤电阻率腐蚀性指标,表9-14列出国内某些油田的土壤电阻率腐蚀性指标。
表9-13 国外部分国家的土壤电阻率腐蚀性指标 单位:Ω·m
表9-14 某些油田土壤电阻率腐蚀性指标 单位:Ω·m
注 Ⅰ的指标也称为一般地区土壤腐蚀分级标准。
钢材在不同土壤电阻率下的平均腐蚀速度如表9-15所示,不同土壤种类中的水平接地体腐蚀深度的国外试验数据如表9-16所示。
表9-15 土壤电阻率与腐蚀速度的关系
表9-16 变电所中水平接地体腐蚀深度的平均值 单位: mm
根据有关文献介绍,接地体的腐蚀速度理论值与土壤电阻率ρ有关,其关系式为
对于扁钢
对于圆钢
式中 δb——接地体腐蚀速度,mm/a;
ρ——土壤电阻率,Ω·m。
(2)土壤中的含氧量。它对腐蚀过程也有很大的影响,除了酸性很强的土壤另当别论外,通常金属在土壤中的腐蚀,主要由下面的阴极反应所支配
土壤中的氧主要来源于:①从地表渗透出来的空气;②在雨水、地下水中原有溶解的氧,后者的含氧量是很有限的,对土壤起主要作用的是土壤颗粒缝中的氧。在干燥的砂土中,由于氧容易渗透,所以含氧量较多;在潮湿的砂土中,因氧较难通过,含氧量少。在这样含氧量不同的土壤中埋设金属导体,就可能形成充气不均匀的腐蚀电池。
(3)土壤中的含水量。它是一个容易变化的物理因素。它不仅会影响土壤的透气性,也会影响土壤中溶液可溶盐的数量及其导电性。对一般土壤来说,当其中含水量很低时,土壤电阻大,腐蚀很小。随着含水量增加,腐蚀速度提高,直至达到某一临界值为止。如果含水量再增大,腐蚀性反而减小。试验表明,对于黏土和砂质黏土,土壤腐蚀性与含水量之间的关系是:含水量为零时,没有腐蚀;含水量为10%～12%时达最大值;含水量为12%～25%时,保持最大腐蚀速度;含水量为25%～40%时,腐蚀速度降低;含水量超过40%时则出现较低恒定的腐蚀速度。
(4)土壤中的含盐量。它对土壤的腐蚀性影响也是明显的。含盐量高,土壤电阻率小,腐蚀速度就大。如果含Cl-和SO2-4的盐类,一般会促进金属的腐蚀,特别是Cl-的盐类,妨碍金属表面铁化膜的形成。SO24-对钢铁的危害仅次于Cl-的化合物。表9-17 给出我国某油田的含盐量腐蚀性指标。
表9-17 某油田含盐量腐蚀性分级标准 单位:%
(5)土壤的p H 值和酸度。大部分土壤水,其p H 值为6～6.75,即呈中性。但也有p H 值为7.5～9.5的盐碱土,还有p H 值为3～6的酸性土。一般认为,p H 值低的土壤,其腐蚀性大。
酸度的分级标准有两种:一种是根据p H 值的大小,p H 值小于4.5的为强腐蚀,p H 值为4.5～6.5的为中等腐蚀,p H 值为6.5～8.5 的为不腐蚀;另一种分级标准是根据土壤的交换性总酸度,每100g土壤交换性总酸度小于40mg当量的为低腐蚀性,4.1～8.0的为中腐蚀性,8.1～12.0的为较高腐蚀性,12.0～16.0 的为高腐蚀性,大于16.0的为特高腐蚀性。
当土壤中含有大量的有机酸 (如腐殖酸)时,其p H 值虽然接近中性,但其腐蚀性仍然很强,特别是对于铁、锌、铝和铜等金属。因此,在检验土壤的腐蚀性时,不能只看p H 值这个指标,最好同时测定土壤的交换性总酸度。
2.接地体的敷设方式
实测表明,接地体的敷设方式对其腐蚀是有影响的。例如,扁钢立放和平放所引起的腐蚀深度是有差异的,其原因是:①扁钢平放时有可能回填土夯的不实,造成扁钢下部 (渠底未动的土)比较实,上部松散,从地面透入的氧气容易进入,以致形成扁钢上部的土壤不缺氧,造成氧浓差腐蚀电池;②平放比立放容易积水,从地面渗入的水分容易积在扁钢上面,使腐蚀速度增大。而立放时,由于两侧松散程度及积水量基本一样,不易形成氧浓差电池,所以腐蚀率低。
3.接地极的形状
参考文献 [223]介绍了开挖的20多个变电所接地网的情况,其中绝大部分为扁钢,有部分变电所的个别地方使用圆钢。表9-18列出了在同一个变电所的相近点使用圆钢和扁钢的腐蚀数据。
表9-18 部分变电所圆钢和扁钢的腐蚀数据
由表9-18可见,圆钢的年腐蚀深度 (圆钢指直径,扁钢指厚度)比扁钢大。如果按年腐蚀面积计算,扁钢的年腐蚀截面多数较圆钢大,因为在同样的截面下,扁钢的表面积比圆钢大。由于接地网截面积对保护其安全运行至关重要,所以用年腐蚀截面积来衡量腐蚀速度更切合实际。
4.基建残物
施工时有的单位将砖块、木块等基建残物倒进地网沟,它影响地网的散流并加快地网的局部腐蚀。已有的调查表明,接地网主干线周围有基建残物时,其腐蚀速度是正常的2倍以上。
影响土壤腐蚀接地网的因素是相当多的,各地的情况也不尽相同,所以要因地而异、并根据不同部位采取不同的防腐措施。
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