【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学防腐领域，具体涉及的是一种基于阴极保护电流的防腐涂层脱落程度在线监测判断方法。
技术介绍
1、地下管道或者海上风电杆柱长期的埋在土壤或长期浸泡在海水中，容易出现管道和杆柱的老化、腐蚀、脱落等问题，造成非常严重的安全隐患以及不可估量的经济损失，因此对于地下管道或海上风电杆柱进行防腐涂层保护是非常有必要的措施和手段。然而随着时间推移地下管道和海上风电防腐涂层会出现不同程度的脱落，仅仅靠防腐涂层进行管道和海上风电杆柱进行保护是不够的，因此必须使用牺牲阳极和阴极输入电流的方法进行保护。
2、防腐涂层的存在可以降低阴极保护电流的大小以及牺牲阳极的消耗，但是随着时间的推移，防腐涂层的老化和脱落的出现，使得阳极牺牲加剧和阴极电流的不断增大，最终导致阴极电流达到阈值无法满足对管道和海上风电杆柱的防腐涂层大范围保护要求，导致防腐涂层出现大范围脱落。此时就需要对防腐涂层以及牺牲阳极进行干预和修复。然而目前我国的管道以及海上风电杆柱缺乏对防腐涂层脱落程度的远程判定和监测方法。
3、因此，设计出了一种基于阴极保护电流的防腐涂层脱落程度的在线监测和判定方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供了一种方法，旨在实现一种对阴极输入电流的防腐涂层脱落程度的在线监测和判定方法，以解决上述背景中提出的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案：
3、一种基于阴极输入电流的防腐涂层脱落程度的在线监测和判定方法，该方法针对防腐涂
4、外加阴极输入电流的方式对防腐涂层进行保护的时候，当防腐涂层完好无损的时候，输入电流全部用于金属和电解质溶液电阻消耗；
5、i0＝i阴极＝i金属r+i电解质r
6、当防腐涂层出现破损的时候，输入的阴极电流一部分用于金属和电解质溶液电阻消耗，剩下的用于保护暴露层，防止发生电化学腐蚀。
7、i阴极＝i金属r+i电解质r+i电化学腐蚀
8、而本设计方案可以通过测量阴极电流大小i阴极，以及初始阴极电流大小i0，然后将其相减得到用于保护防腐涂层破损的金属，防止发生电化学腐蚀的电流大小i电化学腐蚀，根据该电流大小间接得到防腐层脱落面积的大小(同样也是暴露在海水中的金属面积大小)：
9、i电化学腐蚀＝i腐蚀*a裸露
10、其中i腐蚀为腐蚀电流密度大小，a裸露为涂层破损以后，裸露在海水中的管道或者海上风电杆柱的表面积。
11、步骤一：确定该种海底管道的材料，并分析其腐蚀电流密度大小的获取方法，i腐蚀的大小由以下方式获取得到：
12、在电化学腐蚀反应的过程中，发生在金属表面反应的阳极和阴极过程均由电荷转移动力学控制，其动力学控制的电化学反应遵循以下tafel方程表达式：
13、
14、其中i表示腐蚀电流密度；i0表示交换电流密度大小(与电化学反映的性质有关)；β表示tafel斜率；η表示过电位。其中β和i0可以在实验条件下通过拟合极化曲线获得tafel斜率(在电极反应区域极化曲线通常近似为直线，此时tafel斜率＝极化曲线斜率)然后计算得到交换电流密度。
15、步骤二：获取截取管道在海水环境下平衡电位的大小，η由下式计算可得：
16、η＝e实际电位-e平衡电位。
17、其中e实际电位就是金属表面的实际测量点位，在阴极保护系统中该电位就是设置的保护电位。e平衡电位可以在实验条件下测量获取：
18、根据能斯特方程可得：
19、
20、其中e0是金属标准电极电位(这里以实验条件下的标准电极电位为准)；r为气体状态常数(8.314j/k·mol)；f为法拉第常数(96500c/mol)；t为绝对温度(单位是k)；n为电极反应中得失电子数，即金属离子的价位；a0为氧化态物质(金属离子)的密度；at为还原态物质(金属)浓度。因为这里的金属是固体，所以其浓度为1。当t＝25℃时候，t、r、f均为常数：
21、
22、常见的海底管道材料包括碳钢、合金钢和不锈钢等。其中，碳钢是应用最广泛的一种。以碳钢为例，其阳极反应主要是：
23、fe→fe2++2e-
24、所以此处的得失电子数n＝2，a0是管道处于动态平衡条件下，管道周围fe2+浓度大小。这样就可以求得该类受保护的海底管道的平衡电位e。
25、步骤三：获取截取的海底管道交换电流密度大小和tafel斜率大小。对于前式提到的i0(交换电流密度)，他与电化学反映的性质有关系，可以根据tafel曲线进行计算得到：
26、根据前面介绍所知钢炭是海底管道的主要材料，其阳极反应主要是：
27、fe→fe2++2e-
28、共有2个电子参加，电子转移数目为2；根据普遍化的多电子反应butler-volmer公式：
29、
30、其中：i是腐蚀电流密度，i0是交换电流密度大小，n是反应中转移电子数目，f为法拉第常数，r为通用气体常数，t为热力学温度，a为阳极电子转移系数，η为过电位，β为阴极电子转移系数：a和β取值由下面规则决定：
31、①在电化学反应中，转移电子数目为1：a(β)＝0.5；
32、②在电化学反应中，转移电子数目为2：a(β)＝0.5或者a(β)＝0.25
33、③在电化学反应中，转移电子数目为3：
34、当过电位较大的时候阴极达到极化时候，
35、
36、变形两边取lg得到：
37、
38、这里我们记化简得到：
39、
40、这样就可以通过一次拟合极化曲线，获得tafel斜率β和交换电流大小i0。
41、在实验条件下得到了tafel方程表达式中的参数i0交换电流大小、βtafel斜率大小、以及η＝e实际电位-e平衡电位中平衡电位的大小。
42、步骤四：根据实验条件下标定的参数——i0交换电流密度大小、βtafel斜率大小、以及η＝e实际本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于阴极保护电流的防腐涂层脱落程度在线监测判定方法，其特征在于，步骤如下：
2.如权利要求1所述的基于阴极保护电流的防腐涂层脱落程度在线监测判定方法，其特征在于，所述海底管道或海上风电杆柱的保护电位应该保持在-1.15V到-0.85V之间。
3.如权利要求1或2所述的基于阴极保护电流的防腐涂层脱落程度在线监测判定方法，其特征在于，所述第三步中，a和β取值由下面规则决定：
4.如权利要求1或2所述的基于阴极保护电流的防腐涂层脱落程度在线监测判定方法，其特征在于，所述第五步中，根据初始安装的时候测得了整个受保护区域管道表面积大小，能区域性的分析得到管道腐蚀情况，当某区域管道腐蚀面积达到设定阈值的时候，需要进行维修通知，并将该通知发布到对应区域管道负责人的工作平台中，便于联系工作人员及时对管道防腐涂层进行修复，修复完成以后，重新测量此时管道的初始保护电流并录入系统中。
5.如权利要求3所述的基于阴极保护电流的防腐涂层脱落程度在线监测判定方法，其特征在于，所述第五步中，根据初始安装的时候测得了整个受保护区域管道表面积大小，能区域性的分析
...【技术特征摘要】
1.基于阴极保护电流的防腐涂层脱落程度在线监测判定方法，其特征在于，步骤如下：
2.如权利要求1所述的基于阴极保护电流的防腐涂层脱落程度在线监测判定方法，其特征在于，所述海底管道或海上风电杆柱的保护电位应该保持在-1.15v到-0.85v之间。
3.如权利要求1或2所述的基于阴极保护电流的防腐涂层脱落程度在线监测判定方法，其特征在于，所述第三步中，a和β取值由下面规则决定：
4.如权利要求1或2所述的基于阴极保护电流的防腐涂层脱落程度在线监测判定方法，其特征在于，所述第五步中，根据初始安装的时候测得了整个受保护区域管道表面积大小，能区域性的分析得到管道腐蚀情况，当某区...
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