钢制管道耦接后电偶腐蚀的数值模拟研究

基于流场、浓度场与电化学动力学过程的耦合，采用COMSOL Multiphysics软件，模拟研究了紫铜 (TP2Y) 与#20钢管道耦接后在静态、流动3.5% (质量分数) NaCl溶液中的电偶腐蚀行为，并预测了静态条件下电偶腐蚀的发展趋势。结果表明，在耦接的异种金属管道中，TP2Y管道作为阴极受到保护，#20钢管道作为阳极受到腐蚀，其腐蚀长度均受管径大小、介质流动以及时间的影响。当管径增大时，电偶对中阴、阳极金属管道电位变化长度逐渐增大；当管道内介质流速增大时，阴阳极管道的内表面电位较静态下开始正移。同时，在靠近耦接位置时，紫铜 (TP2Y) 管道内表面电位急剧变负，#20钢管道内表面电位急剧变正，电流密度最大。在静态条件下,电偶对中金属管道内表面电位随着时间发生负移。在48 h后，电位基本不再发生变化，阴阳极的内表面进入稳定状态；在30 d后，在靠近阳极金属管道法兰处的总厚度减薄约8.87 μm，阳极金属管道的腐蚀长度约为800 mm。

关键词：

异种金属管道,  电偶腐蚀,  数值模拟,  电位分布,  电流分布,  腐蚀预测

结论：

(1) 紫铜与#20钢管道在直接偶接后，作为电偶对中的阳极，#20钢管道发生电偶腐蚀；TP2Y管道受到阴极保护。从电偶对中阴极管道到阳极管道，管道内表面电位由正变负，在阴阳极耦接处电位由正急剧变负；管道内表面的电流从小迅速增大，在耦接处达到最大值。之后，由大迅速减小。管道内表面电位、电流分布特征与管道直径无关。但腐蚀长度随着管道管径增大而有所增大。

(2) 当管道内介质流动时，电偶对中阴阳极管道的内表面电位都会升高变正。作为电偶对中阳极管道的腐蚀长度较静态条件下的稍微小些。但是，管道内表面电位分布特征没有发生改变。

(3) 对异种金属管道的电偶腐蚀预测模拟结果表明，静态条件下，直接耦接异种金属管道内表面电位在初期随着时间有所变化。随着电偶腐蚀的发展，其内表面电位基本不再改变。作为电偶对的阳极管道，其腐蚀深度随着距耦接处的距离增大而逐渐减小，在耦接处的腐蚀深度最大。随着时间延长，阳极管道的腐蚀深度明显地增大，与实验验证一致。

图6   紫铜/钢管道直接耦接条件下流速对其内表面电位和电流密度的影响