评价溶解态二氧化碳在防腐涂层中扩散及渗透性能的方法
【专利摘要】本发明公开了一种评价溶解态二氧化碳在防腐涂层中扩散及渗透性能的方法，属于管道防腐涂层领域。所述方法按照如下步骤进行操作：首先测试土壤溶液的pH和涂层下渗透溶液的pH，然后计算土壤溶液CO2浓度c1和涂层下渗透溶液CO2浓度c2，并绘制c2～t曲线图和ln(c1-c2)～t曲线图，最后计算溶解态CO2在防腐涂层中扩散系数和渗透系数。本发明实现了对溶解态二氧化碳在防腐涂层中扩散及渗透性能的定量评价，为管道外防腐涂层的筛选提供了依据，同时也为预测和评估钢制管道防腐涂层的服役寿命和剩余寿命提供依据。
【专利说明】评价溶解态二氧化碳在防腐涂层中扩散及渗透性能的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及管道防腐涂层领域，特别涉及一种评价溶解态二氧化碳在防腐涂层中 扩散及渗透性能的方法。
【背景技术】
[0002] CO2在土壤中与水接触，会溶解于水，先后电离成碳酸氢根和碳酸根离子，即以溶 解态的形式存在。外加防腐涂层的钢制管道在服役过程中，长期和土壤接触，土壤中的溶解 态CO 2以碳酸氢根和碳酸根离子渗透穿过防腐涂层到达钢制管道表面，容易导致管道发生 腐蚀失效。因此，评价土壤中溶解态CO 2在管道外防腐涂层中的扩散渗透性对评估和预测 外加防腐涂层钢制管道的服役寿命和剩余寿命具有非常重要的指导意义。
[0003] 目前，渗透介质在管道外防腐涂层中的扩散及渗透性能的研究，停留在气态型介 质扩散及渗透性能的研究阶段，对于溶解态型气体介质在管道外防腐涂层中的扩散及渗透 性能的研究尚属空白。评价气态型介质在管道外防腐涂层的扩散渗透性的方法为：将被评 价的防腐涂层作为隔膜夹在两个密闭的容器之间，通常这两个容器一个为真空，一个充有 一定压力的气体，最终在压力差的驱动下获得气体的扩散动力学参数，从而评价气态型介 质在防腐涂层中的扩散及渗透性能。
[0004] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
[0005] 土壤中的CO2在埋地管道外防腐涂层中会以液态离子的状态进行扩散，因此气态 型介质在管道外防腐涂层中扩散及渗透性能的评价方法不适用于土壤中溶解态CO 2在管道 外防腐层中的渗透性能的评价。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有技术不适用于评价土壤中溶解态CO2在管道外防腐层中的渗透性能 的问题，本发明实施例提供了一种评价溶解态二氧化碳在防腐涂层中扩散及渗透性能的方 法，通过计算CO 2在管道外防腐涂层中的扩散系数和渗透系数，从而对其扩散及渗透性能进 行评价。
[0007] 所述技术方案如下：
[0008] -方面，本发明提供了一种评价溶解态CO2在防腐涂层中扩散性能的方法，所述方 法按照如下步骤进行操作：首先测试涂层下渗透溶液的PH，然后计算涂层下渗透溶液中CO 2 浓度C2，并绘制C2?t曲线图，最后计算溶解态CO2在防腐涂层中的扩散系数，具体按照如 下公式进行计算：
[0009]
【权利要求】
1. 评价溶解态co2在防腐涂层中扩散性能的方法，其特征在于，所述方法按照如下步 骤进行操作：首先测试涂层下渗透溶液的pH，然后计算涂层下渗透溶液中C0 2浓度c2，并绘 制c2?t曲线图，最后计算溶解态C02在防腐涂层中的扩散系数，具体按照如下公式进行计 算： D = -, 64 D :扩散系数， L :涂层厚度， tb :c2?t曲线在时间轴上的截距。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涂层下渗透溶液中C02浓度c2根据定 温定压下C0 2电离平衡方程进行计算。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶解态C02在防腐涂层中扩散系数的计 算公式根据菲克第二定律推导而得，所述菲克第二定律具体为 ： 8c(xj) _ c2cix,i) δ? dx~ D :扩散系数， c :溶解态C02的浓度， x :沿着涂层厚度方向溶解态C02扩散的距离， t :溶解态C02扩散时间。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，利用所述菲克第二定律推导所述溶解态C02 扩散系数的计算公式时，设定起始条件和边界条件，起始条件：t=〇时，Χ>〇则czq，x〈0则 c=c2 ;边界条件：t彡0时，x= 则czq, x= - 则c=c2 ;其中，q表示土壤溶液中(：02浓度， c2表示涂层下渗透溶液中C02浓度。
5. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，利用所述菲克第二定律推导所述溶解态C02 扩散系数的计算公式之前，还包括测试土壤溶液pH，并按照定温定压下C02电离平衡方程计 算土壤溶液C0 2浓度Cl的步骤。
6. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，利用菲克第二定律推导所述溶解态C02扩散 系数的计算公式时所述土壤溶液中C0 2浓度Cl不变。
7. 评价溶解态0)2在防腐涂层中渗透性能的方法，其特征在于，所述方法按照如下步骤 进行操作：首先测试土壤溶液的pH和涂层下渗透溶液的pH，然后计算土壤溶液中C0 2浓度 q和涂层下渗透溶液中C02浓度c2，并绘制In (￠^-?)-t曲线，最后计算溶解态C02在防腐涂 层中渗透系数，具体按照如下公式进行计算： p_VlSK dc2 VLS^nnjc,-c2) A (q - )dt A di P :渗透系数， V :涂层下渗透溶液体积， L :涂层厚度， Sw :co2气体溶解度， A :C02在防腐涂层中的渗透面积， : 土壤溶液C02浓度， c2:涂层下渗透溶液C02浓度， t :渗透时间。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述土壤溶液中C02浓度Cl根据定温定压 下C0 2电离平衡方程进行计算。
9. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述涂层下渗透溶液中C02浓度c2根据定 温定压下C0 2电离平衡方程进行计算。
10. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，计算溶解态C02在防腐涂层中渗透系数时 所述土壤溶液C02浓度 Cl不变。
【文档编号】G01N13/00GK104237075SQ201310232373
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月13日 优先权日:2013年6月13日
【发明者】付安庆, 白真权, 李广山, 林冠发, 苗健, 蔡锐, 赵雪会 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气集团公司管材研究所