埋地金属管道交流电腐蚀研究进展
摘要：分别从交流电腐蚀的特点、机理、影响因素以及对阴极保护和微生物腐蚀影响的角度，对近年来国内外开展的交流电腐蚀研究进行系统综述。通过对目前研究中存在的重点问题进行综合分析，展望这一领域的研究前景及发展趋势，为相关领域的研究人员提供新思路。
关键词： 交流电； 埋地管道； 腐蚀机理； 影响因素； 阴极保护
近年来，随着西电东送、西气东输工程的建设和城市轨道交通的快速发展，高压、特高压输电工程与埋地油气管道邻近的并行或交叉铺设情况已不可避免，甚至都集中在一个局部地区形成所谓的“公共走廊”。输电线路对邻近埋地油气管道的交流电 （AC） 腐蚀和直流电 （DC） 腐蚀影响问题日益突出，甚至已威胁到国家能源输送安全。2014年，西气东输二线广东段管道多个阀室引压管放电，引压管绝缘卡套烧蚀，个别阀室甚至出现引压管烧穿事故[1]。对日照-东明管道中的三个区段进行交流干扰数据监测时显示，较大的管道交流干扰存在于管道与铁路近距离平行与交叉铺设区域[2]。2000年美国一条钢管线虽然管道有着良好的溶结型环氧粉末防护层，然而因高压交流输电线路的干扰，1年后检测发现该涂层破损处的管道局部腐蚀速率高达10 mm/a[3]。埋地管道的交流电腐蚀问题日益严重，已成为材料腐蚀领域的研究热点。
国内外在AC腐蚀的研究方面起步均较晚。早期研究[4-7]表明，交流干扰对金属管道腐蚀的影响远远小于等量的直流干扰，AC腐蚀的效率也比较低。一般认为埋地管道的阴极保护系统可以有效地抑制腐蚀的发生，因此埋地管道的AC腐蚀问题在早期并没有得到较大的重视。然而，近十几年来，在国内外多地发生了多起由于AC腐蚀而造成石油天然气管道泄漏及穿孔的案例[8-10]。埋地管道的AC腐蚀问题变得日益严重，逐渐引起人们重视。长期以来，围绕金属管道AC腐蚀问题，国内外许多学者进行了有益的尝试，取得了一定的成果。然而，由于AC腐蚀机理十分复杂，在AC腐蚀的机理、评价、检测方面仍存在许多难点问题亟待解决[11-15]，需要进行系统的深入研究。本文综述了AC腐蚀问题的研究成果和最新进展，讨论了AC腐蚀研究中存在的重点问题，对这一领域的研究前景及发展趋势进行展望，为相关领域的研究提供借鉴。
1 AC干扰类型及腐蚀特点
1.1 AC干扰类型
不同条件与环境下，高压交流输电线路对埋地金属管道的交流干扰类型有着明显的差别，主要有3种情况[16-18]，如图1所示。（1） 电容耦合干扰：由于管线外表面有防护层的存在，造成高压交流输电系统与埋地管道之间产生了一个由高压交流输电线路对管线的耦合电容和埋地管线对地的电容两者通过串连而成的电容。在管线建设期发生，当初处于埋地且良好接地时，可以忽略不计[19]。（2） 电阻耦合干扰：这种干扰是偶然的，并不是常态。只有在高压交流输电线路出现故障，接地极材料的电流流入地下，形成干扰地电场时才会发生。（3） 电感耦合干扰：运用Faraday电磁感应定律，埋地管道上产生感应电压和感生电流，这种类型称为电感耦合干扰。干扰持续时间很长，是埋地管道受到的主要的交流干扰方式。输电线路中不平衡电流的大小、与输电线路平行的管道长度、管道与输电线路间的距离长短、土壤电阻率及防护层电阻等决定着管道的感应电压。高压交流输电线路中的供电电流及电流不平衡度越大，并且与埋地管道间的距离越小，造成交流干扰腐蚀的危险性大幅度上升，对保护电位的测量造成一定的影响，严重的话会导致判断失误，使阴极保护失效或者直接损坏。
图1 电容耦合，电阻耦合和电感耦合干扰示意图
1.2 AC腐蚀的特点
AC腐蚀属于干扰腐蚀，与自然腐蚀相比存在明显的差异，主要表现为[20,21]：（1） 交流电流大小和方向瞬间变化比自然腐蚀的电化学反应时间要小几个数量级；（2） AC腐蚀是在有外电场的存在下发生的，比自然腐蚀过程的内电场强度大很多，强度高的线路感应造成的交流电压幅值要比电极自身是直流自然极化电位高十数倍；（3） 在改变迅速且强度十分大的交流电场作用下，特定化学反应发生的几率显著上升，发生反应的速度加快；（4） AC腐蚀发生在管道上交流电流过的地方，一般在涂层缺陷处发生，有局部腐蚀的特点，极易造成穿孔腐蚀。自然条件下的腐蚀一般都是均匀腐蚀，穿孔腐蚀不易发生。
尽管AC腐蚀和DC腐蚀都属于杂散电流干扰腐蚀，然而由于交流电流密度的大小和方向在极短的时间间隔内不断发生变化使得AC腐蚀与DC腐蚀有着明显不同[22,23]：（1） DC腐蚀规律服从Faraday定律，可以计算它的腐蚀量。但由于AC腐蚀在交流电场的作用下金属的电化学过程与上述不同，交流的电量与金属腐蚀量间不是单一的对应关系。（2） AC腐蚀效率远低于DC腐蚀，约只有DC腐蚀的2%，但这并不能说明交流电腐蚀的危害性更小。一些实验研究结果表明[24-27]，由于交流电腐蚀多发生小孔腐蚀而直流腐蚀多发生均匀腐蚀，此时若简单通过例如失重法来判断是非常不科学的。（3） AC腐蚀不但会遭受交流干扰强度的影响，波形和频率 （f ） 对金属的交流电腐蚀行为也存在影响，而对于直流干扰腐蚀来说，一般情况下只和干扰强度如电压、电流的大小相关。
2 AC腐蚀机理的发展
AC腐蚀机理的研究在20世纪70，80年代得到了较多的发展。国内外学者对交流电腐蚀机理还存在争议，截至目前交流电诱使金属发生腐蚀的原因尚未十分明确，主要可划分为以下几种。
2.1 Faraday整流效应
李明等[24]研究结论与McCollum等[28]提出的“整流说”相符，认为：腐蚀反应不可逆地导致了交流电腐蚀的产生，正半周期金属腐蚀的增加量大于负半周期的减小量，阳极电流不等于阴极电流，产生净Faraday电流，进而促进金属腐蚀。Kulman[9]提出了在AC作用下的电解法整流机理，整流电流的流动方向为金属到电解质。翁永基等[15]的研究结果支持了根据Faraday整流效应和活化控制下的动力学极化理论所得出的结论，即腐蚀电位会因为存在AC的干扰而产生偏移，阳极和阴极Tafel斜率之比为r，当r＞1时腐蚀电位会正向偏移，r＜1时则负向偏移。需要说明的是，这些模型并没有考虑环境介质电阻等因素。但这个理论和模型的提出具有进步意义。
也有研究人员不赞同“整流说”。Williams[23]、Yunovich等[29]与Bruckner[30]认为交流腐蚀的产生完全是由于金属离子在正半周期扩散造成的，金属电极的腐蚀膜上不存在整流的迹象，整流效应机理解释图见图2。由此可见，Faraday整流效应机理并不能使交流电腐蚀得到很好的解释，但对揭示AC腐蚀机理存在着积极作用。
图2 整流效应机理解释图[29]
2.2 阳极反应的不可逆性
Goidanich等[31]通过对交流电对金属电化学反应动力学的研究结果表明，金属与介质界面间的电化学过程不是完全可逆时，Faraday整流效应不能用来描述金属被交流电腐蚀所造成的影响，如图3所示。对于不受干扰的试样，通过失重和Tafel图推导得到的腐蚀速率有很好的一致性。在AC存在的情况下，Tafel推导得到的值明显低于失重得到的。因此，在存在交流干扰的情况下，Tafel推导似乎不适用于Icorr的计算。这也意味着交流电腐蚀不能简单地用观察到的动力学参数的变化来解释。交流干扰过程中腐蚀速率提高的一个可能原因是，正半和负半周期的电化学过程并不完全可逆，所以造成金属溶液界面双电层结构变化，金属表面的化学成分也随之改变。与之不同，曹楚南[32]认为AC作用下金属阳极溶解时阳极溶解反应的动力学机制、Tafel斜率和交换电流密度都保持不变。但是，因为关于阳极溶解的E-I曲线不是线性的，AC造成的最终现象是导致金属阳极溶解速率增大。
图3 由失重实验得到的腐蚀速率和通过对极化曲线的线性回归获得的值进行比较[31]
2.3 阳极反应的去极化作用
Jones[33]最先提出了阳极反应去极化作用的腐蚀机理，简单来说就是由于Tafel斜率的不同导致了局部腐蚀，见图4。实验结果表明，AC会造成金属的阳极溶解反应的动力学机构产生影响。李岩等[34]和王霞[35]等的研究也证明了这一观点。但是，交流电产生这种去极化现象的原因并没有详细的解释，此机理并不完善，需要后续的改进。
图4 阳极反应的去极化作用示意图[33]
2.4 碱化机理
随着阴极保护下管道交流电腐蚀问题的增多，人们对阴极保护下管道的腐蚀机理开展研究。Nielsen等[36,37]通过实验和失效案例分析认为，埋地管道有阴极保护时，因为在管道表面缺陷处发生阴极极化会产生OH-，使缺陷处的pH升高进而造成附近土壤的碱性化，并提出了“碱化机理”。该机理认为，对于阴极下管道的AC腐蚀是由于交流干扰引起的电流振荡和管道外防腐层缺陷处较高的pH共同引起的。在交流干扰的周期波动下，管道腐蚀电位会随着波动进入Pourbaix图中的碱性腐蚀区，pH高时，金属表面的氧化膜会被交流电压的循环振荡破坏然后发生腐蚀。Panossian等[38]研究了不同pH下金属的AC腐蚀行为，模型是根据热力学预估交流电腐蚀发生的原因，研究表明交流电腐蚀是由于在活化区和免蚀区或钝化区和免蚀区间的反复交替变化，但是具体动力参数的影响规律却没有明确的模型可以解释。
2.5 自催化机制
Nielsen在“碱化机理”之上，进一步提出了“自催化机制”[36,37,39]。这个机制的前提条件是：管道阴极保护恒电位仪电位控制点附近存在防腐层缺陷，且在该位置存在交流干扰。认为施加了阴极保护的埋地管道发生交流电腐蚀一般需要3个必须具备的条件：交流感应电压、管道防腐层存在微小的缺陷和过负的阴极保护极化电位。因为存在着交流感应电压，交流电流会流过管道防腐层的破损处，造成管道的去极化。此时，为了保持管道电位的稳定需增加阴极保护电流。但是，增大阴保电流会有管道缺陷处局部土壤过碱化的后果，使得管道缺陷处的扩散电阻Rs变小。由Ohm定律可知，一定的交流干扰电压下，管道缺陷的Rs变小会造成缺陷处的交流电流密度增大，而交流电流密度的增大又会进一步增强去极化作用，所以又需再加大管道的阴极保护电流。这又会使防腐层缺陷的Rs减小，陷入不断恶性循环，交流腐蚀只会越来越严重，最终造成管道的穿孔。
2.6 腐蚀产物膜层演变
交流电会引起双层化学成分的变化，从而引起平衡电位的变化和表面腐蚀产物膜的生长[25,40]。如图5所示，在交流干扰的正半周期中，阳极极化结果是金属被溶解生成Fe2+，Fe2+和溶液中的OH-在电极表面结合形成多孔且疏松的Fe（OH）2，被氧化为Fe3O4。在交流干扰的负半周期中，阴极极化的结果是腐蚀产物的还原。Fe3O4被还原为Fe（OH）2 （图5中d）。随着下一个周期的开始，一部分Fe（OH）2在下一次阳极极化过程中被氧化为Fe3O4，另一部分则转变为Fe（OH）3 （图5中e）。因此，腐蚀产物的内层为黑色的Fe3O4，腐蚀产物的外层为Fe（OH）3 （图5中g和h），随着腐蚀的进一步发生，Fe（OH）3转变为Fe2O3和FeOOH。由此可知，腐蚀产物层的外层是由Fe（OH）2，Fe（OH）3和FeOOH组成的没有阻碍金属腐蚀作用的多孔介质，腐蚀产物层底层紧挨金属基体的是致密的、有利于保护管线钢基体的Fe3O4[38]。
图5 腐蚀产物膜层演变示意图[25]
综上所述，现有的各种AC腐蚀机理的模型都有它的局限性和特殊性。截至目前，AC腐蚀机理尚未统一，有待深入研究。
3 AC腐蚀的影响因素
3.1 交流电流密度
交流电流密度是影响金属腐蚀行为的主要因素之一。一些研究人员[41,42]认为，金属的腐蚀速率随着交流电流密度的增大而升高（见图6）。Kim等[43]的研究表明，施加低交流电流密度20 A/m2，碳钢的腐蚀速率比较小，随着交流电流密度的增加，管道的腐蚀速率甚至可以高达1.3 mm/a。Goidanich等[40]的实验表明，与无交流电干扰时相比，当交流电流密度为10 A/m2时，碳钢的腐蚀速率增加了一倍；当交流电流密度大于30 A/m2时，腐蚀速率呈指数增长。Wu等[44]认为由于交流电流密度增加导致了氧还原加快，提高了极限扩散电流密度，析氢反应容易被激发，进而加速金属的腐蚀。Reyes等[45]的研究表明，随着交流干扰的不断加强，由于交流电自身不断增强的搅拌和加热作用，腐蚀速率增加。
图6 交流电流密度与腐蚀速率的关系[42]
除此之外，交流电流密度的变化还会影响金属的腐蚀行为，如均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀。Fu等[26]和李明等[24]研究表明，在交流电流密度较低时，发生的是以均匀腐蚀为主的腐蚀形态；在交流电流密度较高时，点蚀反而普遍发生。碳钢在低电流密度 （100 A/m2） 作用下发生的是均匀腐蚀，当在高电流密度 （如500 A/m2） 作用下管线钢发生严重的局部腐蚀。Guo等[25]的研究也证明了这一观点。Kuang等[27]研究证明在碱性环境中，交流干扰下，存在着临界电流密度0.002 A/cm2，交流电流密度较小时，钝化膜可以阻挡腐蚀；交流电流密度较大时，由于阴极极化造成钝化膜被破坏，加速了金属腐蚀尤其是点蚀的产生。杨燕[46]的研究结果表明，同等条件下交流电流密度越大，蚀坑越深；交流电流密度小于临界值时，随着电流密度增加，腐蚀越剧烈，如图7和8所示。Liu等[47]和Wan等[48]研究表明，在交流干扰下，随着交流电流密度的不断上升，应力腐蚀敏感性也不断上升。交流电干扰的存在使得吸氧和析氢反应加速发生，腐蚀速率也随之增加。
图7 不同交流电流密度干扰24 h后X80钢的腐蚀形貌[35]
图8 不同交流电流密度干扰10 d后X70钢试样腐蚀形貌[46]
另外，交流电流密度大小对于金属的钝性和化学反应的控制步骤也存在着影响。Chin等[49]研究表明，在AC的作用下碱性环境中低碳钢的阳极极化曲线的形状发生了变化，随着交流电流密度的增加，致钝电流的密度不断增加，致钝电位负移。和宏伟等[50]研究表明，交流干扰越大，对氧扩散的影响作用越明显，但增加到一定程度后阳极溶解会替代氧扩散步骤变为新的控制步骤。由此可见，一般来说，交流电流密度愈大，腐蚀倾向愈加严重，并且容易发生严重点蚀且应力敏感性增加。
3.2 交流电频率
交流电是周期变化的，这也就影响着电极反应的速率。因此，交流电频率对金属腐蚀形态、蚀坑形态大小和密度等都有着重要的影响。目前，对于交流电频率对腐蚀的影响还没有统一的认识。常见的AC腐蚀涉及的频率范围较小，通常腐蚀发生在工频 （50~60 Hz） 下，在此范围内金属的腐蚀速率随着频率的增长而下降。但也有研究人员提出了不同的意见。Bertocci[51]认为，在电路中只有少数交流电流发生了电荷转移，非Faraday交流电流因频率的不断升高使得通过双电层的次数不断增多，导致腐蚀速率很小，而且也会影响金属的钝性[52]。Liu等[47]研究结果表明，在30 Hz时反应速率最大，因为频率的改变对于产生的反应产物有周期性的吸附和扩散的影响。Radeka等[53]研究认为，在AC的作用下船舶用钢的腐蚀临界频率为2000 Hz。但Dyer等[54]研究铝箔的交流腐蚀表明，当频率小于临界值时，频率越大，蚀坑越小越密；当频率大于临界值时，有较大腐蚀坑产生，导致金属变薄。
3.3 交流电波形
交流电波形也是金属腐蚀行为的重要影响因素之一。目前，关于交流电波形对腐蚀影响的研究较少。Chin等[49]分别使用三角波、正弦波和方波的交流电 （频率均为60 Hz） 进行Fe的腐蚀实验。相同条件下，在降低金属钝性和腐蚀严重性的方面，从大到小的顺序为：三角波＞正弦波＞方波；而应力敏感性从大到小的顺序为：正弦波＞方波＞三角波。郭敏等[55]研究交流电波形对低压腐蚀铝箔微观形貌的影响结果显示，正弦波和三角波的孔径在大小和间隔大致相同尺寸大而浅，方波所产生的孔径小而密；波形有一段平稳不变期时，易产生并孔。对于电流处于不断变化中的三角波与正弦波，并孔较少；三角波使蚀坑有纵向发展加深的机会，并且电流数值上始终不发生变化，又能诱导新点蚀的萌生。所以就腐蚀速率而言，三角波造成的腐蚀最为严重。
3.4 环境参数
一些学者的研究[30,56]表明，金属的温度随交流电流密度的增大而升高。大家普遍认为，在交流电流密度约为0~835 A/m2时，温度可升至约40 ℃。但是在现场没有明确证据说明AC会引起温度升高[57]，仅仅是在室内实验时得到此结论。
此外，溶液成分也是重要的影响因素。一些离子可以通过直接或间接参与电极反应，如CaCO3和NaHCO3，由于CO32-与HCO3-参与电极反应而导致腐蚀加剧。流动的介质腐蚀更严重[27,58,59]。Cl-可以使腐蚀的程度加剧[26,60,61]，且有研究[46,62]表明，当Cl-与SO42-共存时，SO42-具有缓蚀性，可减弱Cl-对金属点蚀的影响，减少点蚀的数量。另一些离子在金属表面生成致密的腐蚀产物膜覆盖在金属表面，最终影响电极反应的传质过程[63,64]。
3.5 微生物
交流电能够影响微生物新陈代谢，进而影响金属的微生物腐蚀行为。然而，相关研究鲜有报道。卿永长等[65]利用电化学方法和腐蚀形貌观察法对Q235钢在交流电和微生物共同影响下的腐蚀行为研究表明，在交流电流密度为50 A/m2，交流电频率为50 Hz的条件下，正弦波对硫酸盐还原菌 （SRB） 的生长未造成较大的影响 （图9），交流电的存在使得SRB微生物膜的吸附性降低并加速了微生物膜的脱附。在实验前期，活性的微生物膜抑制了金属的腐蚀，但在实验后期微生物膜失去活性，发生脱附，和SRB的代谢产物一并加速试样的腐蚀。在交流电的作用下，由于整流效应的存在，点蚀的自催化效应越发严重，局部腐蚀更加严重。SRB的生理代谢过程使得Q235钢的局部腐蚀敏感性增大。AC的存在造成试样腐蚀产物疏松，点蚀等局部腐蚀倾向加剧。此外，Qing等[66]的研究还表明，对X80钢施加10 mA/cm2的AC电流抑制了悬浮在溶液中和吸附在金属基体上SRB的生长和代谢，间接地促进了金属基体的腐蚀，认为SRB存在下交流电腐蚀的机理是由Fe的活性溶解和生物膜的降解共同控制的。
图9 实验中细菌数量随时间的变化[65]
4 AC腐蚀防护措施的实验研究
4.1 阴极保护
一般来说，管道上施加的最小阴极保护电位为-0.85 V （CSE）[67]。当管道承受交流干扰时，由于交流干扰也会对埋地管道的电位等造成严重的影响，所以也会影响阴极保护的参数，这可能就会造成阴极保护数值的变化。只有在了解AC对埋地管道阴极保护的影响规律和临界值后才能更好地保护埋地管道，真正的起到保护管道完整性的作用。目前，已经有很多学者进行了AC对埋地管道阴极保护的影响规律的研究，并得到了一些结论。
学者们一致认为，AC会使阴极保护的效果减弱甚至失效。但是，对于阴极保护在遭受交流电干扰时使用更负的保护电位是否可以保持管道完整性却存在着两种不同意见。一些学者认为，阴极保护之所以会失效是因为保护程度不够，只要保护电位是足够负的，交流电腐蚀是完全可以被避免的。Hosokawa等[68]和Kajiyama等[69]认为，管道即使满足-0.85 V （CSE） 的阴极保护标准电位，也会遭受严重的AC腐蚀。AC的存在会降低阴极保护的防腐效果，只有当阴极保护电位为更负时才能完全保护管道。Ibrahim等[70]认为交流干扰在两个方面降低阴极保护效果：一是金属腐蚀电位负向波动，二是交流电流的流入使阴极保护效率降低。Guo等[71]认为在交流电流密度较小时，原有的阴极保护-0.85 V （CSE） 有效；当电流密度较大时，若想抑制腐蚀，则需要更负的阴极保护电位，如-0.95 V （CSE）。Kim等[43]认为，只要阴极保护足够负，AC腐蚀是完全可以避免的。当阴极保护电位为-1.1 V （CSE），交流电流密度小于100 A/m2时，造成的腐蚀都可以忽略不计。Xu等[72]的研究也证实了这一观点。Kuang等[73]选用了3种阴极保护电位：-0.85，-0.925和-1.0 V （CSE），得到结论是：施加交流电干扰后，阴极保护电位并不是保持施加值而不发生改变；并且在阴极保护电位为-0.85 V （CSE），当电流密度小于10 A/m2时，不发生腐蚀；阴极保护电位为-0.925 V （CSE），电流密度在10~50 A/m2时，不会发生腐蚀；而在阴极保护电位为-1.0 V （CSE） 时，电流密度再高也不会造成腐蚀。
与之相反，另一些学者认为，阴极保护电位过负不但不会减弱对金属的腐蚀反而会加剧金属的腐蚀。Vagramyan等[56]研究得到，当阴极保护电位高于-0.95 V （SCE） 或-1.20 V （SCE） 时，在施加交流电后反而会促进金属的腐蚀，起不到防腐的作用。交流电流密度与直流密度之比同腐蚀速率之间的关系如图10[74]所示，由图中规律提出了加大阴极保护电流和施加弱保护电流这两种减小金属腐蚀速率的方法。唐志德等[75]研究认为，当金属“欠保护”时，由于金属表面没有形成完整的保护膜，金属暴露在交流电下进而造成了腐蚀；当金属“过保护”时，虽然形成了完整的保护膜但是由于交流电的震荡作用和实时电位的波动，最终保护膜破裂，金属遭到腐蚀。和宏伟[76]研究得出，交流干扰的存在不但会使腐蚀程度大大增加还会使阴极电流显著增长，管道还会面临腐蚀加速、氢脆、阴极剥离等风险。
图10 碳钢腐蚀速率随交直流电流密度之比和阴保极化电位变化图[74]
对于新的欧洲标准[77]，Ormellese等[78]通过研究存在AC干扰的阴极保护系统得出：（1） 由于AC干扰的存在，管道电位正移，-850 mV标准并不能给管道提供足够的保护。（2） 对于存在阴极保护的管道，只采用交流腐蚀电流密度这一个标准是不正确的，还需考虑交流、直流电流密度比值与管道电位，这也是十分重要的。（3） 当阴极保护电位处于-1.0~-1.2 V （CSE） 之间，不存在过保护的情况，交流、直流电流密度比值小于20时，可以认为阴极保护是有效的。除此之外，Di Biase等[79]也指出，因为管道上每一点的极化特性都不是固定不变的，而是随着时间而改变，这使得标准中的极化特性即使十分必要但也难以在实际中应用。目前交流电对阴极保护影响的评判指标[80,81]也在不断完善，还有待进一步的研究。
4.2 涂层保护
埋地管道采用涂层和外加阴极保护联合使用是最为经济有效的控制腐蚀发生的措施。涂层的主要作用是使管道与外界环境产生物理阻隔，避免基体与周围环境产生相互作用。然而，由于涂层本身在制作完成时就会有如针孔等缺陷的存在，在实际施工与运行中涂层会无法避免地受到破坏。当涂层破损处有交流杂散电流流过时，容易造成埋地管道的局部腐蚀，使管道形成穿孔。目前，埋地管道防腐层大多采用具有较高绝缘电阻率的溶结环氧粉末涂层或三层聚乙烯涂层，该类防腐层的效率可达到99.9%。虽然这能有效将管道与腐蚀环境进行隔离，避免环境介质对管道的腐蚀。但是，当管道附近存在交流干扰源时，管道防腐层绝缘性能越好，管道上的感应电压就越不容易像以前容易存在涂层破碎的管道那样通过防腐层缺陷将其排出到大地中。Li等[82]研究结果表明，在交流干扰下，涂层破损面积小的开路电位小，涂层破损面积大的开路电位大，所以缺陷面积小的更容易被腐蚀，而且随着交流干扰的不断增大，缺陷面积小的地方腐蚀程度加深，缺陷面积大的地方腐蚀速率下降。丁清苗等[83]研究表明，交流干扰增加了剥离涂层下试样的腐蚀倾向性及腐蚀速率，且破损点处试样的腐蚀速率受其影响较大，腐蚀形态为局部腐蚀。这是由于固定的外加交流电在小缺口处产生了较高的交流电流密度，并且腐蚀产生的阳离子很难从局部的狭小缺陷中扩散出来。另外，Wang等[84]的研究表明，交流电干扰还会使涂层发生分层剥离的现象，且交流电流密度越大，涂层的分层越多越明显，涂层的剥离现象越严重。如图11[37]所示，通过对两组实验数据进行拟合，在土壤电阻率不变的情况下，交流电流密度与破损面积呈倒数关系。
图11 涂层破损面积与交流电流密度之间关系[37]
4.3 接地排流
接地排流是将管道与接地体相连接，以排除管道所受到的交流干扰。常用的接地方式为：直接接地、负电位接地、固态去耦合器接地。目前，国内外最常用的交流缓解措施是交流缓解地床+去耦合装置 （常用的缓解线材料为锌带），锌带通过去耦合器与管道相连，去耦合器具有阻直通交的作用，避免了阴极保护电流的流失。对此，国内外也进行了一些计算分析工作及实验研究。Lu等[85]研究得到，去耦合装置和锌带共同使用时管道的腐蚀速率比单独使用锌带时要小很多。孙磊峰认为[86]，目前对固态去耦合器排流设施全面性检测评价依据国内标准缺乏详细内容，需要在排流设施基本状况调查检测、排流去耦合器性能检测评价、排流位置阴极保护效果检测评价等方面的详细内容上完善或补充现有标准。对有阴极保护管道，为了阴极保护的良好效果，建议排流地床材料尽量选择负电位材料如锌带。刘波等[87]认为利用固态去耦合器连接铜线或锌带，在排流方面锌带更好，多个固态去耦合器同时使用可以得到更加明显的排流效果。刘国[88]认为，排流点的数量及设计工程量远大于真正的需求，不但造成了资金的浪费，又给管道后续的防腐层和阴极保护检测带来负面影响。
4.4 其他保护方法
多年来研究人员致力于想要防止埋地金属管道可能遭受到的交流干扰，减少对管道可能产生的危害，以及避免对相关操作人员可能引起危险的发生。目前，实际当中广泛应用的防护方法还有：增加埋地管道与强电线路的间距、电屏蔽等。但在长时间的实践应用和生产使用过程当中，这些方法都或多或少的出现了一些问题，也都存在各自的局限性，这些还有待实验人员不断地进行研究和解决。
5 结语与展望
（1） 交流电对埋地管道的腐蚀热力学和动力学过程及保护效果都有着重要的影响作用，其中主要参数包括交流电密度、波形以及频率。由于交流电干扰的存在，会不同程度地促进金属的腐蚀与增加局部腐蚀敏感性。然而，已有的研究成果在临界条件上并没有得到统一的结论。
（2） 目前已提出多个交流电腐蚀机理模型，包括：Faraday整流效应、阳极反应的不可逆性、阳极的去极化作用、碱化机理、自催化机制及腐蚀产物膜层演变。虽然这几种机理被广泛认同，但是几种机理的内在联系始终没被突破，每种机理都各自受环境介质或实验现象产生原因不明等问题的影响，不同条件下并没有统一适用的模型。因此，今后的研究重点应该放在机理研究方面，特别是交流电腐蚀机理的本质、内在联系和统一性，这会促进交流腐蚀预测、评价及防护技术的进一步发展。
（3） 埋地管道在现场应用的过程中，不仅仅只受交流干扰这一种因素影响，目前所做的实验研究干扰因素过于单一，只考虑到了土壤环境、阴极保护或微生物腐蚀的影响，忽略了实验结论的现场应用性，应进行例如阴极保护与微生物协同作用下对交流电腐蚀影响等的多因素实验研究。因此，在研究的过程中应该注重在埋地管道铺设现场不同影响因素与交流电的协同作用。
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