地铁及轻轨杂散电流腐蚀的防护措施.pdf

第一卜二卷第期天津理工学院学报年月地铁及轻轨杂散电流腐蚀的防护措施高敬宇‘易凡天津理工学院自动化系。。山东大学化学院摘要本文就地铁及轻轨中杂散电流电解腐性的防护措施进行了讨论和分析关键词腐蚀地铁杂散电流分类号丫··引言在直流供电的地铁、轻轨运输系统中,以走行轨作为回流导体时,会产生由走行轨流入地中的杂散电流该电流将对地铁洞体钢筋结构和埋在地下的金属构件、管线设施等产生严重的电腐蚀作用,危及建筑设施的安全,并会酿成灾难性的后果如香港即曾因地铁杂散电流引起煤气管道腐蚀穿孔,北京、天津地铁则屡有水管被迅速蚀穿的情况发生因而,采取措施对杂散电流进行严格而有效的防护,乃是地铁及轻轨建设和运营中必须解决的重大课题若干发达国家,如日本,前苏联等均在该课题上投入巨大的人力和财力,在我国,随着地铁建设的迅速发屏,该课题已日益受到有关单位的重视本文将就杂散电流所引起电腐蚀的防护措施进行讨论和分析杂散电流所引起的腐蚀收稿日期一一,岁,女,讲师第期高敬宇等地铁及轻轨杂散电流腐蚀的防护措施地铁或轻轨系统中杂散电流的通路如图所示它实质上形成两个串联的电池,即钢轨阳极土壤金属管线阴极一电池金属管线阳极一土壤钢轨阴极一电池电池和电他,即如电解电池图那样,外电流由阳极流入,并在电解电池中由阳极流出,使该阳极受到电解腐蚀若土壤中水分呈酸性时,阳,,极板失去电子而生成铁离子它与电解质中的阴极区阳极区,一形成而脱落,即遭腐蚀若在土壤中含有盐分时,铁阳极则生成,亦遭腐蚀图杂散电流的通路电池的阳极为钢轨,由于在运行中会据其磨损情况将定期更换,故其腐蚀不会酿成灾难电池的阳极为管道的右半部,杂散电流使其腐蚀加速,突然漏穿时,更换修理将极困难,并会出现严重后果阳极被腐蚀的速率由法拉第电解定律来计算,即金属因腐蚀而损失的质量为一式中一从阳极流出的电流,单位为一流过电流的时间,单位为一电化当量,单位为·,铁的电化当量为一,·,设若有的杂散电流流经地下钢铁类金属,一,年内被腐蚀的重量即为事实上据北京地铁提供的数字表图电解腐蚀作用明,当车辆起动时流入地下的杂散电流会大于,由此不难看出,杂散电流将对地下金属设施产生何等严重的危害对杂散电流所引起腐蚀的防护方法对杂散电流所引起腐蚀的防护方法通常有以下几种排流法其基本原理是将被保护管道或电缆恺甲对轨道的阳极区用导线与钢轨联接,从而将图的电池短路,使整个管道变成阴极性的,从而防止阳极腐蚀排流法具体又可分为以下种,如图所示习忿日「‘直接排流法选择排流法强制排流法图排流方法直接排流法天津理工学院学报卷即将欲保护物与靠近变电所的负馈线钢轨用导线直接联接该法虽简单易行,但只能在没有逆向电流流向埋设物时才是适用的,所以其实施机会极少选择排流法即在上述直接排流的联接线上加装半导体整流器,从而只允许埋设物电流流向钢轨,逆向电流不能流通强制排流法若上述简单的排流联接尚不足以使管道的每一点都变成阴极性的,则加一外部直流电源促进排流,并阻止逆向电流阴极保护法一般概念是接入辅助牺性阳极,如图所示,且使流过电流的方向是使被保护物原阳极成为阴极,不再被电蚀,从而得到充分的保护阴极保护的辅助阳极若用电位很负的金属如镁构成,则由该辅助电极与原电极所形成电池的电动势来提供阴极保护电流,这实质上是由镁的溶解提供的,这就是辅助阳阳阴极保护法中的牺牲极法或流电极法阳极若保护电流由外部直流电源提供,即为阴极保护的外加电源法实质上,前述的强制排流法、亦可看成是阴极保护法,它以钢轨作为辅助阳极图阴极保护法阳极保护法即将被保护物的电位提高到钝态电位,从而阻止腐蚀地铁及轻轨系统常用的防蚀方法及其问题鉴于地铁系统的具体结构和不同防蚀方法的应用特点,在地铁系统中最常用的方法是选择排流法,这种方法使用半导体整流器实现单向排流,阻止逆向电流,工作可靠成本低廉,并有较明显的防蚀效果一般欧洲国家的观点是,当轨道对地电压不太高,选择排流法防护效果小时,推荐强制排流法日本的观点则持慎重态度,而主要建议在产生型电蚀的场合下使用所谓型电蚀情况是指钢轨对地的正值电压大,在钢轨附近流入埋设管的电流从远离钢轨处的管部流出的情况在这种情况下,会因负馈线比埋设管的电压高而不能正常排流此时,若采用强制排流法,加一外部电源,对型电腐蚀情况来说,则可在对地电压为正值的钢轨上进行排流埋设管的对地电位状态变化如图所示由图可见,排流后可消除埋设管的电蚀区但需要注意的是,排流法有其缺点,实际系统中不可滥用它的缺点之一是,被保护物的阳极区与钢轨负馈线联接之后,实质上减小了原杂散电流路径的电阻,因而使杂散电流增大,这无疑会使邻近未采取保护的地下金属埋设物受到更强的电解腐蚀这种现象通常可称之为“干扰”现象外加电源的强制排流法所加的直流电源,实际上又是一个产生杂散电流的电源,因而其干扰现象更为严重排流法应用中的另一个问题是,排流量过大时又会