地铁及轻轨杂散电流腐蚀的防护措施.pdf

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1、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

2、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一一收稿日期,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

3、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,,图杂散电流的通路有盐分时铁阳极则生成亦遭腐蚀电池的阳极为钢轨,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,单位·,一电化当量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

4、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

5、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,则加一外部直流电以使管道的每一点都变成阴极性的,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,这就是辅助阴极保护法中的牺牲阳极法或流电阳极法阳极,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

6、的强制排流法、亦可看成是阴极保护,它图阴极保护法法以钢轨作为辅助阳极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,,阻止逆向电流,工作可靠成本,选择排流法这种方法使用半导体整流器实现单向排流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,,

7、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

8、应用中的另一个问题是,排流量过大时又会