ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные особенности процесса коррозии подземных трубопроводов из "Методы контроля и измерений при защите подземных сооружений от коррозии" Сложность и своеобразие протекания процесса коррозии подземных металлических трубопроводов обусловлены особыми условиями подземной среды, где взаимодействуют атмосфера, биосфера, литосфера и гидросфера. Подземные трубопроводы подвержены воздействию большого числа изменяюшихся химических, физических и биологических факторов. Совокупность воздействия этих переменных факторов и определяет коррозионное воздействие среды на подземные металлические сооружения. Процесс подземной коррозии протекает как процесс коррозии металла в водной коррозионной среде. [c.5] Химические реакции, протекаюшие между металлом и водной коррозионной средой, связаны транспортировкой заряженных частиц через границу раздела фаз и в значительной мере аналогичны процессам, протекающим при электролизе. [c.5] Металлы являются проводниками первого рода, носителями зарядов в них являются электроны. Водная коррозионная среда — проводник второго рода. В электролите находятся анионы и катионы, которые в электрическом поле становятся носителями зарядов. Электрическая проводимость металлических проводников порядка 10 Ом см а водных растворов от 10 до 1 Ом см Ч Вследствие большого различия между проводимостями металлов и электролитов металлическая фаза обычно принимается эквипотенциальной по объему. Лишь для длинных трубопроводов следует учитывать их омическое сопротивление. [c.5] Связь между прокорродировавшим количеством металла и перенесенным зарядом следует из закона Фарадея. [c.5] Оба процесса перехода в раствор ионов металла (1) и реакция электронов с окислителями (3) являются реакциями электрохимическими, которые протекают независимо друг от друга. Электрохимическая термодинамика и электрохимическая кинетика процессов, протекающих при коррозии металлов, достаточно полно освещены в литературе. [c.6] Современные представления в этой области изложены в последних трудах академика Я- М. Колотыркина [29]. Естественно, что процесс подземной коррозии имеет свою специфику, определяемую особыми условиями подземной среды. Укажем лищь на несколько аспектов, наиболее существенных для отражения специфики подземной коррозии. [c.6] При значениях pH выше 5 выделение водорода возможно только из молекул воды. Практически катодной парциальной плотностью тока, меньшей 1 мкА-см , при /с = 0,55 В, когда растворение железа ничтожно, можно пренебречь. Поэтому для коррозии стали в естественных водах и почвах со значением pH выше 5 необходимы другие окислители, например кислород. [c.6] Восстановление кислорода в целом определяется диффузией. В рассматриваемых условиях она затруднена из-за действия ряда факторов и, в частности, образования покрывающих слоев. [c.6] Физическая неоднородность металла может быть обусловлена особенностями группировки атомов по кристаллическим плоскостям, искажениями кристаллической структуры (зерно, граница зерна, блочные структуры, атомные неоднородности, впадины, выступы и т. д.). Металлы часто являются сплавами, имеющими определенную структурную неоднородность. Наконец, наличие на металле деформированных участков, шероховатость, царапины, места повреждений и т. д. обусловливают неоднородность поверхности. [c.7] В этом случае отдельные области имеют неодинаковые потенциалы. По сравнению с некороткозамкнутым состоянием (электрически разделенные области) коррозия на локальных анодах увеличивается, а на локальных катодах уменьшается. [c.8] Смешанные электроды играют определяющую роль при коррозии больших поверхностей металла, например трубопроводов, которые разрушаются в общем не из-за равномерного уноса вещества с поверхности, а в результате действия токов больших поверхностей коррозионных элементов с малыми локальными анодами. Причиной этого является увеличивающаяся с возрастанием катодной поверхности сила тока элемента, которая пропорциональна плотности тока поляризации при постоянной анодной поверхности. Соответственно скорость коррозии на анодах с ростом катодной поверхности увеличивается, причем возможен граничный случай пропорциональности (правило площадей или поверхностей). [c.8] КИМ образом, анодная область блокируется бугорками ржавчины и обедняется кислородом. Образованию локальных анодов способствуют все вещества, которые связывают коррозионные продукты без образования покрывающего слоя (труднорастворимые осадки и комплексные соединения). При наличии прокатной пленки, окраски, жировой пленки и других неравномерг ных пленок могут образовываться гетерогенные электроды смешанного типа. [c.9] Если расположить металлы и сплавы, находящиеся в грунтовой или морской воде, в электрохимический ряд напряжений, начиная от анодного, менее благородного (корродирующего) конца, в направлении к катодному, наиболее благородному (защищенному) концу, они расположатся в следующем порядке магний, цинк, алюминий, углеродистая сталь или железо, чугун, легированные стали (активные), свинец, олово, латунь, медь, бронзы, титан, никель, легированные стали (пассивные), серебро, графит. При помощи этого ряда можно предсказать, какой из двух металлов при соединении их в электролите станет анодом, а какой — катодом. [c.9] В практических условиях многие используемые сочетания, где углеродистая сталь или железо являются анодом, корродируют. Наиболее распространенными гальваническими парами (где первый — анод, а второй — катод) будут следующие сталь — цементит, чугун — чешуйчатый графит, железо — сульфид железа, железо — сера, железо — свинец, железо — окалина после прокатки, железо — медь, железо — олово, железо не-аэрируемое — железо аэрируемое, железо, омываемое электролитом, — железо в неподвижном электролите, деформируемый металл — недеформируемый металл, алюминий — железо, цинк — железо, магний — железо. [c.9] Указанные анодно-катодные комбинации не являются незыблемыми. Например, при температуре, близкой к точке кипения, поведение пары цинк — железо изменяется на противоположное. [c.9] Основными источниками внешней токовой нагрузки для подземных сооружений являются электрифицированные железные дороги постоянного тока, трамваи, метрополитен, шахтный электротранспорт, линии электропередачи постоянного тока по системе провод — земля. Токи средств электрохимической защиты можно также отнести к источникам внешних токовых нагрузок по отношению к сооружениям, не включенных в систему защиты. Из перечисленных источников внешних токовых нагрузок наиболее распространенным и мощным источником являются электрифицированные железные дороги на постоянном токе. Питание электровозов осуществляется от тяговой подстанции, которая обеспечивает ток в цепи контактный провод — электровоз — рельс. Электровозы и моторные вагоны через колеса соединяются электрически с рельсами. Рельсы не изолированы от земли и потому часть токов из рельсов ответвляется в землю. Растекаясь в земле и встречая на своем пути металлические сооружения, удельное сопротивление которых значительно ниже удельного сопротивления земли, ток натекает на них. Поскольку контактный провод подсоединен к плюсовой шине тяговой подстанции, а рельс — к отрицательной, то в местах выхода тока из рельса в землю образуется анодная зона, где коррозия разрушает подошву рельса и крепежные костыли. При этом чем меньше переходное сопротивление рельс — земля, тем большая часть токов возвращается к тяговой подстанции через землю, тем интенсивнее анодная зона на рельсе. В том месте, где блуждающие токи входят в трубопровод, они вызывают его катодную поляризацию, а в месте выхода — анодную поляризацию, которая сопровождается разрушением металла трубопровода. [c.10] Коррозионные процессы, вызываемые блуждающими токами, накладываются на процессы, обусловленные почвенной коррозией. Совпадение анодных зон коррозионных пар и блуждающих токов ведет к усилению коррозии. Потенциал подземного сооружения зависит от соотношения интенсивностей почвенной коррозии и коррозии, вызываемой блуждающими токами, и взаимного расположения анодных и катодных зон этих двух процессов. [c.10] В случае, если внешним источником тока является рельсовая сеть городского или магистрального электрифицированного железнодорожного транспорта на постоянном токе, распределение потенциалов и токов в земле и на подземном трубопроводе имеет специфический характер. Токовые нагрузки электропо-движного состава изменяются в зависимости от профиля пути и режима движения. Особенно резко изменяются токи, потребляемые тяговыми двигателями в пусковые периоды. При отключении двигателей токовая нагрузка падает до нуля. Колебание нагрузок отдельных поездов влияет на характер распределения потенциалов в рельсовой сети. Неравномерность изменения потенциального состояния рельсов зависит от числа поездов на линии. Наряду с непрерывным изменением нагрузок по величине, а иногда и по знаку происходит непрерывное их перемещение вдоль линии в разных направлениях с изменяющейся скоростью. [c.11] Непрерывное изменение во времени местоположения токовых нагрузок на рельсовой сети, резкое изменение их величины обусловливают нерегулярные изменения потенциалов и токов в системе рельс — земля — трубопровод, для которой характерны тесная взаимосвязь и взаимообусловленность процессов, происходящих в разных ее частях. На трубопроводах можно выделить три характерных зоны анодную, катодную и знакопеременную. В анодной и катодной зонах потенциалы трубопровода по отношению к грунту изменяются по величине, но стабильны по знаку. В знакопеременной зоне потенциал трубопровода по отношению к грунту изменяется во времени как по величине, так и по знаку. В реальных условиях эксплуатации подземных трубопроводов в зонах действия блуждающих токов спектр частот потенциалов сооружения по отношению к земле изменяется в широких пределах, причем можно считать, что в основном он лежит ниже 0,5 Гц, т. е. в инфранизкочастотном диапазоне. При этом форма импульса блуждающего тока не может быть выражена элементарной функцией. Частота перехода кривой через нуль в знакопеременной зоне не стабильна. [c.11] При наложении знакопеременного тока плотностью, аналогичной плотности устойчивого анодного тока, коррозионные потери снижаются по сравнению с потерями в устойчивой анодной зоне, С увеличением частоты фактические потери металла уменьшаются по сравнению с потерями, рассчитанными по закону Фарадея. Знакопеременный ток со значительным преобладанием катодных импульсов создает условия, близкие к условиям коррозионной безопасности. [c.11] Вернуться к основной статье