Подземная коррозия трубопровода

Общая скорость коррозии определяется скоростью процесса, проте-

кающего медленнее других. Процесс, кинетика которого определяет общую

скорость коррозии, называется контролирующим.

В зависимости  от условий возможны следующие виды контроля под-

земной коррозии металлов: преимущественно катодный контроль – во влаж-

ных грунтах; преимущественно анодный контроль – в рыхлых и сухих грун-тах; смешанный катодно-омический контроль – при грунтовой коррозии ме-

таллических конструкций, вследствие работы протяженных макропар (тру-

бопроводы). 

В большинстве  случаев коррозия подземных сооружений протекает с

преимущественным  катодным контролем, обусловленным  торможением дос-

тавки кислорода к поверхности металла.

Критериями опасности  коррозии подземных металлических сооруже-

ний, согласно ГОСТ 9.602 – 89, являются:

- коррозионная  агрессивность среды по отношению  к металлу конст-

рукции;

- опасные действия  постоянного и переменного блуждающих  токов.

Скорость коррозии металла в почве зависит от коррозионной активно-

сти почвы, то есть от некоторых ее свойств: структуры, пористости, влажно-

сти, минерализации грунтовых вод, кислотности, воздухопроводности,

удельного электрического сопротивления и температуры  среды.

— Влажность почвы. Наличие влаги делает грунт электролитом и вы-

зывает электрохимическую коррозию металлов.

Увеличение влажности  грунта ускоряет протекание анодного процесса,

снижает сопротивление  электролита и затрудняет протекание катодного

процесса при  значительном содержании воды в почве. Максимальная ско-

рость подземной коррозии наблюдается в почвах, содержащих 15—25% вла-

ги.

На рис. 5.3 показано влияние влажности почвы на скорость коррозии

стали. Для каждой почвы существует определенный интервал влажности, со-

ответствующий максимальной скорости коррозии.

— Воздухопроводность грунтов. Пористые грунты могут сохранять

влагу в течение  длительного времени и создавать  благоприятные условия

для аэрации (диффузии кислорода). Повышение воздухопроводности грун-тов ускоряет коррозионный процесс вследствие облегчения протекания ка-

тодного процесса.

— Электропроводность грунтов. Наличие в почве водорастворимых

солей способствует увеличению ее электропроводности. Наиболее сильно

влияют на коррозионный процесс ионы Cl−, NO3

−, SO4

2−, НСО3

−, Са2+, Mg2+

Na2+ и др.

Увеличение засоленности грунта, кроме того, облегчает протека-

ние анодного (депассивация анодных участков поверхности) и катодного

процессов.

— Кислотность грунта. Она колеблется в широких пределах (рН 3—9).

Очень кислые грунты ускоряют коррозию металлов в результате повышения

растворимости вторичных продуктов коррозии и  возможной дополнительной

водородной деполяризации. По величине рН различают кислые (рН 3—5),

нейтральные (рН 6—8) и щелочные (рН 9—10) почвы.

— Наличие микроорганизмов. Микроорганизмы, находящиеся в грунтах,

могут вызывать значительное местное ускорение  коррозии металлов. Наи-

большую опасность  представляют анаэробные сульфат-редуцирующие бак-

терии, которые развиваются в илистых, глинистых и болотистых грунтах.

Эти бактерии в  процессе жизнедеятельности восстанавливают  содержащиеся

в грунте сульфаты, потребляя образующийся при катодном процессе водо-

род, до сульфид-ионов с выделением кислорода:

MgSО4 + 4H = Mg(OH)2 + H2S + О2.

Выделяющийся  кислород принимает участие в  катодной деполяризации

коррозионного процесса. Сульфид-ион является депассиватором, а также

связывает ионы железа, образуя малозащитные пленки сульфида, и тем са-

мым облегчает анодный процесс.

— Температура грунта. Температура грунта влияет на кинетику элек-

тродных процессов и диффузию, определяющие скорость коррозии. Обычно

с увеличением  температуры наблюдается экспоненциальное возрастание

скорости подземной  коррозии металла. Различие температур на отдельных

участках протяженных подземных сооружений может привести к возникно-

вению термогальванических коррозионных элементов, усиливающих корро-

зию.

Удельное электрическое  сопротивление почвы является функцией всех

рассмотренных свойств почвы и представляет один из наиболее характерных

показателей коррозионной активности почв по отношению к стали. В опре-

деленных границах существует прямая зависимость: чем  меньше удельное

электрическое сопротивление, тем больше скорость коррозии. Эта зависи-

мость позволяет приближенно оценить коррозионную активность почв.

Согласно ГОСТ 9.602 – 89, коррозионную активность почв по отношению к стали оценивают:

- по удельному электросопротивлению почвы;

- по средней  катодной плотности тока при  смещении потенциала катода

на 100 мВ отрицательнее  потенциала коррозии стали.

Для борьбы с  подземной коррозией сооружений широко используют

следующие способы:

— Защитные изолирующие  покрытия. Это основной метод защиты. На-

пример, на трубопроводы наносят битумное покрытие. Применяют  также

покрытия на основе липких поливинилхлоридных и  полиэтиленовых лент.

— Катодная защита от внешнего источника постоянного  тока или про-

текторная защита.

— Искусственные  среды. Для защиты от коррозии трубопроводов  обра-

батывают грунт, окружающий металл, различными веществами для

снижения или  нейтрализации его агрессивных  свойств (например об-

работка кислого  грунта известью). Иногда для создания однородного

грунта по всей длине трубопровод засыпают песчаным грунтом. Од-

нако этот метод очень трудоемкий и дорогой. 

Коррозия  металлов блуждающим током

Коррозия металлов блуждающими токами является частным, но имею-

щим большое практическое значение, случаем влияния электрического поля

в электролите  на процесс электрохимической коррозии металлов.

Электрический ток в почве, ответвляющийся от своего основного пути,

называют блуждающим. Источником блуждающего тока могут  быть элек-

трические железные дороги, электролизеры, сварочные аппараты, катодные

установки, линии  электропередач и др. Рассмотрим влияние  блуждающихтоков от электрифицированного рельсового транспорта на коррозию подземных сооружений (рис. 5.4).

 

При протекании тягового тока по рельсам вдоль них  происходит паде-

ние напряжения и рельсы получают некоторый положительный потенциал

относительно  земли, а несовершенная изоляция рельсов от земли вызывает

утечку тока в окружающий грунт. И чем больше продольное сопротивление

и меньше переходное электросопротивление, тем больше суммарный ток

утечки в землю. Вблизи подстанций и пунктов присоединения  кабелей токо-

отводов к рельсам  существуют участки постоянной отрицательной  полярно-

сти рельсов, а на значительном удалении от них – постоянной положитель-

ной полярности. Протекающие в земле блуждающие токи, встречая на своем

пути металлические  сооружения, проникают в них и  текут по ним на некото-

ром протяжении, создавая анодные и катодные зоны.

Особенность процесса коррозии металла в поле блуждающих токов за-

ключается в том, что это электролитический процесс, который протекает по

законам электролиза. На катодных участках сооружения будет  протекать ре-

акция восстановления водорода:

2H+2e →→ H2,

на анодных  участках – реакция окисления  металла: Me+mH2O→→Men+mH2O+ne.

Наличие катодных и анодных участков на сооружении определяется на-

правлением тока. Участок сооружения входа тока или  выхода электронов яв-

ляется катодом. Участок сооружения выхода тока или входа электронов яв-

ляется анодом.

Если электрический  ток постоянный, то участки металла, с которых по-

ложительные ионы поступают в электролит, являются анодами и подверга-

ются электрокоррозии; участки, на которых положительные ионы переходят

из электролита  в металл, являются катодами, на которых  протекает процесс

восстановления. Скорость коррозии пропорциональна  протекающему току.

Переменный блуждающий ток также коррозионноопасен, но в меньшей сте-

пени, чем постоянный.

Интенсивность процесса коррозии металла в поле блуждающих токов,

как правило, намного  больше, чем интенсивность почвенной  коррозии. Эти

два процесса накладываются  друг на друга. При этом совпадение анодных

зон коррозионных элементов и блуждающих токов  приводит к усилению

коррозии.

При достаточно больших потенциалах блуждающих токов последние

подавляют ток  катодного микроэлемента, возникающего в процессе почвен-

ной коррозии, распространяя  разрушение на все микроучастки сооружения в

анодной зоне блуждающих токов.

Под действием  блуждающих токов величина поляризационного потен-

циала сооружения смещается в анодных зонах в положительную сторону от-

носительно стационарного потенциала, в катодных – в отрицательную. Ве-

личина скорости коррозии определяется плотностью тока утечки.

Нанесение защитного  покрытия (лакокрасочного, битумного, полиэти-

ленового и др.) резко повышает сопротивление. Сопротивление изоляции

подземного сооружения – наиболее существенный фактор ограничения  блу-

ждающих токов, воздействующих на сооружение. По сравнению с плохо

изолированным сооружением в хорошо изолированном ток коррозии