Виды коррозии

то такая реакция  называется реакцией кислородной деполяризации.

Из рассмотрения механизма электрохимической коррозии следует, что интенсивность процесса зависит от скорости образования  ион-атомов металла (и свободных электронов), а также наличия кислорода и воды. Учитывая, что на скорость образования ион-атомов влияет температура, концентрация раствора электролита и другие внешние условия, можно сделать заключение, что если на поверхности одного и того же металла создать различные условия, то одна часть его поверхности станет анодом по отношению к другой.

Примеры образования  гальванических элементов из одного металла приведены на рис. 2.

Рисунок 2 — Примеры  образования гальванических элементов

В первом случае анодом является электрод, помещенный в подогретый электролит. Это связано  с тем, что в подогретом электролите  растворение металла происходит более интенсивно. Аналогичная картина  наблюдается и в слабоконцентрированном растворе собственной соли по сравнению с концентрированным раствором этой соли. Наконец, при подаче к одному из электродов воздуха на нем облегчается протекание реакции кислородной деполяризации, характерной для катода.

Рисунок 4 — Примеры  возникновения коррозионных элементов  на трубопроводе в результате различия условий на поверхности металла: А — анодная зона; К — катодная зона (стрелки указывают направление движения ион-атомов метала

 

К образованию  коррозионных элементов на поверхности  трубопроводов приводит различный  доступ кислорода к разным участкам его поверхности, разная влажность  грунта, неоднородность микроструктуры металла. Примеры возникновения  коррозионных элементов приведены  на рисунке 4.

Влияние состава  среды

Нефти представляют собой смесь различных углеводородов  с неуглеводородными компонентами (спирты, фенолы, соединения серы, кислорода и др.). Если предельные и непредельные углеводороды совершенно инертны к металлам, то неуглеводородные компоненты вступают с ними в химическую реакцию. Особенно опасны сернистые соединения (элементарная сера, сероводород, меркаптаны), которые являются причиной от 3 до 20 % случаев коррозионного повреждения внутренней поверхности трубопроводов. Сернистые соединения нефти попадают при ее переработке и в нефтепродукты.

Большую опасность  в коррозионном отношении представляют также органические кислоты, образующиеся в результате окисления углеводородной и неуглеводородной составляющих товарных топлив при их хранении и применении.

Таким образом, нефтепродукты  в той или иной мере являются коррозионно-активными.

Механизм наведения  блуждающих токов на подземные металлические  сооружения и их разрушения

Появление блуждающих токов в подземных металлических  сооружениях связано с работой  электрифицированного транспорта и  электрических устройств, использующих землю в качестве токопровода. Источниками блуждающих токов являются линии электрифицированных железных дорог, трамваев, линии электропередачи, установки катодной защиты и др.

При работе электрифицированного транспорта ток совершает движение от положительной шины тяговой подстанции по контактному проводу к двигателю  транспортного средства, а затем  через колеса попадает на рельсы, по которым возвращается к отрицательной  шине тяговой подстанции. Однако из-за нарушения перемычек между рельсами (увеличение сопротивления цепи), а  также низкого переходного сопротивления  «рельсы — грунт» часть тока стекает  в землю. Здесь она натекает на подземные металлические сооружения, имеющие низкое продольное сопротивление, и распространяется до места с  нарушенной изоляцией, расположенного недалеко от сооружения с еще меньшим  продольным сопротивлением. В месте  стекания блуждающих токов металл сооружения теряет свои ион-атомы, т. е. разрушается.

Блуждающие токи опасны тем, что они стекают, как  правило, с небольшой площади  поверхности, что приводит к образованию  глубоких язв в металле в течение  короткого времени.

Закономерности  коррозионного растрескивания под  напряжением (КРН)

Коррозионное  растрескивание под напряжением (стресс-коррозия, карбонатное растрескивание) — это  разрушение металла вследствие возникновения  и развития трещин при одновременном  воздействии растягивающих напряжений и коррозионной среды.

Впервые упоминания о КРН появились в начале 60-х  годов XX века после того, как данное явление было зафиксировано на газопроводах высокого давления в Австралии, Канаде и США. В начале 80-х годов оно  было идентифицировано на газопроводах, проложенных в пустынных и  полупустынных районах Средней  Азии и Казахстана. В настоящее  время, по данным Ростех-надзора, КРН является главной причиной разрушения линейной части магистральных газопроводов.

Внешне КРН  выглядит как группы трещин, ориентированных  преимущественно вдоль оси трубы. Трещины могут проникать в  тело трубы на различную глубину. Нарушение целостности газопровода  происходит в результате протяженного разрушения, когда трещины или  группы трещин достигают критического размера и происходит быстрый, так называемый «долом».

Трещины зарождаются  на внешней поверхности трубопровода в нижней части трубы в районе 5.. .7 часов условного циферблата. Коррозионному растрескиванию подвергаются как основной металл труб, так и  сварные соединения. Наиболее часто  КРН развивается в 20-километровой зоне после компрессорной станции, а также при наличии водных потоков, которые направлены вдоль  трубопроводов или пересекают их.

Зонами риска  с точки зрения КРН являются участки  с пересеченной местностью, где трубопровод  не прилегает ко дну траншеи, поэтому  между ними существует воздушный  зазор. 40 % всех аварий по причине КРН  связано с нарушением целостности  изоляционного покрытия.

Все стресс-коррозионные разрушения последних лет происходят в нейтральных и слабокислых грунтах (рН=4,5...7). Многочисленные наблюдения аварийных разрушений за рубежом свидетельствуют, что КРН во многих случаях провоцируется локальной коррозией, и поэтому развитие КРН напрямую связано с коррозионной активностью грунтов.

Единого мнения о  механизме КРН пока нет. Один из возможных  «сценариев» ее развития выглядит следующим  образом:

1) под некачественно  нанесенное или поврежденное  изоляционное покрытие трубопровода  попадает грунтовая вода;

2) в результате  действия катодной защиты, обеспечивающей  наложение отрицательного потенциала  на трубопровод, большая часть  катионов водорода, содержащихся  в грунтовой воде, превращается  в атомы и молекулы водорода  на поверхности металла 2Н⁺ +ẽ →Н₂), что приводит к дополнительному отслоению изоляционного покрытия;

3) часть атомов  или катионов водорода проникает  в металл, нарушая его структуру  и приводя к его охрупчиванию;

4) от действия  переменной нагрузки на поверхности  металла образуются трещины, в  которые проникает почвенный  электролит, и описанный выше  процесс повторяется;

5) при достижении  одной из трещин критических  размеров наступает «внезапное»  разрушение трубопровода.

Подводя итоги  вышесказанному, можно сделать неутешительный вывод, что коррозия трубопроводов  — процесс неизбежный. Однако человек, вооруженный знанием механизма  коррозии, может затормозить его  таким образом, чтобы обеспечить сохранение работоспособности трубопроводов  в течение достаточно длительного  времени.

 

3. Способы защиты  трубопроводов от коррозии

Способы защиты трубопроводов  от наружной коррозии подразделяются на пассивные и активные.

Продлить срок службы трубопроводов можно, применяя следующие способы защиты:

• изоляцию поверхности  Me изделий от агрессивной среды (пассивная защита), т.е. нанесение на поверхность Me слоя химически инертного, относительно Me и агрессивной среды, вещества с высокими диэлектрическими свойствами;

• воздействие  на Me с целью повышения его коррозионной устойчивости, т.е. обработка его окислителями, вследствие чего на его поверхности образуется плёнка из продуктов коррозии, например, травление стали персульфатом аммония (NH₄SO₈) при этом на поверхности стали образуется продукт коррозии - магнетит, что увеличивает сопротивление высокопрочных сталей коррозионному растрескиванию (в щелочных средах);

• нанесение на металл конструкции из малостойкого металлического тонкого слоя другого  металла, которые обладают меньшей  скоростью коррозии в данной среде, например, горячее алюминирование, оцинкование, хромирование;

• воздействие  на ОС с целью снижения её агрессивности, т.е. введение в среду ингибитора (замедлителей) коррозии. К этому  способу мояно отнести очистку воздуха от примесей и осушку его, обрабоцсу почвы ядохимикатами, снижают интенсивность жизнедеятельносги микроорганизмов, что уменьшает опасность биокоррозии и т.д.

Пассивные способы  защиты предусматривают изоляцию наружной поверхности трубы от контакта с  грунтовыми водами и от блуждающих электрических токов, которая осуществляется с помощью противокоррозионных диэлектрических покрытий, обладающих водонепроницаемостью, прочным сцеплением с металлом, механической прочностью. Для изоляции трубопроводов применяют покрытие на битумной основе, на основе полимеров и лаков.

Для защиты от электрохимической  коррозии применяются активные способы  электрохимической защиты.

Активные способы  защиты трубопроводов от наружной коррозии предусматривают создание такого электрического тока, в котором весь металл трубопровода, несмотря на неоднородность его включений, становится катодом, а анодом является дополнительно размещенный в  грунте металл. Существуют два вида активной защиты трубопроводов от наружной коррозии — протекторная и катодная.

3.1 Защитные покрытия  для трубопроводов

Изоляционные  покрытия, применяемые на трубопроводах, должны удовлетворять следующим  основным требованиям:

• обладать высокими диэлектрическими свойствами;

• быть сплошными;

• обладать хорошей  адгезией (прилипаемостью) к металлу трубопровода;

• быть водонепроницаемыми;

• обладать высокой  механической прочностью и эластичностью; высокой биостойкостью;

• быть термостойкими (не размягчаться под воздействием высоких температур и не становиться  хрупкими при низких);

• конструкция  покрытий должна быть сравнительно простой, а технология их нанесения — допускать  возможность механизации.

Материалы, входящие в состав покрытия, должны быть недефицитными, а само покрытие — недорогим, долговечным.

Противокоррозионную защиту подземных трубопроводов  осуществляют:

• покрытиями на основе полимерных материалов (полиэтилена, термоуса-живающихся и термореактивных полимеров, эпоксидных красок и др.), наносимыми в заводских или базовых условиях;

• покрытиями на основе термоусаживающихся материалов, полимерных липких лент, битумных и асфальтосмолистых мастик, наносимыми в базовых и трассовых условиях.

Государственный стандарт по защите от коррозии рекомендует 22 конструкции защитных покрытий трубопроводов  нормального и усиленного типов. Покрытия усиленного типа значительно  более разнообразны по конструкции (их 19). К ним предъявляются повышенные требования по таким показателям, как  прочность и относительное удлинение  при разрыве, адгезия к стали, переходное сопротивление и др.

Усиленный тип  защитных покрытий применяется на трубопроводах  диаметром 820 мм и более независимо от условий прокладки, а также  независимо от диаметра трубопроводов  при прокладке их в зонах повышенной коррозионной опасности:

• в засоленных почвах любого района страны;

• в болотистых, заболоченных, черноземных и поливных почвах, а также на участках перспективного обводнения или орошения; на подводных  переходах и в поймах рек, а  также на переходах через железные и автомобильные дороги;

• на участках промышленных и бытовых стоков, свалок мусора и шлака;

• на участках блуждающих токов источников постоянного тока;

• на участках трубопроводов  с температурой транспортируемого  продукта выше 30 °С;

• на территориях  насосных станций;

• на пересечениях с различными трубопроводами;

• на участках трубопроводов, прокладываемых вблизи рек, каналов, озер, водохранилищ, а также населенных пунктов и предприятий.

Во всех остальных  случаях применяются защитные покрытия нормального типа.

В зависимости  от используемых материалов различают  мастичные, полимерные и комбинированные  покрытия.