ЛР №1 - Определение коррозионной агрессивности грунта. Удельное сопротивление грунтов

Цель работы:

1. Получить навыки измерения удельного электросопротивления грунтов.

2. Оценить коррозийную активность грунтов.

3. Научиться определять приведенную погрешность измерения и факторы, на нее влияющие.

Краткая теория:

Наиболее точный метод определения коррозионной активности грунтов - обследование коррозионных разрушений на подземном металлическом объекте, располагающемся в зоне прохождения проектируемой трассы трубопровода (металлического сооружения). Однако на практике такое сочетание встречается редко, проектируют и строят объекты, как правило, на новых площадках, поэтому данный метод применяют редко. Чаще используют методы, основанные на определении одного из важнейших факторов, обусловливающих коррозию, например, измеряют удельное электрическое сопротивление грунтов.

По месту выполнения работ методы делятся на лабораторные, полевые и лабораторно-полевые.

Лабораторные методы требуют отбора грунтов на трассе или площадке в выбранных точках с последующим лабораторным испытанием образцов. Коррозионная активность грунтов по отношению к подземным металлическим сооружениям оценивается по плотности поляризующего тока.

Из закона Ома известно, что сила тока какого-либо электрического процесса прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. В цепи «источник тока - грунт - подземное металлическое соединение - источник тока» имеются анодные и катодные участки с соответствующими напряжениями V_а, V_к, сопротивлениями R_а, R_к и R_г. Отсюда следует, что, создавая внешним источником постоянного тока разность потенциалов ∆V = V_а - V_к и измеряя силу тока в цепи, можно определить сопротивление коррозионному процессу, возникающее на аноде, катоде или окружающей среде. На этом и основана методика оценки коррозионной активности грунта по отношению к углеродистой стали по поляризационным кривым.

Лабораторно-полевые методы требуют отбора проб образцов грунта, но необходимые измерения производятся в передвижной лаборатории, находящейся здесь же. Коррозионная активность грунтов может оцениваться также по скорости коррозии металла, т.е. потеря массы металлических образцов может выступать как характеристика грунта.

Отбор проб грунта (1,5-2 кг) производят с глубины укладки подземного сооружения. Если пробу анализируют не сразу, то ее помещают в полиэтиленовый мешок и плотно завязывают. В этом случае каждую пробу сопровождают паспортом с указанием места и глубины отбора пробы и порядкового номера. Если грунт исследуют сразу, то его отправляют в передвижную лабораторию на подготовку.

Коррозионную активность грунтов по отношению к углеродистой стали определяют по потере массы стальной трубки.

Полевые методы позволяют определить коррозионную активность грунтов непосредственно на месте измерения без отбора проб с помощью специальных приборов. Они не требуют много времени и поэтому получили широкое распространение. Коррозионная активность грунтов по отношению к подземным металлическим сооружениям оценивается по удельному электрическому сопротивлению грунта ρ_г.

Под удельным электросопротивлением почвы (ρ_г) принято понимать сопротивление растеканию электрического тока в условном почвенном проводнике площадью поперечного сечения 1 м² и длиной 1 м.

Единица измерения удельного электросопротивления - Омм.

Удельное электросопротивление почвы находится в зависимости от ее влажности и солесодержания.

По удельному электросопротивлению грунта можно оценить его коррозионную активность, получив таким образом сведения для расчета эффективной электрозащиты подземных сооружений, выбора конструкции и расчета анодного заземления при катодной защите.

Коррозионная активность фунтов в зависимости от их удельного сопротивления по отношению к углеродистой стали приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Коррозийная активность грунтов

Коррозийная активность	Омм
низкая	свыше 100
средняя	свыше 20 до 100
повышенная	свыше 10 до 20
высокая	свыше 5 до 10
весьма высокая	до 5

Значения удельного сопротивления грунтов используют в расчетах анодного заземления при катодной защите. На трассе проектируемых трубопроводов удельное электрическое сопротивление грунта измеряют через каждые 100-500 м. При этом погрешность определения среднего значения удельного электрического сопротивления грунтов не превышает 10 %.

Измеряют удельное электрическое сопротивление грунтов с помощью электродных установок. Применяются установки с числом электродов от четырех до одного. Так как грунты в естественном состоянии представляют собой капиллярно-пористую систему, заполненную влагой с растворенными в ней солями, то удельное электрическое сопротивление грунтов по глубине непрерывно изменяется. В связи с этим измеряемое удельное электрическое сопротивление будет характеризовать грунт на некоторой толщине от поверхности (обычно чуть больше глубины заложения трубопровода).

Данное значение называют кажущимся удельным электрическим сопротивлением грунта. Кажущееся удельное сопротивление грунтов достаточно сложно зависит от взаимного расположения электродов и строения фунтов на обследуемой глубине. В целях упрощения расчетов применяют линейное симметричное расположение электродов. В четырехэлектродной установке используют электроды, вертикально забиваемые в грунт на заданных расстояниях (рисунок 1.1). Измерения желательно проводить над трассой трубопровода или на площадке застройки.

Приборы и оборудование:

Удельное электросопротивление грунта измеряют при помощи четырехэлектродной установки по схеме на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1

Измерительные электроды размещаются в одну линию, которая для проектируемого сооружения должна совпадать с осью трассы, а для уложенного в землю сооружения - проходить параллельно последнему. На одной линии забивают в грунт 4 электрода. Между крайними электродами A и B включают источник постоянного тока (в данной работе через выпрямитель электроды подключены к электросети).

Возникающее между электродами A и B электрическое поле распространяется в земле на глубину, зависящую от расстояния между электродами. Рекомендуемое расстояние между питающими электродами A и B находится в следующих пределах 2h AB 4h, где h - глубина прокладки подземного сооружения.

При помощи двух других электродов M и N определяют разность потенциалов в созданном электрическом поле по показанию вольтметра. Зная разность потенциалов ∆U (B) и силу тока I (А), можно найти величину кажущегося удельного электрического сопротивления грунта (Омм) по формуле

, (1.1)

где K - коэффициент, зависящий от расстояния между электродами, м.

При одинаковых расстояниях межау электродами (AM=MN=NB=a) K=2πa.

Удельное электросопротивление ρ_г определяют по формуле

ρ_г=2πRa, (1.2)

где R – показания прибора, Ом;

a - расстояние между двумя соседними электродами, м.

Глубина забивки h_з электродов в грунт должна быть более 1/20a.

На практике удельное сопротивление грунта определяется измерителями сопротивления заземлений (Ф4103-М1, ИСЗ-1 и др.).

Измеритель сопротивления заземлений (в дальнейшем - измеритель) представлен на рисунке 1.2 и предназначен для измерения сопротивления заземляющих устройств любых геометрических размеров, удельного сопротивления грунтов и активных сопротивлений как при наличии помех, так и без них.

Рисунок 1.2

Диапазон измерений и допустимых сопротивлений электродов приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Диапазон измерений и допустимых сопротивлений электродов

Диапазон измерений, Ом	Диапазон допустимых значений сопротивления электродов, кОм
	потенциальных Rп1, Rп2 или их суммарное сопротивление (Rп1 + Rп2)	токовых Rт1, Rт2 или их суммарное сопротивление (Rт1 + Rт2)
0-0,3; 0-1	0 – 2	0 – 1
0-3; 0-10	0 – 6	0 – 3
0-30; 0-100 0-300; 0-1000 0-3000; 0-15000	0 – 12	0 – 6

Измеритель относится к средствам измерений группы 4 по ГОСТ 22261-94 «Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия», но с расширенным значением рабочих температур от минус 25 до плюс 55 °C и относительной влажности до 90 % при температуре 30 °C.

Класс точности 4,0 на диапазоне 0-0,3 Ом и 2,5 на остальных диапазонах.

Пределы допускаемой основной приведенной погрешности ± 4 % на диапазоне 0-0,3 Ом и ± 2,5 % на остальных диапазонах от конечного значения диапазона измерения.

Частота измерительного тока находится в пределах 265-310 Гц. Переменное напряжение на зажимах Т1 и Т2 при разомкнутой внешней цепи не более 36 В.

Электропитание измерителя осуществляется от девяти встроенных элементов 373, А373, (R20, LR20) или от внешнего источника постоянного тока напряжением от 11,5 до 15 В.

Ток потребления от источника питания не более 160 мА.

Время установления показания в положении ИЗМ I не более 6 с в положении ИЗМ II не более 30 с. Время установления рабочего режима не более 10 с.