Монтер по защите подземных трубопроводов от коррозии

Глава 1.1

Основные сведения из электрохимии

• Растворы и электролиты

• Электролитическая диссоциация

• Степень электролитической диссоциации

• Гидратация

• Двойной электрический слой

• Электрохимический (электродный) потенциал

• Электролиз. Химическое действие электрического тока

• Поляризация

• Поляризационные кривые

• Деполяризация

• Кислотность растворов

• Контрольные вопросы

Глава 1.2

Коррозия. Общие сведения

• Понятие о коррозии

• Классификация процессов коррозии

• Классификация коррозионных повреждений

• Способы количественной оценки величины коррозии

• Контрольные вопросы

Глава 1.3

Коррозия стальных подземных сооружений

• Почвенная коррозия

• Коррозия блуждающими токами (электрокоррозия)

• Контрольные вопросы

Глава 1.4

Защита металлических сооружений от подземной коррозии

• Коррозионная активность грунтов

• Способы защиты подземных металлических сооружений от коррозии

• Защита подземных металлических сооружений изолирующими покрытиями

• Электрохимическая защита подземных металлических сооружений

• Контроль эффективности электрохимической защиты и коррозионного состояния газопровода

• Контрольные вопросы

Глава 2.1

Воздушные линии электропередачи

• Устройство воздушных линий электропередачи

• Эксплуатация воздушных линий электропередачи

• Контрольные вопросы

Глава 2.2

Кабельные линии электропередачи

• Устройство кабельных линий электропередачи

• Эксплуатация силовых кабельных линий

• Ремонт кабельных линий

• Контрольные вопросы

Глава 2.3

Силовые трансформаторы

• Основные сведения

• Эксплуатация силовых трансформаторов

• Планово-предупредительный осмотр и ревизия трансформаторов

• Неисправности в электрических трансформаторах и их устранение

• Контрольные вопросы

Глава 2.4

Разъединители

• Устройство разъединителей

• Эксплуатация разъединителей

• Ремонт разъединителей

• Порядок проведения операций с разъединителями

• Контрольные вопросы

Глава 2.5

Высоковольтные предохранители

• Устройство предохранителей

• Эксплуатация высоковольтных предохранителей

• Замена патрона предохранителя

• Контрольные вопросы

Глава 2.6

Высоковольтные разрядники

• Устройство разрядников

• Устройство вентильных разрядников

• Устройство трубчатых разрядников

• Эксплуатация разрядников

• Неисправности и ремонт трубчатых разрядников

• Контрольные вопросы

Глава 2.7

Защитное заземление

• Устройство защитного заземления

• Эксплуатация защитного заземления

• Ремонт и испытания заземляющих устройств

• Контрольные вопросы

Глава 3.1

Установки катодной защиты

• Основные сведения об установках катодной защиты

• Источники тока станций катодной защиты

• Анодные заземления

• Эксплуатация установок катодной защиты

• Основные неисправности УКЗ и способы их устранения

• Контрольные вопросы

Глава 3.2

Установки протекторной защиты

• Устройство установок протекторной защиты

• Магниевые протекторы

• Активаторы

• Типы и устройство протекторных установок

• Эксплуатация установок протекторной защиты

• Анализ работы протекторных установок

• Контрольные вопросы

Глава 4.1

Измерения на подземных сооружениях

• Измерение разности потенциалов «труба-земля»

• Измерение силы и направления тока, текущего по газопроводу

• Определение удельного электрического сопротивления грунта и качества изоляционного покрытия

• Определение характера коррозионного взаимодействия подземных сооружений

• Контрольные вопросы

Глава 4.2

Измерения на сооружениях электрохимической защиты

• Измерения на станциях катодной защиты

• Измерения на протекторных установках

• Измерения на изолирующих фланцах

• Измерения, проводимые на полупроводниковых диодах и транзисторах

• Контрольные вопросы

Глава 4.3

Приборы для электрических и коррозионных измерений

• Общие сведения

• Приборы для измерения напряжения и силы тока

• Приборы для измерения потенциалов

• Приборы для измерения сопротивления заземления и удельного сопротивления грунта

• Мегомметры

• Измерительные электроды

• Измерительные провода, рулетки

• Приборы для проведения коррозионных обследований трубопроводов

• Контрольные вопросы

Глава 1.1

Основные сведения из электрохимии

• Растворы и электролиты

• Электролитическая диссоциация

• Степень электролитической диссоциации

• Гидратация

• Двойной электрический слой

• Электрохимический (электродный) потенциал

• Электролиз. Химическое действие электрического тока

• Поляризация

• Поляризационные кривые

• Деполяризация

• Кислотность растворов

• Контрольные вопросы

Растворы и электролиты

При рассмотрении различных вопросов и явлений, имеющих электрохимическую природу, встает вопрос, почему водные растворы (или расплавы) некоторых химических соединений обладают высокой электропроводностью.

Из практики уже давно известно, что водные растворы кислот, солей и щелочей, так же как и расплавы этих веществ, сравнительно хорошо пропускают электрический ток. Обычно такие растворы принято называть электролитами. Растворы, не проводящие электрического тока, принято называть неэлектролитами.

Согласно современным представлениям переносчиками тока в электролитах являются заряженные частицы - ионы. Ионами называются молекулы или атомы вещества, утратившие электрическую нейтральность вследствие потери или приобретения дополнительных электронов. Заряд иона всегда равен или кратен элементарному заряду электрона. Число элементарных зарядов определяет валентность иона и обозначается соответствующим количеством плюсов или минусов (в зависимости от полярности заряда) над символом иона, например:

H⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, OH^–, SO₄^2–.

Положительно заряженные ионы принято называть катионами, а отрицательно заряженные - анионами. Следовательно, под действием приложенного электрического поля (рис. 1.1.1) анионы и катионы начинают двигаться к соответствующим контактам внешней цепи, обеспечивая тем самым протекание тока в электролите.

Таким образом, в отличии от электронных проводников – проводников первого рода, переносчиками тока в которых являются электроны, электролиты являются проводниками второго рода, переносчиками тока в которых являются ионы.

Электролитическая диссоциация

Явление распада электрически нейтральных молекул растворенного вещества на ионы получило название электролитической диссоциации. Многочисленные опыты позволили установить, что электролитическая диссоциация происходит независимо от того, пропускается через раствор электрический ток или нет. Ниже приводятся примеры записей реакций диссоциации кислот, щелочей и солей и воды:

HCl  H⁺ + Cl^–

NaOH  Na⁺ + OH^–

NaCl  Na⁺ + Cl^–

H₂O  H⁺ + OH^–

Противоположно направленная стрелка () указывают на обратимость реакции, т.е. возможность протекания реакции в обоих направлениях.

При составлении таких реакций всегда следует исходить из принципа электронейтральности, заключающегося в том, что сумма зарядов отрицательных ионов должна быть равна сумме зарядов положительных ионов. Этот закон применим как ко всему раствору, так и к отдельно взятой молекуле.

Степень электролитической диссоциации

Из практики известно, что различные электролиты одинаковой концентрации по-разному проводят электрический ток. Современная теория объясняет это явление различной степенью диссоциации электролитов. Под степенью диссоциации понимают отношение числа диссоциированных молекул вещества к общему числу молекул вещества в растворе:

 =

В самом деле, если все молекулы вещества в растворе диссоциированы, то такой раствор будет обладать высокой электропроводностью. И наоборот, если в растворе мало диссоциированных молекул, то электропроводность раствора будет невелика. Растворы, имеющие степень диссоциации 0,6…1, называются сильными электролитами и обладают высокой электропроводимостью. Растворы, имеющие степень диссоциации 0,1…0,6 называются средними электролитами и обладают средней электропроводимостью. Растворы, имеющие степень диссоциации менее 0,1, называются слабыми электролитами и обладают очень низкой электропроводимостью. Растворы, имеющие степень диссоциации =0 (неэлектролиты) электрический ток не проводят.

Гидратация

Многие вещества (например, соли) в безводном состоянии являются диэлектриками, но при растворении в воде начинает проводить электрический ток. Это явление связано с диссоциацией молекул растворенного вещества под действием молекул воды. В исходном состоянии молекула воды является диполем, т.е. системой из двух одинаковых по величине, но противоположных по знаку электрических зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. В результате взаимного притяжения ионы вещества сближаются с соседними молекулами воды, которые благодаря своему малому размеру, внедряются в кристаллическую решетку. Взаимодействие между молекулами воды и ионами может быть столь сильным, что последние теряют связь с кристаллической решеткой и переходят в воду.

Диссоциация молекул вещества под действием дипольных молекул воды называется гидратацией, а перешедшие в раствор ионы вещества, окруженные молекулами воды (рис. 1.1.2), называются гидрат-ионами.

Двойной электрический слой

Важнейшими процессами, которые изучаются электрохимией, являются процессы, происходящие на границе «электролит-металл», так как пропускание постоянного электрического тока через электролиты всегда сопровождается химическими реакциями, протекающими на границе «электролит-металл».

Рассмотрим подробнее процессы, происходящие на границе раздела «электролит-металл».

В момент погружения металла в электролит начнется реакция растворения (ионизации), связанная с гидратирующим действием молекул воды:

Me  Meⁿ⁺·mH₂O + n,

где n - валентность атомов металла,  - отдаваемый электрон;

При ионизации нейтрального атома металла на поверхности металла (после ухода в раствор иона Меⁿ⁺) остается n зарядов  отрицательной полярности, а электролит соответственно приобретает n зарядов  положительной полярности.

По мере ухода ионов в раствор отрицательный заряд поверхности металла будет возрастать. Приграничные слои раствора, насыщаясь ионами металла, начнут приобретать все более положительный заряд. При этом возникнет разность потенциалов между металлом и раствором, ведущая к возникновению реакции восстановления (кристаллизации) металла и препятствующая дальнейшему растворению металла:

Meⁿ⁺·mH₂O + n  Me.

Наконец, может наступить момент, когда скорости растворения и восстановления металла сравняются – наступит состояние динамического равновесия, т.е. количество ионов металла в растворе и соответственно электронов в металле будет оставаться постоянным:

Me  Meⁿ⁺·mH₂O + n.

Таким образом, граница раздела «металл-раствор» будет представлять собой своеобразный конденсатор (рис. 1.1.3), называемый двойным электрическим слоем.

Образование двойного электрического слоя происходит почти мгновенно. Однако установление динамического равновесия не означает, что процессы растворения и восстановления металла прекратились. Состояние равновесия представляет собой такое состояние, когда скорости реакций ионизации и кристаллизации равны – т.е. число атомов металла превратившихся в ионы в течении определенного промежутка времени равно числу ионов, кристаллизующихся на металле за такой же промежуток времени.