Контрольные вопросы

1. Что означает термин «коррозия»? Сформулируйте определение коррозии.

2. Какой урон наносит коррозия на магистральных газопроводах?

3. Расскажите об основных видах коррозии.

4. Каким видам электрохимической коррозии наиболее подвержены подземные магистральные газопроводы?

5. Как классифицируют коррозию по характеру разрушения металла?

6. Какие виды коррозионных разрушений металла наиболее опасны на магистральных газопроводах и почему?

7. Какие показатели используются для количественной оценки величины коррозии?

8. При какой скорости коррозии металла на магистральных газопроводах требуется применение специальных противокоррозионных мероприятий?

Рис. 1.2.1. Основные виды коррозионных повреждений

а - сплошная равномерная коррозия; б - сплошная неравномерная коррозия;

в - коррозия пятнами; г - язвенная коррозия; д - точечная коррозия;

е - сквозная коррозия;

1 - металл; 2 - продукты коррозии

Глава 1.3

Коррозия стальных подземных сооружений

• Почвенная коррозия

• Коррозия блуждающими токами (электрокоррозия)

• Контрольные вопросы

Почвенная коррозия

Одним из самых распространенных видов коррозии подземных стальных сооружений является почвенная или грунтовая коррозия. Непременным условием существования почвенной коррозии является наличие в грунте почвенного электролита, образующегося в процессе растворения водой солей, минеральных и органических веществ, содержащихся в почве.

Механизм возникновения и действия коррозионных процессов

Атомы металла, расположенные на поверхности подземного сооружения, соприкасаясь с почвенным электролитом, подвергаются воздействию силового поля молекул воды, которые могут «внедряться» в кристаллическую решетку металла (см. материал Главы 1.1). Силовое воздействие может быть настолько сильным, что нарушается связь атомов металла с кристаллической решеткой. При этом атомы металла подземного сооружения переходят в электролит, образуя ион-атомы, несущие некомпенсированный электрический заряд. Переходя в электролит ион-атомы металла сообщают ему дополнительный положительный заряд, а сооружение оказывается заряженным отрицательно (за счет оставшихся валентных электронов).

Вследствие неоднородности грунта и металла трубопровода на поверхности трубопровода возникают участки с различными равновесными потенциалами, и в этом случае появляется уравнительный ток, который будет протекать через грунт от участков трубопровода, обладающих более отрицательным потенциалом (анодных участков), к участкам с более положительным потенциалом (катодным). На анодных участках коррозионный ток стекает с трубопровода в окружающий грунт и вызывает электрохимическое растворение металла. На катодных участках наоборот, ток входит в трубопровод, не вызывая при этом растворения металла. Образуемая таким образом система называется коррозионным микро- или макроэлементом (рис. 1.3.1).

Эквивалентная электрическая схема коррозионного элемента приведена на рис. 1.3.2. При образовании на поверхности трубопровода участков с различными равновесными потенциалами (например ₁ и ₂) между ними возникнет электродвижущая сила (э.д.с.) Е. Для определения величины этой э.д.с. необходимо из более положительного потенциала вычесть более отрицательный. Так как металл трубопровода является проводником, то можно считать, что участки с различными потенциалами соединены электрической цепью с сопротивлением R_тр.

Работу такого гальванического коррозионного элемента можно представить следующими электрохимическими процессами.

Анодный процесс. На анодных участках протекает процесс ионизации металла, т.е. металл переходит в почвенный электролит в виде гидратированных (обводненных) положительно заряженных ионов:

Fe + mH₂O  Fe²⁺ · mH₂O + 2e^–

Катодный процесс. На катодных участках происходит реакция восстановления (деполяризация), т.е. отбор некомпенсированных электронов металла ионами или молекулами почвенного электролита.

В кислых электролитах электроны переходят к ионам водорода и образуется газообразный водород, который выходит из раствора в виде пузырьков:

2H⁺ + 2e^–  H₂

Такой процесс называют коррозионным процессом с водородной деполяризацией.

В средах с присутствием кислорода и малой концентрацией водородных ионов катодная реакция протекает с отдачей электронов кислороду с превращением его в ион гидроокисла:

O₂ + 2H₂O + 4e^–  4OH^–

Такой процесс называют коррозионным процессом с кислородной деполяризацией.

Если на катоде водородная и кислородная деполяризация идут параллельно с соизмеримыми скоростями, то говорят о коррозионном процессе со смешанной деполяризацией.

Промежуточные процессы – перетекание избытка электронов по металлу от анодных участков к катодным и соответствующего перемещения катионов и анионов в электролите.

Вторичные процессы – взаимодействие первичных продуктов коррозии друг с другом или с электролитом и растворенными в нем газами с образованием трудно растворимых продуктов коррозии.

В сильно увлажненных грунтах с нейтральными или щелочными свойствами при недостатке кислорода ионы Fe²⁺ и OH^– соединяясь, образуют гидрат закиси железа (нерастворимый осадок белого цвета):

Fe²⁺ + 2OH^–  Fe(OH)₂.

В увлажненных грунтах в присутствии кислорода гидрат закиси железа может окисляться до образования гидрата окиси железа (буро-красного цвета, трудно отделяемого от поверхности металла):

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O  4Fe(OH)₃.