Лабораторный практикум

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образование учреждение высшего образования

«Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет)

имени И.М. Губкина»

Кафедра сооружения и ремонта газонефтепроводов и хранилищ

Лабораторный практикум по программе подготовки бакалавров по направлению 21.03.01 «Нефтегазовое дело»

Г.Г. ВАСИЛЬЕВ, И.В. МЕНТЮКОВ, А.П. САЛЬНИКОВ

КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ

Издательский центр

РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина

Москва - 2017

УДК 622.692.4.07

Рецензенты:

Профессор кафедры ПиЭГНП РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина,

д.т.н. Поляков В.А.

Васильев Г.Г., Ментюков И.В., Сальников А.П.

Коррозия и защита от коррозии. Лабораторный практикум. – М.:

Издательский центр РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2017. – 59

с.

В данном лабораторном практикуме рассмотрены основные теоретические и практические предпосылки изучения явления коррозии, а

также способов защиты от коррозии материалов, применяющихся при проектировании и сооружении объектов нефтегазового комплекса. Для студентов, обучающихся по направлению 21.03.01 «Нефтегазовое дело»,

инженерно-технических работников и других специалистов нефтегазовой отрасли.

Данное издание является собственностью РГУ нефти и газа (НИУ)

имени И.М. Губкина и его репродуцирование (воспроизведение) любыми способами без согласия университета запрещается

©РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2017

©Г.Г. Васильев, И.В. Ментюков, А.П. Сальников, 2017

2

3

Введение

Основным материалом при строительстве объектов и оборудования нефтегазового комплекса (трубопроводов, резервуаров, насосов, арматуры и т.д.) являются углеродистые и низколегированные стали. Срок службы и надежность работы этих объектов и оборудования во многом определяются степенью их защиты от процессов постепенного самопроизвольного разрушения составляющего их металла при взаимодействии с жидкими и газообразными средами (воздух, вода, почва, рабочая среда).

Самопроизвольное разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой называется коррозией (от позднелатинского corrosio – разъедать). Металл, подвергшийся коррозии, называют корродирующим металлом, а среда, в которой протекает коррозионный процесс – коррозионной средой. Химические соединения,

образовавшиеся в результате взаимодействия корродирующего металла и коррозионный среды, называют продуктами коррозии. Способность металлов сопротивляться воздействию коррозионной среды называется коррозионной стойкостью или химической стойкостью.

Коррозию металлов (самопроизвольный процесс разрушения)

необходимо отличать от преднамеренного разрушения металлов в том или ином технологическом процессе. Так, при растворении металла в кислотах (с

целью получения солей) или при анодном растворении в процессе электролиза (с целью последующего катодного осаждения металла из раствора) нельзя говорить о коррозии металла. Также, нельзя отождествлять коррозионное и эрозионное разрушение металлов. Эрозия металлов – это процесс постепенного разрушения их путем механического износа (например,

при истирании подшипников скольжения или при шлифовке металла). При

4

этом необходимо отметить, что процессы коррозии и эрозии могут протекать одновременно.

Коррозионный процесс протекает на границе двух фаз «металл – окружающая среда», т.е. является гетерогенным процессом взаимодействия жидкой или газообразной среды с металлом, и является сложным многостадийным процессом. В общем случае в процессе коррозии можно выделить три основных стадии (любая из стадий может состоять из элементарных процессов, протекающих последовательно, параллельно и сопряженно): 1) перенос реагирующих веществ к поверхности раздела фаз; 2)

гетерогенная реакция; 3) отвод продуктов реакции от поверхности раздела фаз.

Основной причиной коррозии металлов является их термодинамическая неустойчивость в обычных условиях, чем также объясняется самопроизвольность процесса коррозии. Возможность коррозии и стремление металла к самопроизвольному окислению зависят от степени его термодинамической неустойчивости в конкретных условиях, то есть от величины изменения изобарно-изотермического потенциала ΔGT = G2 – G1

данного процесса. Знак свидетельствует о том, что от значения величины

G2 в конечном (окисленном) состоянии отнимается значение ее в начальном состоянии G1. Если при протекании химической или электрохимической реакции термодинамический потенциал возрастает (ΔGT > 0), то самопроизвольный процесс невозможен, а если убывает (ΔGT < 0), то самопроизвольный процесс возможен. Изобарно-изотермический потенциал оксидов металлов же как правило меньше изобарно-изотермического потенциала самого металла. Данным обстоятельством объясняется, почему металлы в естественных условиях (за исключением благородных) находятся в

5

виде окислов, то есть в земной коре металлы входят в состав химических

соединений (руд).

6

Лабораторная работа №1

Определение массового показателя скорости коррозии

Цель работы: ознакомиться с основными показателями скорости коррозии металлов; экспериментальным путем определить массовый показатель скорости коррозии металла.

Оборудование и материалы: образцы металлических пластинок (Ст.3 и 17Г1С) размерами 40х15х2 мм, две емкости с 3%-ым раствором NaCl, весы лабораторные ВЛТЭ-210, щетка металлическая.

Теоретическая часть

Для полноценной защиты металла от коррозии важно знать с какой скоростью происходит тот или иной вид коррозионного разрушения. При этом широкий спектр видов и механизмов коррозионного разрушения обуславливает то, что скорость коррозии может быть выражена как скорость изменения какого-либо подходящего для данного вида коррозионного процесса параметра (показателя). Так, при рассмотрении равномерной коррозии опасными являются общие потери металла, через которые скорость и выражается, а при питтинговой коррозии опасность представляет скорость увеличения глубины коррозионного разрушения.

В общем случае истинная скорость коррозии является дифференциальной величиной равной первой производной изменения при коррозии показателя y от времени τ, т.е. корр = ⁄. На практике же чаще всего используют и определяют среднюю интегральную скорость

коррозионного процесса, т.е. корр = ∆ ⁄∆.

7

Оценку скорости коррозии принято называть показателем коррозии.

Среди наиболее часто употребляемых показателей коррозии можно выделить следующие:

1) Массовый показатель коррозии – характеризует изменение массы m

образца металла в результате коррозии, отнесенное к единице поверхности металла S и к единице времени t:

Массовый показатель коррозии чаще всего измеряют в г/(мм2·ч).

Выделяют отрицательный и положительный массовый показатель.

Первый определяется как разность массы образца до испытания и после испытания со снятием продуктов коррозии. Второй – как разность между массой образца с продуктами коррозии после испытания и массой образца до испытания. Между отрицательным и положительным массовыми показателями существует следующая связь:

Глубинный показатель коррозии чаще всего измеряется в мм/год.

В случае равномерной коррозии между отрицательным массовым показателем коррозии и глубинным показателем коррозии существует взаимосвязь, которая может быть выраженная следующей формулой:

8

3) Объемный показатель коррозии – характеризует объем поглощенного или выделившегося в процессе коррозии металла газа ΔV,

приведенного к нормальным условиям и отнесенного к единице поверхности металла S и к единице времени t:

Объемный показатель коррозии чаще всего измеряют в см3/(см2·ч).

В случае электрохимической коррозии объемный показатель коррозии определяют путем измерения количества поглощенного или выделившегося кислорода или водорода. Так, если коррозия протекает с водородной деполяризацией, тогда выделяется водород; если с кислородной деполяризацией – идет поглощение кислорода. В этом случае связь массового

9

показателя коррозии и объемного показателя коррозии осуществляется через формулу:

где – постоянный коэффициент, равный 4 при атмосферной коррозии и 2 при кислотной; – молярные объемы кислорода и водорода в условиях опыта; – валентность металла в продуктах коррозии.

4) Механический показатель коррозии – характеризует изменение какого-либо механического свойства металла за время коррозионного

процесса t. Наиболее часто используется прочностной показатель коррозии:

проч = 100 0−, (1.7)

0∙

где 0 – предел прочности металла до начала коррозионного процесса;

– предел прочности металла через время t после начала коррозионного

процесса.

Механический показатель коррозии измеряется в Па/год либо в %

(формула 1.7)

5) Электрический показатель коррозии (показатель сопротивления) –

характеризует изменение электрического сопротивления образца металла ΔR

по отношению к первоначальному сопротивлению R0 за время t:

(формула 1.8).

Массовый, глубинный и объемный показатели коррозии относят к так называемым прямым показателям коррозии, а прочностной и электрический показатели коррозии – к косвенным.

10