Коррозия и защита от нее

                            Вариант-6

1. Классификация процессов коррозии.

2. Критерии защиты от коррозии

3. Катодное  защита 

4. Методы  оценки сплоченности изоляционного  покрытия. 

1. Классификация процессов коррозии. 

     Классифицировать  коррозию принято по механизму, условиям протекания процесса и характеру  разрушения. По механизму протекания коррозионные процессы, согласно ГОСТ 5272-68, подразделяются на два типа: электрохимические  и химические

     К электрохимической коррозии относят  процесс взаимодействия металла  с коррозионной средой, при котором  ионизация атомов металла и восстановление окислительных агентов среды  протекают не в одном акте и  зависят от электронного потенциала (наличия проводников второго  рода). Рассмотрим несколько видов  электрохимической коррозии:

1) атмосферная  – характеризует процесс в  условиях влажной воздушной среды.  Это наиболее распространенный  вид коррозии, так как большинство  конструкций эксплуатируют в  атмосферных условиях. Ее можно  разделить следующим образом:  на открытом воздухе, с возможностью  попадания на поверхность машин  осадков, или с защитой от  них в условиях ограниченного  доступа воздуха и в замкнутом  воздушном пространстве;

2) подземная  – разрушение металла в почвах  и грунтах. Разновидность этой  коррозии – электрохимическая  коррозия под воздействием блуждающих  токов. Последние возникают в  грунте вблизи источников электрического  тока (систем передачи электроэнергии, электрифицированных транспортных  путей);

3) жидкостная  коррозия, или коррозия в электролитах

     Ее  частным случаем является подводная  коррозия – разрушение металлических  конструкций, погруженных в воду. По условиям эксплуатации металлоконструкций, этот вид подразделяют на коррозию при полном и неполном погружении; при неполном погружении рассмотрен процесс коррозии по ватерлинии. Водные среды могут отличаться коррозийной  активностью в зависимости от природы растворенных в них веществ (морская, речная вода, кислотные и  щелочные растворы химической промышленности и т. п.). При подводной коррозии возможны процессы коррозии оборудования в неводных жидких средах, которые  подразделяют на неэлектропроводящие и электропроводящие. Такие среды специфичны для химической, нефтехимической и других отраслей промышленности. К химической коррозии относят процесс, в котором окисление металла и восстановление среды представляют единый акт (отсутствие проводников второго рода).

     Химическая  коррозия – это разрушение металлов в окислительных средах при высоких  температурах. Различают два вида: газовая (т. е. окисление металла  при нагреве) и коррозия в неэлектролитах :

а) характерной  особенностью газовой коррозии является отсутствие влаги на поверхности  металла. На скорость газовой коррозии влияет, прежде всего температура  и состав газовой среды. В промышленности часто встречаются случаи этой коррозии: от разрушения деталей нагревательных печей до коррозии металла при  термической обработке.

б) коррозия металлов в неэлектролитах, независимо от их природы, сводится к химической реакции между металлом и веществом. В качестве неэлектролитов используют органические жидкости.

     В особую группу следует выделить виды коррозии в условиях воздействия  механических напряжений (механическая коррозия). Эта группа включает: собственно коррозию под напряжением, характеризуемую разрушением металла при одновременном воздействии коррозионной среды и постоянных или переменных механических напряжений; коррозионное растрескивание – при одновременном воздействии коррозионной среды и внешних или внутренних механических напряжений растяжения с образованием транскристаллитных трещин.

Различают самостоятельные виды коррозии:

1) коррозия  при трении – разрушение металла,  вызываемое одновременным воздействием  коррозионной среды и трения;

2) фреттинг-коррозия  – разрушение при колебательном  перемещении двух поверхностей  относительно друг друга в  условиях воздействия коррозионной  среды; 

3) коррозионная  кавитация – разрушение при  ударном воздействии среды; 

4) коррозионная  эрозия – при истирающем воздействии  среды; 

5) контактная  коррозия – разрушение одного  из двух металлов, находящихся  в контакте и имеющих разные  потенциалы в данном электролите. 

     Следует различать коррозию и эрозию. Эрозия о латинского слова erodere (разрушать) – постепенное механическое разрушение металла, например при истирании  трущихся частей механизмов.

Самостоятельный вид коррозии – биокоррозия –  это разрушение металла, при котором  в качестве значимого выступает  биофактор.

     Биоагенты – микроорганизмы (грибы, бактерии), которые являются инициаторами или  стимуляторами процесса коррозии.

     По  характеру разрушения коррозия делится  на сплошную (или общую) и местную (локальную). Сплошная коррозия охватывает всю поверхность металла, при  этом она может быть равномерной  или неравномерной. Местная коррозия происходит с разрушением отдельных  участков поверхности металлов. Разновидность  этой коррозии: точечная (питтинг), коррозия пятнами и сквозная коррозия.

     Подповерхностная  коррозия начинается с поверхности, но развивается преимущественно  под ней таким образом, что  продукты коррозии сосредоточены внутри металла. Ее разновидность – послойная коррозия, распространяющаяся преимущественно в направлении пластической деформации металла.

     Структурная коррозия связана со структурной  неоднородностью металла. Ее разновидность  – межкристаллитная – разрушение металла по границам кристаллитов (зерен) металла; внутрикристаллитная –  разрушение металла по зернам кристаллитов. Наблюдается при коррозийном  растрескивании, протекающем под  влиянием внешних механических нагрузок или внутренних напряжений.

     Ножевая коррозия – локализованное разрушение металла в зоне сплавления сварных  соединений в жидких средах с высокой  коррозионной активностью.

     Щелевая коррозия – усиление процесса разрушения металла в зазорах между двумя  металлами.

     Избирательная коррозия – разрушение одной структурной  составляющей или одного компонента металла в высокоактивных средах. Существует ряд разновидностей: графитизация чугуна (растворение ферритных или  перлитных составляющих) и обесцинкование (растворение цинковой составляющей) латуней. 

2. Критерии защиты от коррозии. 

     Внешняя поверхность подземных металлических  трубопроводов подвергается электрохимической коррозии, которая в зависимости от условий может быть вызвана взаимодействием наружной поверхности металла с окружающей средой (почвенная коррозия) или воздействием на металл блуждающих токов (коррозия блуждающими точками).

     Опасность почвенной коррозии  подземных металлических сооружений определяется коррозионной активностью грунтов по отношению к металлу сооружения.

     Коррозионную  активность грунтов по отношению  к стальным подземным трубопроводам  определяют по трем показателям: величине удельного электрического сопротивления  грунта, потере массы образцов и  плотности поляризующего тока (табл. 1). Коррозионную активность грунтов  устанавливают по показателю, характеризующему наибольшую коррозионную активность.

Таблица 1. Коррозионная активность грунтов  по отношению к стали

     Примечание. Если по одному из показателей установлена высокая коррозионная активность грунта, то в определении коррозионной активности по остальным показателям нет необходимости.

     Критерием опасности  коррозии , вызываемой блуждающими  токами, является наличие положительной  или знакопеременной разности потенциалов  между трубопроводом и землей (анодные или знакопеременные  зоны).

     Опасность  коррозии  подземных трубопроводов  блуждающими токами оценивают на основании электрических измерений.

     Основным  показателем, определяющим опасность  коррозии  стальных подземных трубопроводов  под действием переменного тока электрифицированного транспорта, является смещение разности потенциала между  трубопроводом и землей в отрицательную  сторону не менее чем на 10 мВ по сравнению со стационарным потенциалом  трубопровода.

     Защита  подземных стальных трубопроводов  от почвенной  коррозии  и  коррозии, вызываемой блуждающими токами, может быть осуществлена путем изоляции трубопровода от контакта с окружающим грунтом и ограничения проникания блуждающих токов в трубопроводы из окружающей среды (рациональный выбор трасс прокладки трубопровода применение различных типов изоляционных покрытий, использование специальных способов прокладки трубопроводов); катодной поляризации металла трубопровода.

     Подземные стальные трубопроводы, прокладываемые непосредственно в грунтах высокой  коррозионной активности, следует защищать от почвенной  коррозии  изоляционными  покрытиями и катодной поляризацией.

     При защите от почвенной  коррозии  катодная поляризация подземных стальных трубопроводов должна осуществляться таким образом, чтобы создаваемые  на всей поверхности трубопровода поляризационные  потенциалы (по абсолютной величине) соответствовали  значениям, указанным в табл. 2.

Таблица 2. Значения поляризационных (защитных) потенциалов

     Измерение поляризационных потенциалов на подземных стальных трубопроводах, оборудованных для этих целей  специальными контрольно-измерительными пунктами, производится по методике, приведенной  в части II настоящей Инструкции.

     На  действующих стальных трубопроводах, не оборудованных контрольно-измерительными пунктами для измерения поляризационных  потенциалов, либо проложенных в  грунтах с удельным электросопротивлением 150 Ом·м и более, допускается осуществлять катодную поляризацию трубопровода таким образом, чтобы значения потенциалов  трубы по отношению к медно-сульфатному  электроду сравнения (включающие поляризационную  и омическую составляющие) находились в пределах -0,87 - (-2,5) В. Методика измерения  приведена в части II настоящей  Инструкции.

     Стальные  подземные трубопроводы подлежат защите  от   коррозии , вызываемой блуждающими  токами, путем катодной поляризации  в анодных и знакопеременных  зонах независимо от коррозионной активности грунта. Катодная поляризация должна осуществляться таким образом, чтобы  средние величины защитных потенциалов  соответствовали значениям, приведенным  в табл. 2 .

     Защита  стальных подземных трубопроводов  от   коррозии , вызываемой влиянием блуждающих токов электрифицированного на переменном токе транспорта, осуществляется в опасных зонах независимо от коррозионной активности грунтов путем  катодной поляризации.

     Катодную  поляризацию подземных стальных трубопроводов проводят так, чтобы  исключить вредное влияние ее на соседние подземные металлические  сооружения. Это влияние заключается  в уменьшении по абсолютной величине минимального или увеличении по абсолютной величине максимального защитного  потенциала на соседних металлических  сооружениях, имеющих катодную поляризацию; в появлении опасности электрохимической коррозии на соседних подземных металлических сооружениях, ранее не требовавших защиты  от нее.

           В случаях, когда  при осуществлении катодной поляризации  нельзя избежать вредного влияния на соседние металлические сооружения, должны осуществлять совместную защиту этих сооружений или применять другие меры, устраняющие влияние. 

3. Катодное защита.  

     Катодная  защита — это электрохимическая  защита, основанная на наложении отрицательного потенциала на защищаемую деталь[1][2].

     Сдвиг потенциала защищаемого металлического объекта осуществлен с помощью  внешнего источника постоянного  тока (станции катодной защиты) или  соединением с протекторным анодом, изготовленным из металла более  электроотрицательного, относительно объекта. При этом поверхность защищаемого  образца (детали конструкции) становится эквипотенциальной и на всех её участках протекает только катодный процесс. Обусловливающий коррозию, анодный  процесс перенесен на вспомогательные  электроды. Отсюда названия — «жертвенный  анод», «жертвенный электрод». Если, однако, сдвиг потенциала в отрицательную  сторону превысит определённое значение, возможна так называемая «перезащита», связанная с выделением водорода, изменением состава приэлектродного  слоя и другими явлениями, что  может привести к ускорению коррозии. Катодную защиту, как правило, совмещают  с нанесением защитных покрытий. 

4. Методы оценки  сплоченности изоляционного  покрытия. 

     При оценке качества изоляционного покрытия методом катодной поляризации к  исследуемому участку трубопровода подключают источник поляризующего  тока, устанавливают ток определенной величины и по вызванному этим током  смещению разности потенциалов "труба-земля" в конце участка с учетом электросопротивлений грунтов оценивают качество изоляции.

     Силу  поляризующего тока выбирают по номограмме в зависимости от длины контролируемого  участка, диаметра трубопровод да й  требуемой величины переходного  сопротивления (104 Ом·м2).

     Смещение  разности потенциалов "труба-земля" ΔUТЗ определяют по формуле:

      (1)

ΔU_ТЗ= U_ТЭИ - U_ТЗЕ

где ΔU_ТЗ контролируемое смещение разности потенциалов "труба-земля";

U_ТЭИ - измеренная разность потенциалов "труба-земля" при включенном источнике поляризующего тока;

U_ТЗЕ - естественная разность потенциалов "труба-земля", измеренная до включения катодной поляризации.

     Разность  потенциалов "труба-земля" относительно неполяризующихся электродов и удельное электросопротивление грунта измеряют в процессе исследований,

     После проведения измерений аналитически рассчитывают фактическое интегральное переходное сопротивление исследуемого участка трубопровода. 

Список  литературы: 

1. Бэкман В, Швенк В. Катодная защита от коррозии. Справочник: Пер. с нем. Под ред. Стрижевского И.В.// М.: Металлургия. 1984. 495 с. 

2. Красноярский В.В., Френкель Г.Я., Носов Р.П. Коррозия и защита металлов.// М.: Металлургия. 1969. 299 с. 

3. Люблинский Е.Я. Электрохимическая защита от коррозии.// М.: Металлургия. 1987. 96 С. 

4. Улихин А.Н., Сирота Д.С. Оптимизация параметров магистральных газопроводов от коррозии в грунтах с различным удельным электрическим сопротивлением //Практика противокоррозионной защиты №3(49). 2008. с 17 – 19. 

5. Фрейман Л.И., Прибытко Б.П. Об оценке коррозивности грунта по отношению к углеродистым сталям с учетом минимального катодного защитного потенциала и об одном из методов его определения.// Защита металлов. Том 29. № 3. 1993. С. 440-447.