Коррозия наружной поверхности газопроводов

Наружные поверхности подземных стальных газопроводов подвергаются электрохимической (почвенной) коррозии (т. к. находятся под влиянием отрицательного воздействия влажных насыщенных агрессивными компонентами грунтов и блуждающих токов).

Влажный грунт, окружающий газопровод, представляет из себя сложный комплекс воздействия, так как содержит в своем составе различные соли, кислоты (органическую, муравьиную, аминокислоты и др.), щелочи, кислород. В сочетании с неоднородностью металла, создаются условия для возникновения на поверхности газопровода гальванических элементов (пар), вызывающих коррозию металла на анодных участках. Причем, если коррозионные процессы в кислой среде (рН < 7), увеличиваются, то в щелочной (рН > 7) замедляются, а при рН = 14 вообще, как правило, приостанавливаются.

Условия образования гальванических пар можно рассмотреть на примере (рис. 15.2).

Рис. 15.2. Поляризация элементов:

при разных металлах (а); при структурной неоднородности

одного и того же металла (б)

Если, например, в электролит поместить два электрода, один из цинка, а другой изжелеза (рис. 15.2, а), и соединить их внешней цепью, то в образовавшейся замкнутой электрической цепи цинковый электрод поляризуется анодно, а железный катодно. Во внешней цепи ток потечет от катода (+) к аноду (–), а в электролите, наоборот – от анода к катоду. На аноде будет происходить вынос ионов металла в электролит, сопровождающийся разрушением анода, а на катоде пойдет процесс восстановления из электролита водорода и кислорода, не вызывающий разрушения металла. Из двух железных электродов (рис. 15.2, б) анодно будет поляризоваться электрод с нарушенной структурой или внешним повреждением (царапина, наклеп и др.).

Аналогично протекает процесс на поверхности трубопроводных систем и на поверхности газопровода (рис. 15.3).

При транспортировке труб или укладке трубопровода в траншею иногда при неаккуратном обращении на их поверхности образуются вмятины, царапины, а иногда в подповерхностном слое образуются металлургические дефекты (нарушение структуры, трещины, волосовины и др.). Эти места, при недостаточно надежной гидроизоляции трубопровода, являются инициаторами коррозионных разрушений. На рис. 15.3 показана гальваническая пара, образуемая на газопроводе.

В образовавшееся гальванической паре по металлу трубы, как по внешней цепи, ток потечет от катода к аноду, а в грунте (электролите) он потечет от анода к катоду, вызывая анодное разрушение стали в этом месте.

Рис. 15.3. Схема гальванической пары на поверхности газопровода:

1 – мокрый коррозионно-активный грунт; 2 – царапина; 3 – стенка трубы; 4 – внутренняя полость трубы; 5 – неповрежденный участок металла

При физико-химической и микроструктурной неоднородности металла на его поверхности образуется большое число микрокоррозионных пар, которые в короткие сроки могут вывести газопровод из строя. Особенно это опасно когда протекают коррозионные процессы, как на внешней, так и на внутренней поверхности газопровода. Поэтому при проектировании, строительстве и эксплуатации газопровода необходимо предусматривать надежную его защиту от коррозии и бережно сохранять на всех этапах строительства и во время эксплуатации.

Внешняя поверхность надземных газопроводов подвержена смешанной (атмосферной) коррозии. Этот вид, наиболее распространенной в природе коррозии, также считается электрохимической коррозией.

Коррозионной средой в этом случае является пленка влаги, в которой растворены кислород и двуокись углерода, а в промышленной атмосфере также двуокись серы, окислы азота, сероводород, органические кислоты и др. Толщина пленки в зависимости от условий образования может меняться в диапазоне от десятков ангстрем до десятых долей миллиметра. При толщине 1 мм и более считают, что газопровод полностью погружен в электролит.

Пленка влаги образуется после дождя или в результате конденсации влаги на поверхности. При относительной влажности ниже 100 % образуется капельная, химическая и адсорбционная конденсация. В природе почти всегда имеются условия образования конденсации даже при влажности близкой к 100 %.

Механизм атмосферной коррозии во многом определяется толщиной слоя электролита. При толщине пленки менее 100 ангстрем наблюдается сухая атмосферная коррозия (это разновидность химической коррозии). При толщине пленки от 100 ангстрем до 0,1 мкм –область влажной коррозии, от 0,1 мкм до 1 мм – область мокрой коррозии. Оба вида этой коррозии являются электрохимическими. Область мокрой коррозии имеет характерную особенность: утолщение пленки влаги снижает скорость коррозии, утончение увеличивает, поэтому самая большая коррозия наблюдается в щели, например в муфтовом соединении. При строительстве и эксплуатации трубопроводных систем иногда приходится сталкиваться и с морской коррозией. Морская коррозия представляет собою разновидность электрохимической коррозии в электролитах.

Своеобразие коррозионной среды заключается в достаточно высокой агрессивности морской воды. Соленость морской воды в мировом океане составляет 3,5 %, а в средиземном приближается к 4 %.

Особенно высокая коррозия наблюдается на разделе фаз: вода – воздух, грунт – воздух. Коррозионная активность грунта определяется его пористостью (воздухопроницаемостью), влажностью, солевым составом, электропроводностью, значением РН. Особенно опасны почвы, имеющие повышенную кислотность (РН ниже 3) и умеренную влажность (около 20 %). В сухих грунтах коррозия практически не протекает.

Электрокоррозия – это электрохимическая коррозия под воздействием блуждающих токов, вызванная действием утечек постоянного тока с линий вдоль трассовых электропередач, железнодорожных путей электропоездов, рельсовых путей трамвайных линий, силовых шин и т. д. Параллельные цепи блуждающих токов возникают из-за недостаточной изоляции рельсов от земли или силовых шин от пола; из-за плохого контакта между отдельными участками рельсового пути. Если в зоне блуждающих токов оказываются трубопроводы, то они становятся частью параллельной цепи, так как имеют несравнимо более высокую проводимость по сравнению с почвой.

Рис. 15.4. Схема воздействия блуждающих токов:

1 – рельсы; 2 – газопровод; 3 – электротранспорт;

I – катодная зона; II – нейтральная зона; III – анодная зона.

Участок входа становится катодной зоной, участок выхода тока – анодной, средняя часть составляет нейтральную зону (рис.15.4).