Основные сведения об электрохимической коррозии металлов

Коррозия металлов - разрушение металла вследствие химичес­кого или электрохимического взаимодействия их с внешней (коррозионной или агрессивной) средой. В результате коррозии образуются продукты коррозии - химические соединения, содер­жащие металл в окисленной форме. Металл, в процессе коррозии теряется безвозвратно. Коррозия начинается с поверхности метал­лического сооружения и распространяется вглубь него. Образу­емые при этом углубления заполняются продуктами коррозии.

По характеру разрушения металлов различают следующие виды коррозии: сплошную и местную. Сплошная коррозия - коррозия по всей поверхности металлической конструкции, находящейся в контакте с агрессивной средой. Такая коррозия может быть равномерной и неравномерной. Местная коррозия - коррозия на отдельных участках поверхности металлического сооружения. Местная коррозия может быть следующих видов:

· пятнами (глубина прокорродировавшего слоя металла меньше диаметра пятна);

· язвенная (диаметр и глубина приблизительно равны);

· точечная или питтинговая (диаметр точек от 0,1 до 2 мм);

· подповерхностная (распространяется под поверхностью металла и вызывает его вспучивание и расслоение);

· структурно-избиратель­ная (разрушается только одна структурная составляющая спла­ва);

· сквозная (сквозное разрушение металла);

· межкристалличес­кая (распространяется по границам кристаллов), коррозионное растрескивание (образование трещин вследствие коррозионной усталости). Наиболее опасными для газопроводов являются язвенные и точечные виды коррозии.

По характеру взаимодействия металла со средой различают два основных типа коррозии: химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия возникает в результате химических реакций, протекающих в месте контакта поверхности металла с окружающей газообразной или жидкой средой. Продукты кор­розии при этом образуются на всей поверхности металла, находя­щейся в контакте с агрессивной средой. К химической коррозии относятся:

- газовая коррозия - окисление металлов кислородом или другим газом при высокой температуре и полном отсутствии жидкостной пленки на контактирующей поверхности;

- коррозия в неэлектролитах - разрушение металла в жидких или газообразных агрессивных средах, обладающих малой электропроводностью.

Электрохимическая коррозия возникает при взаимодействии (окислении) поверхности металла с окружающей электропровод­ной внешней средой и сопровождается образованием электри­ческого тока. При этом взаимодействие металла с окружающей средой характеризуется анодными и катодными процессами, протекающими на различных участках поверхности металла. Продукты коррозии образуются только на анодных участках. К электрохимической коррозии относятся:

- коррозия в электролитах - коррозия в жидких средах, про­водящих электрический ток; в зависимости от вида электролита различают коррозию в морской или речной воде, растворах кислот, щелочей и солей;

- почвенная коррозия - коррозия подземных газопроводов под воздействием почвенного электролита;

- электрокоррозия - коррозия подземного газопровода, вызван­ная действием проникающих на него блуждающих токов различ­ных установок постоянного тока, использующих землю в качестве обратного проводника;

- атмосферная коррозия - коррозия газопровода в атмосфере воздуха или в среде любого, влажного газа;

- биокоррозия-частный случай почвенной коррозии, протека­ющей под воздействием микроорганизмов, в результате жизне­деятельности которых образуются вещества, ускоряющие корро­зионные процессы;

- контактная коррозия- коррозия, вызванная электрическим контактом двух металлов, имеющих различный электрохимический потенциал.

Помимо перечисленных видов коррозии возможны и другие виды, такие как щелевая коррозия, коррозионная эрозия, коррозия под напряжением.

Магистральные газопроводы, уложенные в грунт, подвергаются электрохимической (почвенной) коррозии, а надземные газопроводы и переходы через естественные и искус­ственные препятствия — атмосферной коррозии.

Непременным условием существования почвенной коррозии стальных подземных сооружений является наличие в грунте электролитов, в которых растворителем является вода, оказыва­ющая сильное диссоциирующее и растворяющее действие на кристаллы. Атомы металла, расположенные на поверхности трубо­провода, соприкасаясь с электролитом, подвергаются воздействию силового поля молекул воды, которые могут «внедряться» в кристаллическую решетку металла. Силовое воздействие может быть настолько сильным, что нарушается связь атомов металла е кристаллической решеткой. При этом атомы металла сооружения переходят в электролит, образуя ион-атом, несущий заряд. Вокруг ион-атома ориентируются: молекулы воды (диполи). Атом железа переходит в электролит, имея положительный заряд, а трубо­провод (сооружение) оказы­вается отрицательно заря­женным.

Если на поверхности газо­провода возникают участки с различными потенциалами, то в этом случае появляется уравнительный ток, который будет протекать через грунт от участков газопровода, обла­дающих более отрицательным потенциалом (анодных участков), к участкам с более положительным потенциалом (катодным). Участки, на которых растворяется металл, называются анодными. Ha анодных участках коррозионный ток стекает с газопровода в окружающий грунт, а на катодных - ток входит в газопровод. Образуемая таким образом система называется коррозионным микроэлементом (рис. 3.1.).

Магистральные газопроводы, проложенные вблизи электри­фицированных железных дорог постоянного тока или вблизи рабо­чих заземлений системы электропередачи постоянного тока, подвергаются электрокоррозии (коррозии блуждающими токами) (рис. 3.2.). Ток Iп от тяговой электроподстанции - 3 по контакт­ному проводу попадает на электропоезд - 4 и через рельсы - 2 возвращается к подстанции. Вследствие значительного сопро­тивления рельсов и плохой их изоляции от земли часть тока Iσ будет возвращаться к подстанции по земле по кратчайшему пути. Если в зоне прохождения блуждающих токов будет проходить газопровод - 1, то блуждающие токи будут входить и выходить из него. При этом в месте входа блуждающих токов в газопровод образуется катодная зона, а в месте выхода - анодная. Коррозионную стойкость металлов определяют по скорости коррозии, которая характеризуется глубинным показателем П = 6K/t, мм/год, где бк - глубина проникновения коррозии в металл; t - время.

Рис. 3.2. Схема образования блуждающих токов в газопроводе

Для оценки коррозионной стойкости металлов по глубинному показателю принята десятибалльная система (табл. 3.1.). Если тот или иной балл соответствует таким условиям, при которых не обеспечивается надежность сооружения, то должны быть приняты меры по замене металла на более стойкий или должны быть применены специальные меры защиты. Для магистральных газо­проводов при скорости коррозии более 0,01 мм/год (при баллах 3-9) требуются специальные противокоррозионные мероприятия.

Скорость разрушения (коррозии) подземного газопровода зависит от коррозионных условий, в котором он находится, а кор­розионные условия определяются коррозионностью грунта и особенностями данного подземного газопровода. Коррозионность грунтов по отношению к стали зависит от типа грунтов, состава и концентрации веществ, находящихся в грунте, содержания влаги (влажности), скорости проникновения воздуха в грунт, структуры грунта, температуры и удельного сопротивления грунта, наличия в грунте бактерий, активизирующих коррозионные про­цессы.

К факторам, определяющим коррозионные условия подземных газопроводов, относятся неоднородность стали труб, механические напряжения, геометрические размеры, температура и изоляцион­ный слой на поверхности трубы. В большей степени на коррозион­ные условия влияют изоляционные покрытия. Изоляционные покрытия могут иметь поры и дефекты, вследствие чего электролит грунта достигает поверхности газопровода и способствует про­теканию коррозионного процесса. В зависимости от размеров и расположения поверхности контакта изменяются и условия доступа влаги и кислорода.

табл.3.1.