Тема: «Атмосферная коррозия и подземная коррозия»

1. Особенности.

2. Развитие процесса.

3. Защита.

Атмосферная коррозия – это разрушение металлов при обычной температуре во влажной воде (электрохимическая коррозия) и протекает в тонких слоях влаги, большей частью с кислородной деполяризацией. Влага поглощает промышленные газы (сернистый газ, хлор, хлористый водород, окислы азота, окислы серы и др.). Водородная и кислородная деполяризация протекают параллельно и независимо друг от друга. Особенностью атмосферной коррозии является возникновение концентрационной поляризации в отличие от электролита. Кроме того, есть вероятность анодной пассивности металлов при доступе кислорода к поверхности металла.

Скорость атмосферной коррозии зависит от влажности атмосферы. К основным видам атмосферной коррозии относятся капиллярная, адсорбционная или химическая конденсация влаги на поверхности металла при относительной влажности воздуха меньше 100%.

При конденсации влаги при температуре выше точки росы наступает капиллярная конденсация (в щелях, зазорах, т.е. на вогнутых менисках воды). Капиллярная конденсация влаги обусловлена тем, что упругость паров над поверхностью жидкости зависит от кривизны мениска. На капиллярную конденсацию влияет также когезия и адгезия.

Адсорбционная конденсация, т.е. образование тончайшего слоя молекул воды, связанных с поверхностью металла силами адсорбции, возникает при относительной влажности ниже 100%.

Под химической конденсацией надо понимать дальнейшее развитее адсорбционной конденсации в том случае, если материал, на котором происходит этот процесс, химически взаимодействует с водой или дает гидратные соединения (хемосорбция воды). При наличии ржавчины коррозия начинается при относительной влажности Р= 50-60%. При влажности ниже 100% на гладкой металлической поверхности образуется только мономолекулярная сплошная пленка. При понижении температуры на металле начинается осаждение мельчайших капелек воды.

В сухом воздухе происходит химическая коррозия.

Влияние характера атмосферы на скорость коррозии:

К числу факторов, влияющих на скорость атмосферной коррозии, относятся влажность воздуха, состав пленки, степень ее агрессивности.

Влияние характера воды на территориях:

- сухая континентальная 1-9 баллов

- морская чистая 38

- морская индустриальная 50

- индустриальная 65

- индустриальная сильно загрязненная 100

Срок службы проводов в сельской местности составляет 50-60 лет, а в индустриальных городах – 4-5 лет.

.

Одним из наиболее важных свойств продуктов коррозии является их гигроскопичность. Так, на поверхности меди в атмосфере, загрязненной сернистым газом, выкристаллизовываются продукты коррозии (сернокислая медь), которые интенсивно поглощают влагу и тем самым способствуют усилению коррозии. Гигроскопичны также продукты коррозии никеля, образующиеся при действии на него сернистой кислоты. Хлористый цинк, быстро образующийся на цинке в атмосфере, загрязненной парами соляной кислоты, также весьма гигроскопичен. Наоборот, продукты коррозии алюминия, образующиеся в промышленной атмосфере, хорошо предохраняют металл от разрушения даже при наличии в атмосфере сернистого газа.

При решении вопроса о допустимости контакта между металлами можно также руководствоваться следующими данными. Все металлы разделены на пять групп: I – магний, II – цинк, алюминий, кадмий, III – железо, углеродистые стали, свинец, олово, IX – никель, хром, хромистые стали (Х17), хромоникелевые стали (Х18Н9), V – медноникелевые сплавы, медь, серебро.

Контакт металлов, входящих в одну и ту же группу, считается допустимым. Металлы каждой последующей группы усиливают коррозию металлов предыдущей группы. Коррозия может наблюдаться и при контакте металлов внутри группы: металлы каждой группы, как правило, подвергаются коррозии, находясь в контакте с металлами, расположенными в группе за ними.

Защита от атмосферной коррозии:

- торможение анодных или катодных процессов,

- легирование (Cu, Cr, Ni, Al и др)

- снижение содержания в атмосфере активных газов, солей и пыли

- металлические покрытия, лакокрасочные покрытия, применение замедлителей смазок.

Подземная коррозия металлических конструкций протекает в почвенных и грунтовых условиях и имеет обычно электрохимический механизм. В почве много органических веществ и минеральных солей. Слой, лежащий под почвой, не содержащий органических веществ, называют грунтом.

Подземные металлические конструкции в грунте подвергаются прямому коррозионному воздействию грунта. Особенно сильно разрушение наблюдается в условиях совместного воздействия грунта и блуждающих токов. Блуждающими токами называются токи, ответвляющиеся от различных электрических источников и протекающие в грунте, а также в подземных сооружениях. Наличие в грунте влаги способствует протеканию коррозии по электрохимическому механизму и возникновению коррозионных элементов. Находящиеся в грунте микроорганизмы также способствуют разрушению подземных металлических конструкций.

На процессы подземной коррозии оказывают влияние самые разнообразные факторы, к числу которых относятся температура, электропроводность, воздухонепроницаемость грунта, состав грунтовых вод.

Особенностью подземной коррозии является проявление ее в виде язв, каверн, часто в виде сквозного проржавления. Этим обычно объясняется, что опасность подземной коррозии оценивается не коррозионной потерей металла, а возможностью аварий установок, трубопроводов и сооружений.

Наиболее важными ионами, находящимися в грунтах и влиящими на скорость коррозионного процесса, являются . Органические соединения, в особенности фенолы и органические кислоты, образующиеся в почве в результате бактериальных процессов, усиливают коррозию. Очень кислые грунта, у которых рН может быть менее 3, вызывают сильную коррозию. К ним относятся торфяные и болотистые грунты.

Коррозионную активность грунтов классифицируют по пятибалльной системе, разделяя ее на на низкую, нормальную, повышенную, высокую и особо высокую. Например, срок появления сквозных каверн для стального трубопровода с внутренним диаметром 300 мм и толщиной стенки 8-9 мм при низкой коррозионной активности грунта составляет 25 лет, при нормальной – 10-25 лет, при повышенной 5-10 лет, при высокой 3-5 лет и при особо высокой 1-3 года.

Влияние блуждающих токов.

Особенно большую опасность для подземных металлических сооружений представляют блуждающие токи, ответвляющиеся от рельсовых путей трамвая и электрических железных дорог, в которых рельсы используются в качестве обратного провода для токов.

Рассмотрим простейшую принципиальную схему коррозии подземной трубы при наличии блуждающих токов от токонесущих рельсов. Ток поступает от положительного полюса источника в рабочий воздушный провод и возвращается обратно к отрицательному полюсу по рельсам. Однако в большинстве случаев, в связи с тем, что рельсы соприкасаются с почвой, часть тока из-за недостаточной изоляции ответвляется и направляется по почве, которая является электролитом. Здесь ток ищет себе пути наименьшего сопротивления, которыми могут оказаться металлические сооружения (трубопроводы). Если металлическая труба расположена вблизи токонесущих рельсов, то часть блуждающих токов потечет по трубе. Путь прохождения блуждающих токов по трубе можно подразделить на три зоны:

1) катодная зона – участки входа блуждающих токов из почвы в трубопровод, эта зона в корррозионном отношении неопасна;

2) зона протекания блуждающего тока по трубопроводу, в этой зоне нет перехода тока ни из почвы в трубопровод, ни обратно и, следовательно, эта зона также неопасна;

3) анодная зона – участки выхода блуждающих токов из металла трубопроводов в грунт, это – зона коррозии трубопровода, которая проявляется в виде глубоких язвин.

Для свинца и алюминия опасными являются и катодные зоны, так как возможно возникновение так называемой катодной коррозии из-за повышения щелочности среды около катодных участков.

Величина протекающего по подземным сооружениям блуждающего тока может быть очень велика. Ток силой 1 А в течение года разрушает около 9 кг железа, 11 кг меди, 34 кг свинца.

Влияние микроорганизмов.

Процессы бактериальной коррозии могут протекать в аэробных и анаэробных условиях. Микроорганизмы могут оказать влияние на катодные или анодные электрохимические процессы, могут изменить физико-химические свойства грунта, и следовательно, ее агрессивность, в некоторых случаях разрушать защитные покрытия.

В анаэробных грунтовых условиях бактерии могут вырабатывать сероводород, углекислоту, углеводороды и др. Жизнедеятельность сульфатовосстановливающих бактерий связана с процессом восстановления содержащихся в грунтах сульфатных солей по реакции:

.

При анаэробной коррозии железа могут протекать следующие реакции:

1) анодный процесс:

.

2) биологические процессы:

3) катодные процессы:

4) вторичные химические процессы:

В анаэробных условиях бактерии могут образовывать метан путем восстановления по реакции

этот процесс протекает при рН от 5,2 до 8,7.

Значительно меньшую роль в биокоррозии металлов играют аэробные бактерии. В процессе жизнедеятельности серобактерии окисляют сероводород сначала в серу, а затем в серную кислоту по уравнениям

Методы защиты:

– выбор коррозионностойких металлов и сплавов:

– изолирование металлической поверхности антикоррозионными покрытиями, стойкими в агрессивных средах (металлические, силикатные, на основе пластмасс, лакокрасочные);

– обработка коррозионной (применение замедлителей, засыпка траншей инертными веществами);

– электрохимическая защита (защита наложенным извне током, протекторная защита, электрический дренаж).