Корозія підземних трубопроводів та захист від корозії металу .

Корозія підземного трубопроводу є однією з основних причин його розгерметизації внаслідок утворення тріщин та розривів.

Корозія металів, тобто їх окислення, – це перехід атомів металу з вільного стану в хімічний, іонний. При цьому атоми металу втрачають свої електрони, а окислювачі приймають їх.

Мал. 2.1

На підземному трубопроводі за рахунок неоднорідності металу труби та гетерогенності ґрунту (як за фізичними властивостями, так і за хімічним складом) виникають ділянки з різними електродними потенціалами, що обумовлює утворення гальванічних корозійних елементів (мал. 2.1 та 2.2).

Важливими видами корозії є: поверхнева (суцільна по всій поверхні), місцева у вигляді раковини, виразкова (піттингова), щілинна, міжкристалічна та корозія, що зумовлена розтіканням із плином часу. Два останніх види корозії загрожують найбільше підземним трубопроводам.

Поверхнева корозія лише у поодиноких випадках призводить до пошкоджень, тоді як через виразкову корозію відбувається найбільша кількість проблем.

Корозійна ситуація, в якій знаходиться металічний трубопровід у ґрунті, залежить від великої кількості факторів, що пов’язані з ґрунтовими та кліматичними умовами, особливостями траси, умовами експлуатації. До таких факторів відносяться:

• вологість ґрунту,
• хімічний склад ґрунту,
• кислотність ґрунтового електроліту,
• структура ґрунту,
• температура газу, що транспортується

Мал.2.2

Найсильнішим та негативним виявом блукаючого струму в землі, що викликається електрифікованим рейковим транспортом постійного струму, є електрокорозійна руйнація трубопроводів. Ілюстрація виникнення блукаючих струмів та їх вплив на трубопровід наведена на малюнку 2.3.

Мал.2.3. Схема виникнення блукаючих струмів на залізній дорозі з електричною тягою на постійному струмі:

1 - тягова підстанція,
2 - навантаження,
3 - контактна мережа,
4 - ходова рейкова мережа,
5 – трубопровід Iкс – струм у контактній мережі, Iрс – струм у ходовій рейковій мережі, Iн – набігаючий на трубопровід струм, Iс – витікаючий із трубопроводу струм.

Інтенсивність блукаючого струму та його вплив на підземні трубопроводи залежить від таких факторів, як:

перехідний опір рейки – земля,

поздовжній опір ходових рейок,

кількість потягів на перегоні,

відстань між тяговими підстанціями,

споживання струму електропоїздами,

кількість та переріз відсмоктувальних ліній,

питомий електричний опір ґрунту,

відстань та розташування трубопроводу відносно ґрунту,

перехідний та повздовжній опір трубопроводу.

Слід зазначити, що блукаючі струми в катодних зонах створюють захисну дію на споруду, тому в таких місцях катодний захист трубопроводу може бути здійснений без великих капітальних витрат.

Методи захисту підземних металевих трубопроводів від корозії поділяються на пасивні й активні.

Пасивний метод захисту від корозії припускає створення непроникного бар'єру між металом трубопроводу і ґрунтом, що оточує його.Це здійснюється за допомогою нанесення на трубу спеціальних захисних покриттів (бітум, полімерні стрічки, епоксидні смоли тощо).

На практиці не вдається уникнути повної помилки ізоляційного покриття. Різні види покриття мають різну дифузійну проникність і тому забезпечують різну ізоляцію труби від довкілля. У процесі будівництва і експлуатації в ізоляційному покритті виникають тріщини, вм'ятини й інші дефекти. Найбільш небезпечними є наскрізні ушкодження захисного покриття, де практично і відбувається ґрунтова корозія.

Оскільки пасивним методом не вдасться повністю здійснити захист трубопроводу від корозії, одночасно застосовується активний захист, пов'язаний з керуванням електрохімічними процесами, що протікають на межі металу труби і ґрунтового електроліту. Такий захист називають комплексним.

Активний метод захисту від корозії здійснюється шляхом катодної поляризації і базується на пониженні швидкості розчину металу шляхом зміщення його потенціалу в область більш негативних значень, ніж природний потенціал.

У 1928 році Роберт Кун шляхом експерименту встановив, що величина потенціалу катодного захисту сталі складає мінус 0,85 Вольт відносно мідносульфатного електрода порівняння. Оскільки природний потенціал сталі в ґрунті приблизно дорівнює - 0,55...- 0,6 Вольт, то для здійснення катодного захисту необхідно змістити потенціал корозії на 0,25...0,30 Вольт у негативний бік.

Прокладаючи електричний струм між металічною поверхнею труби і ґрунтом, необхідно досягти зниження потенціалу в дефектних місцях ізоляції труби до значення, нижчого за критерій захисного потенціалу, що дорівнює, - 0,85 В. У результаті цього швидкість корозії зніметься до 10 мкм у рік, утрачаючи при цьому практичне значення.

Катодний захист трубопроводу можливо здійснити двома методами:

• – застосуванням магнієвих анодів-протекторів (гальванічний метод);
• – застосуванням зовнішніх джерел постійного струму, мінус яких з’єднується з трубою, а плюс – з анодним заземленням (електричний метод).

В основу гальванічного методу покладений той факт, що різні метали в електроліті мають різні електродні потенціали. Якщо утворити гальванопару з двох металів і помістити її в електроліт, то метал із більш негативним потенціалом стане анодом і руйнуватиметься, захищаючи тим самим метал із менш негативним потенціалом (мал. 2.4 а).

Мал. 2.4. Принцип катодного захисту:

а) за допомогою гальванічних анодів,

б) за допомогою поляризації від джерела постійного струму;

1 - закладений у ґрунт трубопровід,
2 - гальванічний анод,
3 - джерело постійного струму,
4 - анод, що слабо розчиняється.p>

На практиці як гальванічні аноди використовують протектори з магнієвих, алюмінієвих і цинкових сплавів.

Застосування катодного захисту за допомогою протекторів ефективне тільки в низькоомних ґрунтах (до 50 Ом-м). У високоомних ґрунтах такий метод належного захисту не забезпечує.

Катодний захист зовнішніми джерелами струму складніший і трудомісткий, але він мало залежить від питомого опору ґрунту і має необмежений енергетичний ресурс (мал. 2.4 б).

Як джерело постійного струму, як правило, використовуються перетворювачі різної конструкції, що живляться від мережі змінного струму. Перетворювачі дозволяють регулювати захисний струм у широких межах, забезпечуючи захист трубопроводу в будь-яких умовах.

Як джерело живлення установок катодного захисту використовуються повітряні лінії 0,4; 6; 10 кВ, а також автономні джерела: дизельні генератори, термогенератори, газогенератори й інші.

Захисний струм, що накладається на трубопровід від перетворювача і створює різницю потенціалів "труба-ґрунт", розподіляється нерівномірно по довжині трубопроводу. Тому максимальне за абсолютною величиною значення цієї різниці знаходиться в точці під’єднання джерела струму (точці дренажу). Із віддаленням від цієї точки різниця потенціалів "труба-ґрунт" зменшується. Надмірне завищення різниці потенціалів негативно впливає на адгезію, що може стати причиною водневого розтріскування. Зниження різниці потенціалів не забезпечує захист від корозії і, в певному діапазоні, може сприяти корозійному розтріскуванню під напругою.

Захист від корозії металу.Анодний захист є одним із методів боротьби з корозією металів в агресивних хімічних середовищах. Він базується на переведенні металу з активного стану в пасивний і підтримці цього стану за допомогою зовнішнього анодного струму. Катодний захист високолегованих сталей у сильних кислотах неможливий.На противагу катодному захисту за анодного захисту існують тільки вузькообмежені області захисних потенціалів, у яких можливий захист від корозії..