Почвенная коррозия металлов
Различные трубопроводы, силовые кабели и кабели связи, опоры, емкости и другие металлические конструкции эксплуатируются в подземных условиях. В США, например, затраты на текущий ремонт и замену вышедших из строя труб составляют несколько сот миллионов долларов в год.
Почва и грунт представляют собой сложную природную среду, особенности которой надо учитывать при рассмотрении протекающих в ней процессов коррозии.
Вода в грунте присутствует в виде связанной, капиллярной и гравитационной. Связанная вода, входящая в состав гидратированных химических соединений, не оказывает влияния на коррозию.
Высота подъема капиллярной влаги зависит от эффективного радиуса пор грунта. Уровень грунтовых вод и пористость грунта определяют влажность, которая влияет на скорость коррозии.
Гравитационная влага перемещается по грунту под действием силы тяжести и также влияет на режим влажности почвы. Разные почвы по разному удерживают влагу. Тяжелые, глинистые почвы удерживают влагу длительное время, песчаные почвы — более проницаемы.
С увеличением влажности почвы ее коррозионная активность повышается до тех пор, пока не достигнет некоторого критического уровня. В дальнейшем с увеличением влажности ее активность падает. Это связывают с уменьшением доступа кислорода, необходимого для осуществления катодной реакции.
Для каждого вида почвы существует свое значение критической влажности, при которой коррозионные потери достигают максимума. Для глинистых почв это значение лежит между 12 и 25 %, для песчаных — между 10 и 20 %.
При малой увлажненности почвы велики омические потери, что затрудняет протекание электрохимических процессов. Значение рН для большинства почв находится в границах рН = 6,0-7,5. Однако, встречаются также щелочные суглинки и солончаки, имеющие значение рН = 7,5—9,5, и кислые, гумусовые и болотные почвы с рН = 3,0-6,0. Такие почвы отличаются высокой агрессивностью.
Минерализация почвы может меняться в широких пределах — от 10 мг/л до 300 мг/л, что тоже сказывается на скорости коррозии.
Минералогический и гранулометрический состав грунтов, так же как и влажность, влияет на омическое сопротивление. Так, в сухом песчано-глинистом грунте удельное сопротивление почвы составляет 240000 Ом-см, а во влажном песчано-глинистом грунте — 900 Ом-см. Этот показатель также влияет на агрессивность почвы. Ниже приведены данные, характеризующие взаимосвязь между электросопротивлением и агрессивностью почвы (табл. 6.2).
Большое значение имеет воздухопроницаемость почв. Затруднение доступа кислорода снижает скорость коррозии. По этой причине песчаные почвы часто более агрессивны, чем глинистые. Если трубопровод пролегает последовательно в глинистых и песчаных почвах, т.е. в условиях неравномерной аэрации, то возникают микрогальванические коррозионные зоны: на глинистом участке — анодная, а на песчаном — катодная (рис. 6.4). Разрушение металла протекает на тех участках, к которым затруднен доступ кислорода. Анодные и катодные участки могут быть значительно удалены друг от друга. Расстояние между ними может составлять несколько сотен метров.
В большинстве почв процесс коррозии протекает с катодным
торможением из-за трудности транспорта кислорода (рис. 6.5, а). В рыхлых, хорошо аэрируемых почвах наблюдается анодное торможение (рис. 6.5,6). При возникновении коррозионных пар, в которых анодные и катодные участки значительно удалены друг от друга, процесс характеризуется омическим торможением (рис. 6.5, б).
Помимо равномерной коррозии подземные металлические сооружения подвержены питтингу и коррозионному растрескиванию (КР). Питтинг возникает чаще всего на нижней части трубопроводов, где имеется постоянный контакт с грунтом. КР обнаруживают в катод-но поляризованных трубопроводах в местах нарушения защитных покрытий.
Для защиты изделий от подземной коррозии используют электро-
химические методы, а также нанесение изолирующих (битумных, полимерных) многослойных покрытий.
Блуждающие токи являются причиной серьезных коррозионных разрушений подземных коммуникаций и сооружений в промышленной зоне. Блуждающие постоянные токи появляются вследствие утечки в грунт постоянного тока, потребляемого наземным и подземным рельсовым транспортом (метро, трамвай, электрифицированная железная дорога), электросварочными агрегатами. Участки, где блуждающие токи входят из земли в металлическую конструкцию, становятся катодами, а там, где ток стекает с металла в почву—анодами. Интенсивность коррозионных повреждений находится в прямой зависимости от величины блуждающих токов и подчиняется закону Фарадея. Протекание тока величиной в 1 А в течение года соответствует растворению около 9 кг железа. В некоторых неблагоприятных случаях были зарегистрированы блуждающие токи величиной до 200—500 А. Отсюда видно насколько интенсивными могут быть повреждения от блуждающих токов. Если анодная область равномерно распределена по большой поверхности, коррозионные потери могут и не вызывать аварийных разрушений, но в местах нарушения неметаллического защитного покрытия коррозионные разрушения происходят быстро.
Для защиты трубопроводов от действия блуждающих токов используют дренаж — соединение металлической шиной источника блуждающих токов, например, рельсов, с их приемником, например, трубопроводом. Если дренаж установить невозможно, то в направлении рельса закапывают специальный анод из чугуна, который соединяют с анодной областью трубопровода медным проводником. Тогда блуждающий ток вызывает коррозию только этого специального анода. Если дополнительного анода недостаточно, то в цепь между анодом и трубой включают источник постоянного тока противоположного направления. Для уменьшения разрушающего действия блуждающих токов используют также изолирующие прокладки в местах стыка трубопровода.
Подземная коррозия может интенсифицироваться микроорганизмами. В почве обитают два вида микроорганизмов: аэробные, жизнедеятельность которых протекает только при наличии кислорода, и анаэробные бактерии, развивающиеся при отсутствии кислорода. Коррозия металлов, вызванная или усиленная воздействием микроорганизмов, носит название биологической или биохимической.
Аэробные бактерии могут быть двух видов: одни окисляют серу, другие — осаждают железо. Первый вид бактерий лучше всего развивается в кислой среде (рН = 3-1-6). Они окисляют серу до серной кислоты. При этом на отдельных участках концентрация серной кислоты может доходить до 10%. Такое подкисление среды вызывает резкое увеличение скорости коррозии.
Сущность их деятельности заключается в
том, что они поглощают железо в ионном состоянии, а выделяют его в виде нерастворимых соединений. Неравномерное отложение этих соединений приводит к увеличению гетерогенности поверхности, что усиливает коррозию.
. Последний начинает принимать активное участие в катодном процессе. Присутствие в коррозионной среде сульфидов и сероводорода приводит к образованию на поверхности изделия рыхлого слоя сульфида железа. Коррозия имеет питтинговый характер.
Источник
Почвенная коррозия и защита от нее
Проблема
Трубопровод, погруженный во влажный грунт, оказывается в агрессивной среде, которая способствует развитию коррозии. Прежде всего это связано с наличием воды, кислорода и различных веществ, растворяемых водой, что делает грунт средой, в которой проходят активные электрохимические реакции.
В отличие от атмосферной коррозии, почвенная коррозия характеризуется крайней неоднородностью — слабо корродирующие участки могут соседствовать с участками, где коррозия идет крайне активно. Это связано с влажностью грунта, его пористостью, воздухопроницаемостью и наличию в нем тех или иных веществ.
Решения
Наиболее радикальный и вместе с тем наиболее дорогой способ избавления от коррозии — это использование труб из нержавеющих сплавов или иных некорродирующих материалов. Однако такие сплавы дороги и применяются в ограниченном объеме. Можно также изменить окружающую среду трубопровода, например вместо погружения в грунт поместить его в особый бетонный короб или установить короб над ним. Старейшим и наиболее распространенным способом является нанесение на трубопровод гидроизолирующего покрытия.
Для этих целей применяют всевозможные мастики, которыми покрывают очищенные от загрязнений трубы, а затем укутывают их специальными пленками. Трубы могут гидроизолироваться как на месте их укладки, так и на заводе, что предпочтительнее. В заводских условиях есть возможность покрыть трубы специальными эмалями или пластиком, что обеспечит защиту металла на долгие годы. В ряде случаев, например при укладке трубопроводов по дну акваторий, трубы покрываются бетонной рубашкой. В полевых условиях будет необходимо заизолировать только зону сварного стыка.
Еще один способ борьбы с коррозией трубопроводов — это электрохимическая защита. Она решает комплекс задач не только по борьбе с почвенной коррозией, но и с коррозией, вызванной блуждающими токами.
Так называемая «протекторная» защита обеспечивается установкой вместе с трубопроводом в той же среде болванок из металла, обладающего более электроотрицательными свойствами, чем железо, например из магния. В результате взаимодействия в электропроводящей среде разрушаться начнет именно он, а коррозия на поверхности стальных труб значительно замедлится. Более электроотрицательный металл называется «протектором», и этот метод широко применяется для защиты корпуса морских судов и конструкций.
Более интенсивным методом защиты трубопровода является принудительная катодная поляризация с применением внешних источников постоянного тока. Защищаемый трубопровод подключается в качестве катода к так называемой «станции катодной защиты». В свою очередь в грунт погружаются анодные элементы, которые и будут подвергаться анодному растворению. Этот метод отличается высокой эффективностью и может применяться как постоянно, так и периодически.
В свою очередь, трубопроводы могут сами оказаться в зонах, где распространены так называемые блуждающие токи, образующиеся в результате утечек от различных источников — в частности электропроводящих рельсов электротранспорта. Для противодействия этому процессу, который приводит к крайне интенсивной коррозии трубопроводов, весьма распространенному в индустриальных зонах, применяется электродренажная защита, которая призвана предупредить возникновение блуждающих токов, и защитить сам трубопровод от их воздействий.
Источник
Почвенная коррозия
Почвенная коррозия — разрушение металла под воздействием агрессивной почвенной среды. Этому виду коррозионного разрушения подвергаются металлы и конструкции, находящиеся в почве, то есть различные подземные резервуары, трубопроводы, сваи, кабеля и т. п.
Содержание
Коррозионная агрессивность грунта
Грунт – очень агрессивная коррозионная среда, которая состоит из множества элементов. Коррозионная агрессивность почвы (грунта) определяется некоторыми факторами: влажностью, рН, аэрацией, составом почвы, пористостью, электропроводностью. По коррозионной активности грунты различают: высокой, средней, низкой агрессивности. Глинистые грунты способны долго удерживать в себе влагу, за счет чего считаются наиболее агрессивными в коррозионном отношении. Песчаные в коррозионном отношении практически инертны. Торфяные, глинистые, болотные почвы, содержащие большое количество органических кислот обладают сильным негативным воздействием на находящийся в них металл. рН этих грунтов имеет повышенное либо пониженное значение (оптимальное значение – 6 – 7,5), за счет чего коррозионные процессы ускоряются. Влага, которая находится в почве, ускоряет прохождение процессов коррозии, превращая почвенную среду в электролит, и способствует прохождению именно электрохимических коррозионных процессов. Влага легче проходит сквозь почву, если почва имеет более пористую структуру. При наличии в грунте растворенных солей и различных минералов он становится более электропроводным, электродные процессы на катоде и аноде протекают легче, что является причиной увеличения скорости почвенной коррозии. Высокая неоднородность грунта также влияет на скорость почвенной коррозии. Возникают гальванические элементы, из-за которых коррозионное разрушение носит неравномерный характер. В грунтах живет множество различных микроорганизмов, которые оказывают очень большое влияние на коррозионную агрессивность почв. Коррозионное разрушение, вызванное наличием и жизнедеятельностью живых организмов носит название – биокоррозия. Микроорганизмы в почве могут существовать при наличии кислорода и без него. Среди бактерий, которые оказывают очень сильное влияние на почвенную коррозию, можно выделить серобактерии, железобактерии и анаэробные сульфатредуцирующие бактерии.
Механизм почвенной коррозии
Механизм почвенной коррозии почти всегда носит электрохимический характер. Крайне редко, в очень сухих почвах, почвенная коррозия может проходить по химическому механизму. Для данного вида коррозии характерно возникновение коррозионных гальванопар, язвенный характер разрушения. При этом значительное влияние на ход процесса оказывает омическое сопротивление грунта.
Защита от почвенной коррозии
Для защиты от почвенной коррозии используют следующие методы:
- изоляционные покрытия;
- специальные методы укладки;
- создание искусственной атмосферы;
- электрохимическая защита.
Источник
Почвенная коррозия металла
Когда металл помещается в почву, он оказывается во враждебной среде, способной спровоцировать появление коррозии.
Если не защитить металл, столкнетесь с проблемой разрушения, потерей целостности стальных опор и другими сложностями.
В этой статье мы подробно расскажем, что такое почвенная коррозия металла, как появляется и какие факторы способны усугубить положение. Также мы затронем и вопросы защиты, позволяющей свести к минимуму негативное воздействие агрессивной среды.
Что такое почвенная коррозия и как появляется
Как понятно из названия, это явление представляет собой стремительное ржавение металлических изделий при постоянном контакте с грунтом. По статистике, не менее 4% металла в мире ежегодно приходит в негодность под действием такого процесса.
Особенно сложно приходится с трубопроводами, подземными герметичными резервуарами, опорами металлоконструкций – их сложно проверить на целостность.
Иногда проблему обнаруживают слишком поздно, когда возникает обрушение или выявляется протечка транспортируемого по трубам вещества.
Процесс почвенной коррозии связан с самим составом и структурой грунта. Он может быть пористым, легко проводить воздух и воду – опасные факторы распространения коррозии на открытом воздухе.
Риск увеличивает особый химический состав почвы, а также использование специальных удобрений.
Особенно высокий уровень опасности представляют глинистые почвы, в которых влага задерживается надолго. Меньше всего риска при закапывании металла в песчаный грунт.
Не стоит также сбрасывать со счетов и вероятность контакта с водой и водоносными пластами, залегающими близко к поверхности.
Факторы развития почвенной коррозии
Чтобы лучше понять специфику защиты от коррозийного процесса, нужно понять, что его вызывает и как он развивается.
Есть 7 факторов, влияющих на высокую опасность.
Влага
Сама структура почвы такова, что она зачастую наполнена влагой. Вода остается после дождя и искусственного орошения, просачивается из грунтовых пластов. В атмосфере опасным считается уровень влажности выше 50% — при нем начинает появляться ржавчина. В почве этот показатель уже 15-25% в зависимости от состава.
Ученые говорят о том, что в грунте вода может быть в трех основных состояниях. Капиллярная скапливается в порах, связанная сохраняется в виде специальных соединений. Есть и еще одно состояние – гравитационное. Оно обеспечивает подвижность и часто доставляет воду напрямую к металлоконструкции.
Пористость
На открытом воздухе постоянный доступ кислорода и его контакт с металлом становятся дополнительными факторами риска. Есть грунты с высокой, средней и малой воздухопроницаемостью.
На это влияет влажность, плотность и другие показатели. Чем больше воздуха поступает к металлу, тем более агрессивной считается среда.
Опасность воздуха заключается в его способности стимулирования процесса коррозии, а также в примесях, содержащихся в составе.
Сложность добавляет и то, что те же трубопроводы на своем пути проходят через разные почвенные зоны и для каждой их них нужно предусмотреть меры защиты.
Кислотность
Сам по себе грунт – это агрессивная среда. Уровень кислотности варьируется в диапазоне 6,0-7,5 и обозначается как рН. Есть виды почв, в которых кислотность сильно негативно отражается на состоянии металла.
К ним относятся чернозем, суглинки, подзол, болотистые грунты, торф, щелочные солончаки. В них сталь и другие материалы начинают портиться в 2-5 раз быстрее, в зависимости от состава.
Электропроводность
Этот показатель связан с составом почвы. Указывается в Ом на метр. Соленые грунты отличаются лучшими параметрами электропроводности.
Это напрямую влияет на анодные и катодные процессы, так что материал портится быстрее. Это актуально для таких видов сырья, как чугун и сталь.
Минералогический состав
Этот параметр влияет на степень сопротивления грунта, а также на его электропроводность. Стандартные показатели минерализации на уровне 10 – 300 мг/л.
Но использование некоторых видов удобрений приводит к росту таких параметров, а также стимулирует появление гальванопар. Они сильно ускоряют почвенную коррозию.
Температура
Во многом здесь такое же соотношение, как и в случае с ржавением под влиянием атмосферы. На максимальные температуры почвы влияет ее состав и другие характеристики. При высоких температурах коррозия протекает быстрее, а воздействие влаги становится намного более агрессивным.
Зимой процесс замедляется, потому что жидкость из пустот в капиллярном состоянии уже оказывает влияния на состояние металла.
Говоря о температуре, стоит также упомянуть риск появления термовальганических пар. Проблема характерна для трубопроводов с большой протяженностью прокладки – у них на разных участках уровень температуры отличается.
Почвенные микроорганизмы
Не стоит забывать о том, что почва является домом для большого количества различных микроорганизмов. Она заселена как аэробными, так и анаэробными формами жизни.
Жизнедеятельность таких организмов и приводит к тому, что в почве накапливается много веществ, негативно влияющих на состояние металла.
Протекание и особенности почвенной коррозии
Как и другие коррозийные процессы, такой вид порчи материала относится к электрохимическому типу процессов.
В зависимости от типа грунта, протекают как катодные, так и анодные процессы. Они отличаются по принципу развития. Там, где затруднен доступ для воздуха, протекает катодный контроль, в то время как анодный характерен для грунтов с высокой степенью влажности.
От первоисточника и характера зависит, к какой категории относится коррозийный процесс. Он может быть вызван самой почвой или наличием в ней блуждающих токов. Вторая ситуация значительно более опасна и оказывает серьезное разрушительное воздействие.
При развитии такого процесса металл начинает постепенно разрушаться, теряет свою прочность. Для почвы характерно появление на изделии язвенных поражений – очагов, в которых процесс проявляется особенно сильно.
Также специалисты наблюдают возникновение макро и микропар.
Как не допустить появления почвенной коррозии
Здесь мы подходим к важному вопросу – к защите от почвенной коррозии. Современные методы позволяют значительно увеличить качество такого процесса и создать хороший уровень безопасности от коррозийных поражений.
Рассмотрим наиболее распространенные варианты защиты. Отметим также, что некоторые из них можно использовать не только для профилактики, но и чтобы затормозить развивающийся процесс или сделать его значительно медленнее.
Использование специальных покрытий или дополнительных изоляционных материалов
Это один из самых распространенных методов, используемых для блокировки почвенной коррозии газопроводов и других протяженных подземных коммуникаций.
При использовании покрытия удается ограничить доступ всем потенциальным разрушительным факторам к металлу. Среди требований к разным типам покрытия – монолитность по всей длине.
Если слой потрескался и поцарапался, в этом месте может появиться и распространиться даже ржавчина. Также в обязательном порядке нужна защита от агрессивных химических сред и перепадов температур.
Вне зависимости от окружающей обстановки состав не должен менять своих характеристик.
Сами материалы могут быть двух типов:
- Мастичные. Это составы на основе каменного угля или битума. Легко намазываются на поверхность трубы, ложатся ровным слоем и максимально долговечны.
- Полимерные. Основаны на полимерных соединениях. Они могут быть как в виде эмали, так и специальных лент.
Высокие требования предъявляются и к качеству нанесения материалов на трубы. Не должно быть непроработанных участков. Также соблюдается и максимальная толщина.
Для битумных вариантов она должна составлять не менее 3 мм. На особенно опасных участках – до 9 мм.
Хорошо себя показывает и полимерная изоляция, созданная в виде специальной внешней скорлупы.
Ее легко установить на трубу для защиты газопровода от почвенной коррозии, а на теплотрассу – от потери тепла.
Нагнетание искусственной атмосферы
Метод практикуется на длинных, ответственных трубопроводах, которые особенно важно сохранить в целости. Так как на пути прокладки могут встречаться разные виды грунтов, металл засыпается землей с нужными показателями.
Это достаточно дорогостоящий процесс, но в сочетании с другими методами защиты он показывает себя с лучшей стороны.
Электрохимическая защита
При таком методе удается создать специальную поляризацию – либо катодную, либо анодную, в зависимости от текущих условий эксплуатации инженерных коммуникаций.
Для того, чтобы заработала катодная защита, металлу нужно передать отрицательный потенциал. В таком случае окисление будет сильно затруднено, во многих видах почв позволит полностью избавиться от коррозии или сильно замедлить ее.
Устанавливается как протекторная защита, так и катодная.
Правильная укладка
Большое значение имеет и обустройство самой трассы прокладки. Так для теплотрасс можно устанавливать не только внешнюю изоляцию, но и специальную скорлупу из бетона и плит с высоким уровнем герметизации.
Таким образом, к металлу не просочится грунтовая вода.
Оцинковка как эффективный метод защиты
Стоит также помнить и о предварительной защите – использовании метода цинкования металлических деталей для высокого уровня защиты от развития коррозии. Наша компания предоставляет именно такие услуги.
При оцинковке, на поверхности появляется тонкий защитный слой. Он отличается высоким уровнем стойкости и ограждает материал от влияния неблагоприятных внешних факторов. При этом, в почве оцинкованное покрытие не так подвержено механическим повреждениям, служит намного дольше.
Оно также может использоваться в сочетании с другими методами, описанными в этой статье.
Наша компания занимается оцинковкой продукции для надземного и подземного использования с 2007 года. Гарантируем всем заказчикам высокий уровень качества проведения работ, отвечаем на все интересующие вопросы.
Среди наших преимуществ:
- Возможность работы даже с крупными партиями товаров.
- Три цеха горячего цинкования для увеличения скорости и соблюдения сроков.
- Самая глубокая ванная для оцинковки в ЦФО, дающая возможность работы с любыми видами деталей.
Мы предлагаем клиентам удобные условия работы и готовы рассмотреть даже срочные заказы. Чтобы узнать подробности, звоните нам или оставляйте заявку на сайте.
Источник