Природа коррозии. Коррозия внутренних и внешних поверхностей газопроводов.

Коррозией металлов называется постепенное поверхностное разрушение металла в результате химического и электрохимического взаимодействия его с внешней средой. Так, коррозия внешних поверхностей подземных стальных трубопроводов происходит под действием химических соединений, имеющихся в почве, и блуждающих электрических токов. Иногда при транспортировке газов, содержащих повышенные количества кислорода или углекислого газа, а также те или иные кислые соединения, приходится сталкиваться и с коррозией внутренних поверхностей труб. В этом случае борьба с коррозией обычнозаключается в удалении из газа коррозионно-опасных веществ, в его очистке и в повышении требований к качеству транспортируемого газа.

Коррозия металла труб происходит как снаружи под воздействием почвенного электролита (в почве всегда находится влага и растворённые в ней соли), так и внутри, вследствие примесей влаги, сероводорода и солей, содержащихся в транспортируемом углеводородном сырье. Коррозия металлических сооружений наносит большой материальный и экономический ущерб. Она приводит к преждевременному износу агрегатов, установок, линейной части трубопроводов, сокращает межремонтные сроки оборудования, вызывает дополнительные потери транспортируемого продукта.

При подземной прокладке стальные трубопроводы подвергаются почвенной коррозии. В грунтах почти всегда содержатся соли, кислоты, щелочи и органические вещества, которые вредно действуют на стенки стальных труб. В некоторых случаях такая коррозия может вызвать очень быстрое появление сквозных свищей в металле трубы и этим вывести трубопровод из строя, такие разрушения происходят особенно часто в трубопроводах, уложенных без достаточной защиты от коррозии.

Коррозия газопроводов вызывается также блуждающими токами от внешних источников постоянного электрического тока, основными из которых являются линии трамвая, метрополитена, электропоезда. От этих источников электрические токи, распространяясь в грунте, поступают на металл газопровода и движутся по нему. При этом место входа тока в стенку газопровода, называемое катодной зоной, не страдает, а место выхода его обратно в грунт, называемое анодной зоной, разрушается, что приводит к потере металла и утонению стенки газопровода. Этот процесс происходит тем быстрее, чем больше плотность протекающего тока.

Коррозия газопроводов, вызываемая блуждающими токами, возможна при утечке постоянного электрического тока от проходящей вблизи газопровода линии трамвая или электропоезда. В этом случае электрические токи, распространяясь в грунте, избирают металл газопровода своим проводником, при этом место входа тока в стенку газопровода, называемое катодной зоной, не страдает, а место выхода его обратно в грунт, называемое анодной зоной, - электрохимически разрушается и приводит к потере металла и утонению стенки газопровода. Этот процесс происходит тем быстрее, чем больше плотность протекающего тока.

Процессы коррозии газопроводов в почве имеют электрохимическую природу; их развитие рассматривается как результат работы микро - и макрогальванических элементов, возникающих в результате соприкосновения поверхности металла с грунтом, содержащим в себе электролит.

Опасность коррозии газопроводов блуждающими токами снижают различными путями.

Виды коррозии

К основным видам наблюдаемой коррозии относятся:

Электрохимическая коррозия протекает интенсивнее, если в катод вкраплён металл, менее активный, чем корродирующий. Например, если корродирует сталь (а сталь – это сплав железа и углерода в котором частично образуется карбид железа) роль таких участков играет карбид железа (FeC).

Атмосферная коррозия протекает во влажном воздухе при обычной температуре. Поверхность металла покрывается плёнкой влаги, содержащей растворённый кислород. Интенсивность разрушения металла возрастает с ростом влажности воздуха, а также содержанием в нём газообразных оксидов углерода, серы, при наличии в металле шероховатостей, трещин облегчающих конденсацию влаги.

Почвенная коррозия её подвержены трубопроводы, кабели, подземные сооружения. В этом случае металлы соприкасаются с влагой почвы, содержащей растворённый кислород. Во влажной почве, с повышенной кислотностью трубопроводы разрушаются в течение полугода после их укладки (конечно, если не принять меры по их защите).

Электрическая коррозия происходит под действием блуждающих токов, возникающих от посторонних источников (линии электропередач электрические железные дороги, различные электроустановки, работающие на постоянном электрическом токе). Блуждающие токи вызывают разрушение газопроводов, нефтепроводов, электрокабелей, различных сооружений. Под действием электрического тока на находящихся на земле металлических предметах появляются участки входа и выхода электронов - катоды и аноды. На анодных участках наблюдается наиболее интенсивное разрушение

Схема образования почвенной коррозии.

Почвенная коррозия обусловлена наличием в грунте влаги, солей кислот, щелочей, кислорода, а также неоднородностью металла, создающих условия для возникновения на поверхности газопровода гальванических элементов, вызывающих коррозию металла на анодных участках. При наличии на поверхности металла газопровода царапины (см. рис.) участок ее поляризуется анодно, а соседний неповрежденный участок поляризуется катодно. В образовавшейся гальванической паре по металлу трубы как по внешней цепи ток потечет от катода к аноду, а в электролите грунта он потечет от анода к катоду, вызывая анодное растворение стали, т.е. в точке А металл будет разрушаться.

 

Рис. 3.1. Схема образования гальванической пары на поверхности газопровода:

1 – грунт; 2 – царапина; 3 – стенка трубы; 4 – внутренняя полость трубы; 5 – неповрежденный участок.

При физико-химической и микроструктурной неоднородности металла на его поверхности образуются микрокоррозионные пары. Неоднородность физико-химических свойств грунта на отдельных участках трассы газопровода вызывает образование на нем макрокоррозионных пар длинной в десятки и сотни метров. Коррозионные разрушения плохо изолированных участков стальных газопроводов при почвенной коррозии носят иногда довольно равномерный характер, но нередко образуются каверны и глубокие раковины.

Схема образования коррозии газопроводов блуждающими токами.

В зоне входа блуждающих токов газопровод поляризуется катодно, а в зоне выхода – анодно. Последнее сопровождается сосредоточенным разрушением металла. Попадание блуждающих токов с трамвайного пути на газопровод схематически представлено на рис. 3.2.

Рис.3.2. Схема движения блуждающих токов с трамвайного пути на газопровод:

1 –рельсовый путь; 2 – газопровод; А – анодная зона; К – катодная зона; ТП – тяговая подстанция.

Коррозия блуждающими токами опаснее почвенной коррозии, так как стекание токов с анодных участков сопровождается местным разрушением металла в виде глубоких каверн и даже сквозных отверстий. С увеличением силы тока, стекающего с единицы поверхности газопровода, скорость коррозии возрастает. Известны случаи сквозной коррозии газопроводов в течении нескольких месяцев после завершения строительства газопровода.