Почвенная коррозия и защита от неё

При укладке трубопроводов по подземной или надземной (в насыпи) схемам грунт является средой, в которой коррозионное разрушение происходит в основном по электрохимическому типу. Это обусловлено следующими факторами: грунт практически всегда содержит в своих порах воду, а также различные химические реагенты, что делает грунт средой, обладающей ионной проводимостью. Таким образом, система металлическая труба – электролит представляет своеобразный гальванический элемент. В формировании этих разрушений большое значение имеют степень насыщенности пор грунта влагой, пористость грунта и его газопроницаемость, так называемое омическое сопротивление грунта. Так как газопроницаемость грунта в различных его точках неодинакова, то к разным участкам поверхности труб поступает разное количество кислорода, который и является основным деполяризатором при почвенной коррозии. В результате на поверхности металла возникают микро- и макрокоррозионные пары, работа которых приводит к быстрому разрушению металла.

Рассмотрим несколько видов контролирующих процессов характеризующих почвенную коррозию в зависимости видов грунта.

Катодный контроль при основной роли ионизации кислорода:

ΔU_к>>V_а возникает при хорошей газопроницаемости грунта, что обеспечивает хороший доступ кислорода.

Катодный контроль при основной роли диффузии кислород:

ΔU_к>>ΔV_а характерен для нейтральной электролитной составляющей грунта;

Катодный контроль с водородной деполяризацией:

ΔV_к>>ΔV_а – для грунтов, содержащих неокисляющие кислоты;

Смешанный катодно-анодный контроль:

ΔV_к≈ΔV_а

Катодно-омический контроль:

ΔV_к≈ΔV_R>>ΔV_а – при образовании макропар большой протяжённости.

При решении вопроса о методах защиты от коррозии должен быть установлен вид контролирующего процесса. Это позволит правильно назначить метод защиты трубопровода. Рассмотрим другие факторы, оказывающие влияние на скорость коррозии. Так влажность грунта при его насыщении уменьшает электрическое сопротивление и способствует активизации анодного процесса, затрудняя одновременно протекание катодного процесса в следствие ухудшения воздухопроницаемости грунта. Электрическая проводимость грунтов характеризуется удельным электрическим сопротивлением грунтов. Приведём характеристику коррозионной активности грунта в зависимости от его удельного электрического сопротивления.

Таблица 11.1 Коррозионная активность грунтов

Насыщенность грунта солями, особенно при значительной влажности, существенно снижает его сопротивление, увеличивает электрическую проводимость. При этом облегчается протекание как анодного, так и катодного процесса коррозии.

Кислотность грунтов ускоряет процесс коррозии за счёт растворения продуктов коррозии и создания тем самым лучших условий для контакта агрессивной среды с металлом, а также за счёт катодной деполяризации водородными ионами. Кислотность грунтовой среды характеризуется так называемым водородным показателем рН, который равен отрицательному значению логарифма активности водородных ионов. Грунты характеризуются колебаниями рН от 3 до 9. Наличие в грунте анаэробных микроорганизмов приводит к восстановлению сульфатов по схеме MgSO₄+4H=Mg(OH)₂+H₂S+O₂. Кислород и сероводород, образующийся при этом, облегчают катодную деполяризацию как в анаэробных, так и в кислых грунтах. Хорошие условия для анаэробных бактерий имеются в болотных грунтах, где скорость коррозии за счёт деятельности бактерий может многократно возрасти по сравнению с таким же грунтом, но без бактерий. Наряду с анаэробными имеются и аэробные бактерии, например серобактерии, окисляющие сероводород, Н₂S+O₂=2H₂O+S₂. Далее сера окисляется и, соединяясь с водой, превращается в серную кислоту, которая и обуславливает увеличение коррозионной активности грунта.

Температура грунта также способствует изменению скорости коррозии, которая увеличивается при повышении температуры и уменьшается при понижении. При прокладке трубопроводов в условиях вечномёрзлых грунтов этот фактор приобретает большое значение, так как скорость коррозии сильно увеличивается именно при оттаивании мёрзлого грунта. Важным фактором в изменении скорости коррозии является наличие в грунте блуждающих токов.

Наиболее эффективным способом защиты трубопровода является катодная защита, сущность которой заключается в искусственной поляризации катода таким образом, чтобы его потенциал, по крайней мере, стал равным потенциалу анода коррозионной пары. В результате такой поляризации катода работа коррозионной пары прекращается. Однако это может быть лишь при определённом более отрицательном потенциале и соответствующей силе защитного тока.