Ґрунтова корозія

ґрунтова корозія

- руйнування металу в грунті. Щорічні втрати металу внаслідок протікання грунтової корозії досягають 4%.

грунтової корозії піддаються різного призначення трубопроводи, резервуари, палі, опори, кабелі, обсадні труби свердловин, всякого роду металоконструкції, експлуатовані в грунті.

Грунт - дуже агресивне середовище. Вона складається з безлічі хімічних сполук і елементів, багато хто з них тільки прискорюють корозійний процес. Агресивність грунту (грунту) залежить від деяких факторів: вологість, аерація, пористість, рН, наявність розчинених солей, електропровідність.

Класифікація грунтів по корозійної активності:

- висококоррозіонние грунти (важкі глинисті, які тривалий час утримують вологу) -

- среднекоррозіонние грунти-

- практично інертні грунти в корозійному відношенні (піщані ґрунти).

Вплив різних факторів на грунтову корозію

Вплив вологості грунту на грунтову корозію металу.

Волога в грунті присутній майже всюди. Десь її більше, а десь менше. Саме вологість грунту дуже сильно впливає на швидкість грунтової корозії, перетворюючи грунт в електроліт. Вона ж викликає електрохімічної корозії знаходяться в грунті металоконструкцій. Вода в грунті може бути: капілярної, гравітаційної, пов`язаної. Капілярна волога збирається в порах грунту. Висота підйому її по капіляри залежить від діаметра пір. Капілярна волога сильно впливає на швидкість грунтової корозії. Пов`язана волога на швидкість грунтової корозії не впливає, тому що знаходиться у вигляді гідратованих хімічних сполук. Під дією сили тяжіння в грунтах і грунтах постійно переміщається вода, яка надає, як і капілярна, значний вплив на швидкість грунтової корозії.

Максимальна швидкість грунтової корозії спостерігається при вологості грунту 15 - 25%. Це пояснюється зменшенням провідникові корозійних елементів. З підвищенням вологості грунту анодний процес проходить легше (за рахунок пригнічення пассивации поверхні металу), а катодний - важче (грунт насичується вологою, утруднюється його аерація). Вологість, при якій спостерігається найбільша швидкість корозії, називають критичним показником вологи для грунту. Для глинистих ґрунтів він складає близько 12 - 25%, для піщаних 10 - 20%.

Пористість (повітропроникність) грунту

Пористість (повітропроникність) грунту впливає на здатність тривалий час зберігати вологу і аерацію. Повітропроникність залежить від складу грунту, його щільності, вологості. Грунти, добре пропускають повітря (піщані), більш агресивні. У піщаних грунтах катодний процес протікає з полегшенням. На практиці бувають випадки, коли підземний трубопровід великої протяжності проходить через різного виду грунти.

Якщо він проходить послідовно в піщаної, а потім глинистому ґрунті, де умови аерації металевої поверхні дуже різняться, то виникають аераційні мікрогальваніческіе корозійні зони. Поверхня трубопроводу в піщаній зоні буде грати роль катода, а глинистої - анода. Руйнування металу буде відбуватися на анодних ділянках, де утруднений доступ кисню до поверхні. Цікаво, що катодна і анодна зони можуть знаходиться на відстані більше сотні метрів. При цьому корозійний процес буде відрізнятися омічним гальмуванням.

Кислотність грунту.

Для більшості грунтів значення рН становить 6,0 - 7,5. Висококоррозіоннимі є грунту, рН яких сильно відрізняється від даного значення. До них відносяться торф`яні, болотисті ґрунти, значення рН яких складає 3 - 6. А також лужні солончаки і суглинки, з рН грунту 7,5 - 9,5. Дуже агресивним середовищем по відношенню до сталей, свинцю, міді, цинку є чорнозем, який містить органічні кислоти.

Одна з найбільш агресивних грунтів - підзол. Сталь в подзоле кородує в 5 разів швидше, ніж в інших грунтах.

Кислотність грунтів прискорює грунтову корозію, тому що вторинні продукти корозії стають більш розчинні, існує можливість додаткової катодного деполяризації іонами водню.

Електропровідність грунту.

Електропровідність грунту залежить від його мінералогічного складу, кількості вологи і солей в грунті. Кожен вид грунту має своє певне значення електропровідності, воно може коливатися від декількох одиниць до декількох сотень Ом на метр. Солоність грунту має великий вплив на його електропровідність. Зі збільшенням вмісту солей легше протікають анодний і катодний електродні процеси, що знижує електроопір. У більшості випадків визначивши електропровідність грунту можна судити про його ступеня корозійної агресивності (для сталі, чавуну). Виняток становлять водонасичені грунти.

Мінералогічний склад і неоднорідність грунту.

Мінералогічний склад і неоднорідність грунту дуже впливають (як і вологість) на омічний опір. У глинисто-піщаному вологому грунті питомий опір ґрунту складає близько 900 Ом • см, а в такому ж грунті, тільки сухому - 240000 Ом • см. Зі зменшенням питомої опору грунту його агресивність збільшується.

Мінералізація грунту може коливатися в межах 10 - 300 мг / л.

Неоднорідність грунту призводить до виникнення гальванопар, які тільки підсилюють грунтову корозію, роблять руйнування нерівномірним.

Вплив температури грунту на грунтову корозію металів. Температура може коливатися в дуже великих межах. Взимку, коли вільна вода, що заповнює капіляри в грунті замерзає - швидкість грунтової корозії трохи зменшується. Це також пов`язано з поганою аерацією поверхні металу. У літню пору, коли на вулиці стоїть спека, швидкість грунтової корозії може сповільняться також, що пояснюється висиханням ґрунту. Найбільший збиток грунтова корозія завдає в міжсезоння, коли грунт достатньо вологий, створені оптимальні умови для протікання корозійного процесу. Температура грунту залежить від пори року, географічної широти, часу доби, погоди.

Істотна різниця температур на конструкції, що має велику протяжність (підземний трубопровід) може бути причиною утворення термогальваніческіх корозійних пар, які забезпечують посилення місцевої грунтової корозії.

Вплив мікроорганізмів на грунтову корозію металів.

У грунті живуть і розвиваються два види мікроорганізмів: аеробні (можуть існувати тільки при наявності кисню), анаеробні (для забезпечення їх життєдіяльності кисень не потрібно). Вони мають величезний вплив на грунтову корозію металів. Ґрунтова корозія металевих споруд, викликана життєдіяльністю живих мікроорганізмів носить назву біологічна (біокоррозія) Або біохімічна.

Аеробні мікроорганізми (грунтові) існують двох видів: одні беруть безпосередню участь в осадженні заліза, інші - окислюють сірку. Оптимальними умовами для існування анаеробних серобактерий є кисле середовище (3 - 6 рН). Серобактерии окислюють сірководень в сірку, а потім - сірчану кислоту по наступних рівнянь:

2H₂S + O₂ = 2H₂O + S₂-

S₂ + 2H₂O + 3O₂ = 2H₂SO₄.

У місцях найбільшої кількості серобактерий концентрація сірчаної кислоти може досягати 10%. Це дуже сильно прискорює грунтову корозію, особливо стали.

При рН грунту близько 4 - 10 розвиваються бактерії, переробні залізо. Ці бактерії в процесі своєї життєдіяльності поглинають іони заліза, а виділяють нерозчинні сполуки, що містять Fe. У місцях скупчення железобактерий спостерігається велика кількість нерозчинних залізистих сполук, які збільшують гетерогенність поверхні. Це явище також має великий вплив на швидкість грунтової корозії.

Анаеробні мікроорганізми можуть виробляти вуглеводні, сірководень, вугільну кислоту і безліч інших хімічних сполук. Вони можуть руйнувати захисні покриття, впливати на хід анодної і катодної реакції, змінювати характеристики грунту.

Серед анаеробних мікроорганізмів найнебезпечнішими можна вважати сульфатредуцирующие бактерії. Оптимальні умови для їх існування, грунт із значенням рН 5,5 - 8 (болотні, глинисті, мулисті грунти). Бактерії відновлюють сульфати, що містяться в грунті. Цей процес можна описати таким рівнянням:

MgSO₄ + 4H = Mg (OH)₂ + H₂S + O₂.

Що виділився кисень забезпечує протікання реакції на катоді. Сірководень і сульфіди в грунті є причиною появи на поверхні експлуатованої конструкції пухкого шару сульфіду заліза.

Корозія носить виразковий характер.

Відео: Навчальний фільм «Корозія металів, способи захисту від неї»

Механізм і особливості грунтової корозії металів

Ґрунтова корозія майже завжди протікає по електрохімічного механізму (виключення складають лише дуже сухі грунти).

Анодний процес при грунтової корозії - руйнування металу. На катоді ж проходить киснева деполяризація. Найчастіше киснева деполяризація проходить з утрудненим доступом кисню до поверхні корродирующего вироби. Підведення кисню може здійсняться декількома способами: дифузією в рідкому або газоподібному середовищі або спрямованим перебігом цих фаз, перемішуванням фаз за допомогою конвекції.

У вологому грунті процес проходить з переважно катодних контролем, а сухих пухких грунтах - анодним. Іноді, при роботі протяжних мікропара може спостерігатися катодно-омічний контроль.

На катоді також може проходити і воднева деполяризація (тільки в умовах кислих грунтів). Істотно змінити хід корозійного процесу можуть і мікроорганізми.

Підземну корозію ділять на ґрунтову корозію і електрокорозії (корозію та блукаючих струмів). Підземна корозія менш небезпечна, ніж руйнування під впливом блукаючих струмів.

Особливості грунтової корозії металів:

- значний вплив провідникові грунта-

- виникнення корозійних мікро і макропар-

- виразковий характер руйнування.

Методи захисту від грунтової корозії

Захист від грунтової корозії можна розділити на активну (електрохімічний) і пасивну (ізоляція вироби від впливу навколишнього середовища, спеціальні способи укладання і т.д.).

Для захисту металовиробів від грунтової корозії застосовуються найрізноманітніші методи. Дуже часто, особливо в висококоррозіоних грунтах, застосовують комплексний захист від підземної корозії.

Основні методи захисту металоконструкцій від ґрунтової корозії: нанесення захисних покриттів і ізоляція виробів, створення штучного середовища, електрохімічний захист, застосування спеціальних методів укладання.

Нанесення захисних покриттів. ізоляція

Для захисту від грунтової (ґрунтовий) корозії найбільш ефективним і широко використовуваним є нанесення захисних ізоляційних покриттів. До таких покриттів пред`являються наступні вимоги: воно повинно бути суцільним, без тріщин, царапін- мати хорошу адгезію з металлоподложкой- бути хімічно стойкім- відрізнятися високими діелектричними властивостями-зберігати свої захисні властивості при впливі позитивних і негативних температур (від -50 до +50 ° С) - не містити корозійно-активних по відношенню до основного металу агентів- мати високу біостійкість, механічною міцністю.

захисні покриття можуть бути полімерними і мастичні. До мастичних відносяться кам`яновугільне, бітумне. До полімерним - покриття з липких ізоляційних стрічок, розплави, накочувалися емалі і т.д.

Покриття, що застосовується для захисту від грунтової корозії, має повністю ізолювати готову конструкцію від впливу навколишнього середовища. Для ізоляції підземних трубопроводів дуже часто використовують бітумні покриття різної товщини (6 мм - посилене, 3 мм - звичайне, 9 мм - дуже посилене). Широке поширення отримали петролатумная, цементні, каменноугольно-пекові, поліетиленові, полівінілхлоридні захисні покриття. Останні відрізняються відмінними захисними та ізолюючими здібностями, довгим терміном служби, але не з найдешевших. Найслабшими захисними властивостями володіє цементне покриття.

Створення штучної атмосфери

Цей метод застосовують досить рідко, в основному для трубопроводів великої протяжності. Це пов`язано з великими транспортними витратами, труднощами його реалізації (необхідна велика кількість працівників, техніки, досить багато часу).

Протяжні підземні споруди можуть проходить через різні види грунтів, що інтенсифікує корозійний процес. Суть методу полягає в тому, щоб створити однорідний грунт по всій протяжності конструкції (засинаючи, наприклад, весь трубопровід піщаним ґрунтом) або зменшити агресивність ґрунту на певних ділянках. Для цього кислі грунти можуть вапнувати.

Електрохімічний захист металу від грунтової корозії

Електрохімічний захист полягає в примусовому створенні катодного або анодному поляризації. При спільному застосуванні електрохімічний захисту і захисних покриттів, витрати на першу досить невеликі.

У практиці захисту металів від грунтової корозії дуже часто застосовується катодний захист. Металоконструкції повідомляють певний негативний електричний потенціал, який ускладнює термодинаміку окислення металу. Це істотно знижує (зводить до мінімуму) швидкість грунтової корозії. Здійснити катодний поляризацію можна використовуючи спеціальні установки: протекторні, катодні.

Протекторна захист полягає в приєднанні до виробу електродів з металу, який в даному середовищі більше електроотріцателен. Для захисту стали від підземної корозії протекторами можуть служити алюміній, його сплави, цинк, магній.

Відео: Корозія

Катодний захист - створення катодного поляризації за допомогою зовнішнього джерела струму (генератори постійного струму, батареї, випрямлячі). По всій протяжності трубопроводу ставлять спеціальні станції катодного захисту.

Спеціальні методи укладання

Дуже часто при прокладанні трубопроводу, а також інших споруд для захисту їх від впливу грунтових вод, самого грунту використовують спеціальні способи укладання. Трубопровід або кабель може бути поміщений в спеціальний колектор (при цьому кабель укладають на неметаллическую підкладку), захисний кожух (часто із залізобетонних плит або металу).

Відео: Матриця Науки - Корозія

Вищеописані методи застосовні тільки для захисту виробів від впливу грунту і підземних вод.