Введение
Трубопроводные магистрали на сегодня являются наиболее распространенным способом для осуществления доставки различных веществ, смесей, в том числе и носителей энергии. К сожалению, у них есть существенный недостаток – они подвержены коррозии, то есть образованию ржавчины: Me+Ox = продукт реакции.
В наши дни существует много способов защиты водопроводов от этого явления. Суть их проста: металл, из которого изготовлены трубы, вступает в реакцию с определенными элементами, растворами и веществами.
Рассмотрим некоторые причины коррозии в трубопроводе:
1. Химическая
Данный вид коррозии возникает при взаимодействии металла трубопровода с различными агрессивными химическими соединениями (щелочами, кислотами и др.). Вещества вступают в реакцию, в результате которой образуются продукты реакции, в числе которых может быть и ржавчина, которая начинает быстро распространятся и последовательно разъедать материал трубопровода.
Механизм химической коррозии:
О2(г) = О2(адс);
О2(адс) = 2О(адс);
О(адс) + з(Ме) = О- (адс) .
2. Электрохимическая
Такая коррозия возникает при нахождении изделия в электролите и является одной из самых агрессивных, так как она имеет быструю скорость распространения и способна разъедать даже очень толстые поверхности металла. Один из частных случаев такой коррозии можно описать реакцией: 2Fe + 2H2O + O2 → 2Fe2+ + 4 OH-.
3. Атмосферная
Образуется при взаимодействии металла с воздухом и содержащимися в нём веществами, водой и различными парами. Вещества вступают в реакцию, вследствие которой выделяется оксид железа (ржавчина), который начинает разрушать металлоконструкцию, например, при взаимодействии железа с компонентами окружающей среды, некоторые его участки служат анодом, где происходит окисление железа, а другие – катодом, где происходит восстановление кислорода:
А: Fe – 2e— = Fe2+K: O2 + 4H+ + 4e = 2H2O
4. Коррозия от перепада температур
При замораживании вещество расширяется, а при нагревании объем его уменьшается, таким образом, если вещество при нормальной температуре свободно проходит через стенки трубопроводов, то при его чрезмерном охлаждении, оно начинает давить на поверхность конструкции, что приводит к нарушению ее целостности, попаданию загрязняющих веществ и появлению разрушающей коррозии.
5. Коррозия из-за неправильной укладки
Коррозия внешней поверхности главным образом зависит от способа укладки изделия и соблюдения технологических требований данного процесса и производства. Наиболее часто коррозия начинается в грунте в местах стыка конструкции. Также важным фактором образования коррозийного износа на внешней поверхности металлоконструкции является микробиологическая коррозия, обусловленная появлением и значительным увеличением численности колоний железобактерий и других микроорганизмов.
Виды коррозии и способы защиты от неё:
· Поверхностная. Распространяется сплошным слоем по поверхности изделия. Представляет наименьшую опасность для трубопровода.
· Местная. Проявляется в виде язв, щелей. Наиболее опасный вид коррозии.
· Усталостное коррозионное разрушение. Процесс постепенного накопления различных повреждений.
1. Электрохимическая защита
При электрохимической защите к изделию из металла подключают постоянный электрический ток.
Электрохимическая защита может быть анодной или катодной: это будет зависеть от того, в какую сторону сдвинется потенциал металла.
1.1. Катодная защита
Метод, достаточно часто используемый для защиты металлоконструкций от коррозии. В этом методе легко окисляемый и недорогой металл, часто цинк или магний (расходуемый анод), электрически соединяется с металлом, который необходимо защищать. Более активный металл - это расходуемый анод, который является анодом в гальванической ячейке. «Защищенный» металл - это катод, он остается неокисленным. Суть метода проста: к изделию подается внешний постоянный электрический ток от отрицательного полюса, который обеспечивает поляризацию катодных участков коррозионных составляющих и поднимает значение потенциала до анодных. После прикрепления положительного полюса источника тока к аноду коррозия защищаемого изделия становится практически равной нулю. Одним из преимуществ катодной защиты является то, что степень разрушения анода можно контролировать и при необходимости заменять его. Основным показателем результативности метода является защитный потенциал - это тот потенциал, при котором быстрота коррозионного процесса металлического изделия становится минимальной.
1.2. Анодная защита
В основном используется для объектов из низколегированных нержавеющих, углеродистых сталей, высоколегированных сплавов. Метод применяют в хорошо электропроводной коррозионной среде.
При анодной защите происходит сдвиг потенциала защищаемого металла в положительную сторону, в отличии от катодной защиты. К преимуществам анодной защиты можно отнести не только существенное уменьшение скорости коррозии, но и то, что продукты коррозии не оказываются в производимом продукте и среде.
2. Протекторная защита
Вид катодной защиты, в процессе которого к защищаемому объекту подсоединяют металл с более высоким электроотрицательным потенциалом. При этом разрушается не металлоконструкция, а протектор, следовательно, через определенный промежуток времени протектор потребуется заменить. У каждого протектора есть свой радиус защитного действия – предельно возможное расстояние, на которое можно удалить протектор без существенной утраты его защитного эффекта. Протекторную защиту применяют, когда ток к объекту подвести трудно, дорого или невозможно. С помощью протекторов защищают объекты, находящиеся в нейтральных средах (море, реке, воздухе, почве). Чтобы протекторы обладали необходимыми эксплуатационными свойствами, их изготавливают из специальных сплавов со следующими легирующими добавками:
- Zn + 0,03-0,16 % Cd+ 0,15-0,45 % Al — добавки, необходимые для защиты оборудования, находящегося в морской воде.
- Al + 8 % Zn +5,5 % Mg + Cd, In, Gl, Hg, Tl, Mn, Si (доли процента) — добавки, используемые при эксплуатации сооружений в проточной морской воде.
- Mg + 5-8 % Al +2-4 % Zn —добавки, требующиеся для защиты небольших конструкций в грунте или в воде с низкой концентрацией солей.
Заключение
Мы рассмотрели несколько способов защиты от коррозии. Все они имеют как положительные, так и отрицательные стороны. Использование одной из защит трубопровода от коррозии является обязательным требованием их эксплуатации. В настоящее время в России изоляция трубопроводов является одним из основных способов защиты от коррозии, однако прогресс не стоит на месте и с каждым годом появляется все больше эффективных и экономически выгодных способов защиты трубопроводов от влияния внешних и внутренних сред, которые начинают всё более активно применяться в промышленности как отечественной, так и за рубежом.