Большая часть трубопроводных систем проложена под землей. Это сокращает пересечение линий с транспортными и людскими потоками, другими инженерными коммуникациями, а среднегодовые перепады температур намного ниже, чем в атмосфере. Но почва является агрессивной средой, в ее составе всегда есть соли, кислоты, щелочи, органические и минеральные вещества, которые ускоряют химические реакции.
Почвенная коррозия металлов протекает преимущественно по электрохимическому механизму. Трубопровод пролегает последовательно на участках с разным составом:
- Глина: анодная зона. Грунт длительно удерживает влагу, при этом доступ кислорода осложняется, в ходе окислительно-восстановительных реакций формируется положительный электрический заряд.
- Песок: катодная зона. Проницаемая среда не впитывает воду, но хорошо пропускает кислород. В таких условиях создаются отрицательные заряды, защищающие металл.
При наличии в среде растворов солей ее электропроводность увеличивается, а следовательно возрастает поляризация, но если участки значительно удалены друг от друга, процессы разрушения тормозятся. Электрохимический тип базируется на двух механизмах:
- Гомогенный: растворение металла из-за миграций ионов с четким разделением процессов на катодный и анодный;
- Гетерогенный: на неоднородной поверхности, на которой присутствуют микроэлементы происходит хаотичный процесс формирования гальванических элементов.
Почвенная коррозия характеризуется питтинговыми, щелевыми и межкристаллическими повреждениями. Ионизация может ускоряться под действием иных воздействий: блуждающих токов, микроорганизмов.
Факторы развития почвенной коррозии
Специфика предотвращения разрушения металлоконструкций, работающих под землей, строится на анализе движущих сил, замедляющих и ускоряющих электрохимические процессы. Агрессивность грунта устанавливают по следующим параметрам:
- Влага: грунтовые и осадочные воды находятся в связанном (в химических соединениях) или капиллярном состоянии. Капиллярная влага зависит от насыщенности пор. Гравитационное состояние доставляет воду напрямую к металлоконструкции под действием тяготения.
- Воздухопроницаемость: доступ кислорода ускоряет ряд окислительных реакций.
- Температура: теплота увеличивает скорость химических факторов, способствует формированию термогальванических пар.
- Кислотность: в черноземах, суглинках, торфяниках, солончаках и болотах сталь корродирует в 2-2,5 раза быстрее благодаря высокому содержанию органических кислот.
- Электропроводность: измеряется в Ом на 1 метр, обуславливается наличием растворов солей, служащих проводниками.
- Минерализация: наличие агрессивных химических веществ, агрессивность земель сельхозназначения повышается из-за минеральных удобрений.
- Микроорганизмы: отходы жизнедеятельности бактерий вносят корректировки в химический состав. Наиболее опасны сульфатредуцирующие, серобактерии и железобактерии.
Кроме этого серьезные разрушения наносят расположенные вблизи источники блуждающих токов (метро, трамваи, ж/д пути). Почвенная коррозия газопроводов, уложенных с нарушениями, может вывести систему из строя за считанные месяцы. В образовавшихся гальванопарах ток течет от анода к катоду, а в электролите – в обратном направлении, вызывая анодное растворение стали.
Методы защиты от почвенной коррозии
При проектировании систем предусматривается активная (от обстоятельств) и пассивная (от постоянных воздействий) защита. К пассивному виду относят покрытия, изоляцию, соответствующие температурному диапазону и агрессивности среды.
Для защиты от почвенной коррозии применяют совокупность методов:
- Способы укладки: отведение воды, установка плит, строительство каналов и коллекторов;
- Мастичные и полимерные покрытия;
- Электрохимическая защита: создание принудительных катодно-анодных процессов;
- Использование сталей с повышенной коррозионной стойкостью;
- Искусственная среда: на участках небольшой протяженности формируют однородную атмосферу, например засыпают канал песком.
Электрохимической почвенной коррозии противостоят с помощью дренажей и формирования катодных установок. Устройство дренажа предусматривает монтаж заземлителей и преобразователей, удерживающих электродный потенциал в заданном диапазоне значений. Катоды формируют из солей металлов с большим числом отрицательно заряженных ионов (магний. цинк, марганец и др.), пропуская через них ток из внешнего источника. В такой гальванопаре трубопровод является анодом.
