Коррозия подземных трубопроводов считается одной из стержневых причин их разгерметизации из-за формирования трещин, разрывов и каверн. Коррозия металлов, то есть, их окисление считается переходом атомов металла из свободного состояния в ионное состояние, химически связанное. В такой ситуации теряют свои электроны атомы металла, а окислители их приобретают.
На подземном трубопроводе благодаря гетерогенности грунта (физическим свойствам и химическому составу) и неоднородности металла трубы появляются участки с неодинаковым электродным потенциалом. Это обуславливает формирование гальванических коррозионных элементов.
Наиболее важными видами коррозии являются: межкристаллитная, язвенная (иными словами, питтинговая), щелевая, местная в виде раковин, поверхностная (такой является сплошная по всей поверхности коррозия), а также усталостное коррозионное растрескивание. Две последних разновидности коррозии представляют собой для подземных трубопроводов максимальную опасность. Исключительно в редкостных случаях поверхностная коррозия трубопроводов может вызвать всевозможные повреждения, в то время как случается максимальное число повреждений именно по причине появления язвенной коррозии.
Коррозионная ситуация, в которой в грунте находится металлический трубопровод, непосредственно зависит от огромного количества разнообразных факторов, связанных с разнообразными климатическими и грунтовыми условиями, условиями эксплуатации и особенностями трассы. К таким факторам относят химический состав, структуру и влажность грунта, уровень кислотности грунтового электролита, а также температуру транспортируемого газа
Наиболее интенсивным отрицательным проявлением блуждающих токов в земле, порождаемым электрифицированным рельсовым транспортом постоянного тока, считается электрокоррозионное разрушение трубопроводов.
Уровень интенсивности блуждающих токов и их потенциальное влияние на подземные трубопроводы зависит непосредственно от таких факторов, как:
- продольное сопротивление ходовых рельсов;
- потребление тока электропоездами;
- общее число поездов на перегоне;
- удельное электрическое сопротивление грунта;
- переходное сопротивление рельс-земля;
- количество и сечение отсасывающих линий;
- расстояние между тяговыми подстанциями;
- расстояние и местоположение трубопровода относительно пути;
- продольное и переходное сопротивление трубопровода.
Помимо того отметить тот факт, что в катодных зонах блуждающие токи оказывают защитное воздействие на сооружение, именно поэтому катодная защита трубопровода в таких местах может быть реализована без крупных капитальных затрат.
Выбор тех или иных методов защиты металлических подземных трубопроводов от воздействия коррозии. Они подразделяются на активные и пассивные.
К примеру, пассивный метод защиты от пагубного влияния коррозии предполагает формирование между окружающим грунтом и металлом трубопровода непроницаемого барьера. Это достигается методом нанесения на трубу специальных защитных покрытий (к примеру, таких, как битум, каменноугольный пек, эпоксидные смолы и полимерные ленты).
На практике не всегда удается достичь полной оплошности изоляционного покрытия. Всевозможные виды покрытия обладают различной диффузионной проницаемостью и поэтому обеспечивают разную изоляцию трубы от окружающей среды. Во время строительства и дальнейшей эксплуатации в изоляционном покрытии появляются всевозможные задиры, вмятины, трещины и прочие дефекты. Самыми опасными специалисты называют сквозные повреждения защитного покрытия, в которых, практически, и случается грунтовая коррозия.
Потому что пассивным методом не всегда удается реализовать полную защиту трубопровода от коррозии, наряду с этим используется активная защита, непосредственно связанная с управлением разными электрохимическими процессами, которые протекают на границе грунтового электролита и металла трубы. Предоставленную защиту называют комплексной защитой.
Как правило, активный метод защиты от неблагоприятного влияния коррозии осуществляется методом катодной поляризации. Он основан на понижении по мере смещения в область более отрицательных значений уровня скорости растворения металла, чем естественный потенциал, его потенциала коррозии.
Роберт Кун в 1928 году установил опытным методом то, что показатели потенциала катодной защиты стали относительно медно сульфатного электрода сравнения равна минус 0,85 Вольт. Потому что естественный потенциал стали в грунте примерно равняется -0,55…-0,6 Вольта, то для проведения катодной защиты нужно сместить на 0,25…0,30 Вольта потенциал коррозии в отрицательную сторону. Прилагая электрический ток между грунтом и поверхностью металла трубы, чрезвычайно важно достигнуть в дефектных местах изоляции трубы понижения потенциала до значения, который находится ниже критерия защитного потенциала, равного 0,85 В.
В итого таких действий снимется скорость коррозии до 10 мкм в год, при этом лишаясь практического значения.
Катодная защита трубопроводов реализуется двумя методами: гальваническим методом, то есть, использованием магниевых жертвенных анодов-протекторов, или электрическим методом, иными словами, употреблением внешних источников постоянного тока, плюс которых соединяется с анодным заземлением, а минус — с трубой.
Основание гальванического метода составляет тот факт, что в электролите разные металлы обладают различные электродными потенциалами. Если формировать из двух металлов гальванопару и поместить потом их в электролит, металл с более отрицательным потенциалом станет анодом и затем будет разрушаться, тем самым, защищая, металл, который имеет менее отрицательный потенциал.
На практике в качестве жертвенных гальванических анодов используются протекторы, произведенные из алюминиевых и магниевых, а также цинковых сплавов.
Использование с помощью протекторов катодной защиты эффективно лишь в низкоомных грунтах (до 50 Ом-м). Такой метод в высокоомных грунтах нужного уровня защищенности не обеспечивает.
Катодная защита внешними источниками тока является более сложной и трудоемкой, но она зависит мало от удельного сопротивления грунта и владеет неограниченным энергетическим ресурсом.
Как правило, в качестве источников постоянного тока применяются преобразователи разнообразной конструкции, которые питаются от сети переменного тока. Такие преобразователи разрешают в широких пределах регулировать защитный ток, обеспечивая тем самым надежную защиту трубопровода практически в любых условиях.
В качестве основных источников питания установок катодной защиты применяются воздушные линии 0,4; 6 и 10 кВ, автономные источники: термогенераторы, дизель генераторы, газогенераторы и т.п.
Защитный ток, который накладывается от преобразователя на трубопровод и формирует разность потенциалов «труба-земля», по длине трубопровода неравномерно распределяется. Именно поэтому наибольшее значение по абсолютной величине такой разности расположен в месте подключения источника тока (то есть, в точке дренажа). Разность потенциалов «труба-земля» по мере удаления от данной точки убавляется. Непомерное завышение разности потенциалов влияет отрицательно на адгезию покрытия и способно вызвать наводораживание металла трубы, а это может стать главной причиной водородного растрескивания.
Снижение разности потенциалов не обеспечивает качественную защиту от пагубного воздействия коррозии и может способствовать, в определенном диапазоне, появлению под напряжением коррозионного растрескивания.
Анодную защиту эксперты называют одним из главных методов борьбы с развитием в агрессивных химических средах коррозии металлов. Такая защита основана на переводе металла в пассивное состояние из активного и поддержании такого состояния при помощи анодного внешнего тока. Катодная защита высоколегированных сталей в сильных кислотах не является возможной.
В контраст катодной защите при анодной защите имеются лишь узко ограниченные районы защитных потенциалов, в которых надежная защита от неблагоприятного воздействия коррозии является возможной.
