|
Электрические процессы на поверхности подземного трубопроводаМеталлический трубопровод в изоляции, уложенный в грунте, имеет несущественное взаимодействие с почвенной влагой через зазоры в слое покрытия изоляции. Почвенная влага является электролитом различной концентрации и состава. Взаимодействия металлической поверхности с почвенным электролитом приводит к образованию продуктов коррозии. Если на металлической поверхности, находящейся в электролите, имеются участки с отличающимися электрическими потенциалами и они соединяются друг с другом через массу металла, то во внешней цепи, которая соединяется через электролит, ток проходит от потенциала с большим значением к более низкому. Участок с более высоким значением потенциала является анодом, а участок с более низким потенциалом - катодом. На металлической поверхности трубопровода возможно возникновение катодных и анодных участков если присутствуют какие-либо разнородности электрохимического потенциала поверхности. Эта разнородность есть причина появления коррозионных элементов (коррозионных пар), которые приводят к местному разрушению поверхности металла. Причины разнородности электрохимических потенциалов:
Причиной формирования коррозионных элементов (пар) могут послужить насечки и риски на металлической поверхности. В местах покрытия изоляции с дефектами металл является более электроотрицательным, превращается в анод и подвергается разрушению. Если к поверхности трубопровода уложенного в почве неравномерно подается воздух, то создаются участки аэрации, на поверхности которых происходит локальная коррозия. Разнородный электрохимический потенциал также в состоянии создать недостаточную миграцию в почве растворенных кислот и солей по причине их слабой диффузии. При электрохимической коррозии реакция, по которой взаимодействует металл с электолитом подразделяется на 2 независимо происходящих процесса: катодный и анодный. Анодный процесс заключается в переходе ионов металла в растворенное состояние с почвенным электролитом, где осуществляется их гидратация. В следствие чего на анодных участках разрушается металл из-за выноса в почву ионов металла, а эквивалентное число электронов мигрирует на катод. Анодный процесс для металлической поверхности допустимо изобразить в виде реакции: В следствие аккумулирования катионов в растворе и электронов в металле, сущесвтенно сдвигающих скачок электродного потенциала в отрицательном направлении, анодному процессу следовало бы прекратиться, при отсутсвии в системе других электродных процессов. Рассмотрим механизм анодного процесса на подземной конструкции из стали. Основной элемент для стали - железо. Поэтому доминирующее место занимают процессы электро-химической природы на железе. Первичным механизмом на железном аноде является миграция двухвалентного иона железа в состав электролита (в почву): Процесс не заврешается на этом обычно. Двухвалентный ион железа может принимать участие в разных химических реакциях с элементами почвы, называемых вторичными процессами. Ввиду того, что почвы характеризуются нейтральными или основными свойствами, в них имеются ионы ОН-. Взаимодействия с ними происходит образование гидрата железа: Если в составе электролита почвы, который примыкает к анодным участкам, в достатке имеется железо, то реакция гидратации железа будет происходить дальше: Катодный процесс описывается ассимиляцией избыточного числа электронов, которые появились в металле, каким-нибудь деполяризатором D, имеющимся в растворе. Деполяризатором D может быть ион или атом, который может на катоде восстановиться: В кислой почве произойдёт водородная деполяризация катодного процесса: Чаще встречающимся катодным процессом в условиях почвы является кислородная деполяризация: Чтобы кислородная деполяризация протекала в коррозионном процессе в условиях грунта необходимо присутствие кислорода в месте катодного процесса. Поэтому условия транспорта кислорода к месту осуществления катодного процесса в некоторой мере детерминируют ход процесса коррозии. Анодный процесс происходит на участках с более отрицательным базовым потенциалом поверхности, катодный - с более положительным. Материальный результат процесса коррозионной деструкции металла доминирует на анодных участках, так как из конструкции выносятся в почву ионы железа. На рисунке справа схематически представлены процессы анодной и катодной поляризации при функционировании коррозионного гальванического элемента. Характеристики коррозионного элемента не являются неизменными по причине протекания тока в цепи гальванического коррозионного элемента. Вследствие чего потенциалы катода и анода меняются в сторону взаимного сближения. Их первоначальная разность VК0 — VА0 уменьшается до VК — VА. Это изменение потенциалов имеет название катодной или анодной поляризациb. Анодной поляризацией называется смещение потенциала анода при прохождении анодного тока в положительную сторону. Катодной поляризацией называется смещение потенциала катода при прохождении катодного тока в отрицательную сторону. Приведенные на рисунке слева кривые имеют название поляризационных кривых анодного и катодного процессов:
Поляризационная кривая - это построенная графически функция потенциала электрода Е от плотности i проходящего тока. Ток I гальванического элемента определяется разностью напряжений катода и анода и сопротивления электрической цепи:
Если сопротивление электрической цепи снизиться до нуля (R = 0), ток I не в состоянии расти бесконечно по причине существования поляризационных сопротивлений. Производные потенциала по плотности тока dEK/diK и dEA/diA являются истинной поляризуемостью анода и катода при заданной плотности тока i. Численно они равняются тангенсам углов:
Мерой измерения свободы протекания электродного процесса является величина di/dE, которую допустимо назвать истинной эффективностью анодного или катодного процесса при известной плотности тока.
|
|