УДК 628.147.22 ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЕЛИЧИНЫ рН И

Научный потенциал регионов на службу модернизации. Астрахань : АИСИ, 2012. № 2 (3). 170 с.
УДК 628.147.22
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЕЛИЧИНЫ рН И СОЛЕСОДЕРЖАНИЯ
ВОДЫ НА СКОРОСТЬ КОРРОЗИИ ТРУБОПРОВОДОВ
А. А. Болеев, Р. В. Потоловский, О. Ю. Акимов
Волгоградский государственный архитектурно-строительный
университет, г. Волгоград (Россия)
Сточные воды представляют собой слабый раствор различных солей
и являются электролитом, поэтому процесс коррозии металлов протекает
таким образом, что переход частиц металла в раствор сопровождается эквивалентным переносом электронов от одного участка металла к другому.
При соприкосновении металла с электролитам на его поверхности образуется множество микрогальванических элементов. Обычно зерна самого
металла при этом играют роль анодов. Загрязнения и примеси, а также некоторые структурные составляющие сплавов становятся катодами. Как и в
обычном гальваническом элементе, анод растворяется, а на катоде идут катодные процессы, не нарушающие его целости.
Микрогальванические элементы, являющиеся основной причиной
практически наблюдаемой скорости процесса коррозии металлов, возникают не только за счет примесей в металле. Границы между зернами металла, в силу их своеобразной физико-химической природы, также могут
играть роль особых микроэлектродов.
103
Научный потенциал регионов на службу модернизации. Астрахань : АИСИ, 2012. № 2 (3). 170 с.
Все коррозионные процессы являются сопряженными и поэтому
строго эквивалентными друг другу. Материальный расход анодных участков и составляет коррозионное разрушение.
В результате коррозии образуются растворимые или нерастворимые
продукты коррозии. С увеличением содержания кислорода или скорости
водообмена происходит окисление гидрозакиси железа до гидроокиси –
обычной красной ржавчины. Последняя обладает значительно меньшей
растворимостью. Растворимость ее со временем уменьшается, так как происходит преобразование богатого водой студенистого очень объемного
осадка гидроокиси железа в твердый, бедный водой осадок. Такая «состарившаяся» ржавчина обладает исключительной стойкостью и сопротивляемостью даже в сильно агрессивных растворителях.
В трубопроводах происходит еще и дополнительное насыщение раствора кислородом воздуха. Оказалось, что при подаче в воду воздуха в количестве 0,05–0,1 л/мин скорость коррозии увеличивается в 2–3 раза. Причины этого явления различны: это связано и с ускорением доставки кислорода к поверхности металла, и с ускоренным уносом продуктов коррозии
(разрушение непрочных пассивирующих пленок или рыхлого твердого
осадка) и т.д.
Хотя повышение концентрации кислорода вначале и ускоряет коррозию железа, однако при концентрации кислорода выше некоторого значения скорость коррозии снова уменьшается. Эта величина значительно зависит от присутствия в воде солевых добавок. В дистиллированной воде
предельная концентрация кислорода, выше которой коррозия опять снижается, составляет около 12 мг О2/л. С увеличением концентрации растворенных солей и повышением температуры это значение обычно возрастает, а с увеличением скорости перемешивания и рН – снижается.
При рН около 10 предельная концентрация кислорода достигает значения, соответствующего насыщению воды воздухом (6 мг О2/л), а для более щелочных растворов – еще меньшего значения.
Скорость коррозии снижается вследствие пассивации железа кислородом, что видно по значению потенциалов железа, которые в воде, насыщенной воздухом, составляют от -0,4 до -0,5 В, а в насыщенной кислородом (28 мг О 2 /л) от -0,1 до -0,4 В. Очевидно к поверхности металла доставляется кислорода больше, чем может быть восстановлено при протекании коррозионной реакции (5,6). Остается избыточный кислород, который
образует пассивную пленку. По пленочной теории пассивности избыточный кислород окисляет пленку закиси железа, при этом образуется пленка,
имеющая большие защитные свойства в качестве диффузионного барьера.
Согласно адсорбционной теории, избыточный кислород хемосорбируется
на поверхности железа и образует адсорбционную пассивную пленку [1].
Значительные количества в воде хлоридов и сульфатов приводят к
постепенному снижению скорости коррозии [2].
104
Научный потенциал регионов на службу модернизации. Астрахань : АИСИ, 2012. № 2 (3). 170 с.
Повышение температуры, ускоряя диффузию кислорода, приводит к
увеличению скорости коррозии. Максимальная коррозия наблюдается при
температуре около 80 °С и составляет для стали Ст.З порядка 0,55–
0,6 мм/год (при солесодержании менее 1 г/л). Замедление коррозии при
температурах выше 80 °С вызвано значительным понижением растворимости кислорода в воде по мере возрастания температуры, и этот эффект перекрывает ускоряющее влияние температуры. Эти данные относятся к открытым системам, в которых возможно беспрепятственное выделение растворенного кислорода.
В замкнутой системе кислород выделяться не может, и скорость коррозии в зависимости от температуры растет до тех пор, пока не израсходуется весь кислород.
Влияние величины рН на скорость коррозии стали Ст.З характеризуется тем, что в области рН от 4,0 до 10,0 скорость коррозии не зависит от
реакции среды (численные значения зависят только от солесодержания
растворов). При этом основной диффузионный барьер из гидратированной
закиси железа непрерывно обновляется в результате коррозионного процесса. Независимо от величины рН (в пределах данной области) поверхность железа всегда находится в контакте со щелочным, насыщенным гидратированной закисью железа, раствором, рН которого составляет 9,5.
В кислой области (рН < 4,0) пленка закиси железа растворяется,
рН на поверхности металла падает, и железо переходит в более или менее
непосредственное соприкосновение с окружающей водной средой. При
рН = 3,0 и ниже скорость коррозии возрастает до 1,0 мм/год и более. Повышенная скорость реакции в этом случае определяется суммарной скоростью водородной и кислородной деполяризации.
Увеличение щелочности среды выше рН = 10,0 приводит к повышению
рН раствора у поверхности металла. Скорость коррозии снижается (при рН =
12,4 А = 0,06–0,07 мм/год) вследствие того, что железо в присутствии щелочей и растворенного кислорода начинает все более и более пассивироваться.
Таким образом, скорость коррозии стали Ст.З зависит от концентрации в воде кислорода, температуры, солесодержания растворов и скорости
перемешивания или движения воды и не зависит от реакции среды в области рН = 4,0–10,0. Это приводит к тому, что в пресных водах или сильно
засоленных (морская вода) наблюдаемые скорости коррозии практически
одинаковы [2, 3].
Литература
1. Дизенко, Е. И. Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров
/ Е. И. Дизенко, В. Ф. Новоселов, П. И. Тугунов, В. А. Юфин. – М. : Недра, 1978. – 199 с.
2. Балабан-Ирменин, Ю. В. Влияние рН, СГ, SО42- в сетевой воде на коррозию и
повреждаемость труб тепловых сетей / Ю. В. Балабан-Ирменин, С. Е. Бессолицин,
A. M. Рубанов // Теплоэнергетика. – 1994. – № 7. – С. 31–36.
3. Рейдин, Б. Л. Коррозия и защита коммунальных водопроводов / Б. Л. Рейдин. –
М. : Недра, 1979. – 167 с.
105