- •Введение
- •1. Коррозия обектов магистрального трубопроводного транспорта нефти и газа
- •1.1. Коррозионные процессы и продукты коррозии
- •1.2. Классификация процессов коррозия
- •1.3. Виды коррозионных разрушений
- •1.4. Способы выражения скорости коррозии
- •1.5. Способы защиты стальных сооружений от коррозии
- •Контрольные вопросы
- •2. Химическая коррозия стальных сооружений
- •2.1. Термодинамическая возможность химической коррозии
- •2.2. Механизм химической коррозии
- •2.3. Влияние окисных пленок на процесс коррозии
- •2.4. Законы роста пленок на поверхности стальных сооружений
- •2.4.1. Закон роста несплошных пленок
- •2.4.2. Закон роста сплошных пленок
- •2.4.3. Закон роста пленок при одинаковых скоростях диффузии окислителя коррозионной среды и ионов металла
- •Контрольные вопросы
- •3. Электрохимическая коррозия стальных сооружений
- •3.1. Термодинамическая возможность электрохимической коррозии металлов
- •3.2. Электродные потенциалы металлов в электролитах
- •3.3. Кинетика электрохимической коррозии металлов
- •3.4. Механизм катодной поляризации
- •3.5. Атмосферная коррозия стальных сооружений
- •3.6. Коррозия стальных трубопроводов в болотной и речной воде
- •Результаты химического анализа почвенного электролита грунтов нефтегазодобывающих регионов
- •3.8. Подземная коррозия стальных сооружений
- •3.9. Микробиологическая коррозия стальных подземных сооружений
- •3.10. Коррозия подземных стальных сооружений блуждающими токами
- •Контрольные вопросы
- •4. Коррозионные изыскания
- •4.1. Методы определения коррозинной активности грунтов
- •Сопоставление коррозионного состояния действующих нефтегазопроводов Западной Сибири с удельным электрическим сопротивлением грунта и плотностью предельного тока кислорода
- •Полевой метод определения удельного электрического сопротивления грунта
- •Полевой метод определения предельного тока по кислороду в толще грунта
- •Лабораторно-полевой метод определения коррозионной активности грунтов по поляризационным кривым и по потере массы стальных образцов
- •4.2. Определение опасности коррозии, вызываемой блуждающими токами, при помощи электрических измерений
- •Определение величины поляризационного потенциала подземных стальных сооружений
- •Определение качества изоляции подземного стального трубопровода методом катодной поляризации
- •Контрольные вопросы
- •5. Изоляционные покрытия
- •5.1. Назначение изоляционных покрытий
- •5.2. Требования к изоляционным покрытиям.
- •5.3. Мастичные покрытия.
- •5.4. Полимерные покрытие
- •5.5. Комбинированные покрытия
- •5.6. Прочие виды изоляционных покрытий
- •Покрытия из эмали и стеклоэмали
- •Покрытия из напыленного или экструдированного полиэтилена
- •5.7. Пооперационный контроль качества изоляционных работ
- •Приборы для контроля изоляционных покрытий
- •Техническая характеристика адгезиметров
- •Техническая характеристика искателя повреждений ип-95
- •Техническая характеристика искрового дефектоскопа идм-1м
- •Техническая характеристика искровых дефектоскопов
- •Контрольные вопросы
- •6. Подготовка поверхности металла перед нанесением защитных покрытий
- •Состояние поверхности металла
- •Способы подготовки поверхности
- •6.1. Механическая очистка Очистка с помощью инструментов
- •Струйная очистка
- •6.2. Термическая очистка
- •6.3. Химическая очистка Обезжиривание
- •Травление
- •6.4. Полирование
- •Степени чистоты поверхности стали
- •Контрольные вопросы
- •7. Противокоррозионная защита полости рвс
- •Л итература
- •Содержание
- •Противокоррозионная защита объектов трубопроводного транспорта нефти и газа
2.2. Механизм химической коррозии
Кинетику протекания химической коррозии рассмотрим на примере окисления железа кислородом воздуха:
Fе + О2 = FеO (2.2.1)
Химическая коррозия железа протекает в две стадии. На первой стадии на стальном изделии адсорбируется слой кислорода по форме:
Me + О2 - Ме|2О, (2.2.2)
где запись Ме|2О обозначает твердую стальную поверхность изделия, покрытую слоем адсорбированного кислорода. Во второй стадии происходит химическое взаимодействие (окислительный процесс), при котором окислитель (кислород), отнимая из кристаллической решетки стального изделия электроны, одновременно вступает с ним в химическое соединение, являющееся продуктом коррозии по cледующей схеме:
Fe + Oадс = Fe2+ + O2- = FeO (2.2.3)
С чисто термодинамической точки зрения интенсивность протекания такого вида реакций зависит от химической активности металлов по отношению к кислороду. Например, алюминий по отношению к кислороду проявляет такую большую химическую активность, что отбирает его даже у воды, разлагая ее: 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 , если каким-нибудь способом разрушать образующуюся на поверхности алюминия окисную пленку. Как правило, в ходе данных химических реакций на поверхности металла образуются окисные пленки, которые препятствуют течение химической коррозии. Если образующаяся пленка получается рыхлой или порошкообразной, то в дальнейшем окисляются все новые и новые слои металла и сооружение (изделие) быстро разрушается. Если же на поверхности образуется сплошная плотная пленка, через которую не может проникнуть кислород, то химический процесс окисления прекращается сам собой. В этом случае пленка защищает металл от дальнейшего разрушения, т.е. пассивирует его. Так, например, происходит у алюминия – интенсивно протекающая химическая коррозия сама себя тормозит.
В общем случае использование металла в качестве конструкционного материала в данной окружающей среде возможно только в том случае, если процесс окисления достаточно заторможен. Скорость окисления не связана непосредственно с величиной изменения изобарно-изотермического потенциала, а зависит от кинетических факторов. Например, - G А12Оз > -- G Fе2О3, однако железо в большей степени подвергается коррозионному разрушению, чем алюминий из-за наличия на последнем твердой и сплошной окисной пленки. Таким образом, нет однозначной связи между химической активностью металлов по отношению к кислороду и их коррозионной стойкостью.
Для понимания процесса химической коррозии и разработки против нее эффективной защиты необходимо прежде всего знать механизм окисления металла и свойства окисной пленки. Известно, что активность металлов по отношению к кислороду уменьшается с повышением температуры. При нагревании оксида металла до соответствующей температуры происходит его разложение (диссоциация), и реакция (2.2.3) протекает справа налево до конца. Мерой стойкости оксида можно считать давление образующегося газообразного кислорода (после установления равновесия) над помещенным в закрытый сосуд оксидом - давление диссоциации. Оксид образуется на поверхности металла только при такой температуре, когда давление диссоциации меньше, чем парциальное давление кислорода в соприкасающемся с металлом газе (например, воздухе, дыме). Так, давление диссоциации оксида серебра примерно при 400°С превосходит парциальное давление кислорода в воздухе, поэтому при температуре выше 400°С на поверхности серебра коррозии не наблюдается. У окислов железа (FeO) давление диссоциации очень мало даже при 2000°С, поэтому окисление железа протекает и при высоких температурах.
Стабильность оксида металла - необходимое условие начала процесса коррозии, но дальнейшее окисление и величина ущерба зависят от свойств оксида.