4.3. Коррозия металлов блуждающим током
Коррозия металлов блуждающими токами является частным, но имеющим большое практическое значение, случаем влияния электрического поля в электролите на процесс электрохимической коррозии металлов.
Электрический ток в почве, ответвляющийся от своего основного пути, называют блуждающим. Источником блуждающего тока могут быть электрические железные дороги, электролизеры, сварочные аппараты, катодные установки, линии электропередач и др. Рассмотрим влияние блуждающих токов от электрифицированного рельсового транспорта на коррозию подземных сооружений.
При протекании тягового тока по рельсам вдоль них происходит падение напряжения и рельсы получают некоторый положительный потенциал относительно земли, а несовершенная изоляция рельсов от земли вызывает утечку тока в окружающий грунт. И чем больше продольное сопротивление и меньше переходное электросопротивление, тем больше суммарный ток утечки в землю. Вблизи подстанций и пунктов присоединения кабелей токоотводов к рельсам существуют участки постоянной отрицательной полярности рельсов, а на значительном удалении от них - постоянной положительной полярности. Протекающие в земле блуждающие токи, встречая на своем пути металлические сооружения, проникают в них и текут по ним на некотором протяжении, создавая анодные и катодные зоны.
Особенность процесса коррозии металла в поле блуждающих токов заключается в том, что это электролитический процесс, который протекает по законам электролиза. На катодных участках сооружения будет протекать реакция восстановления водорода:
,
на анодных участках – реакция металла:
Наличие катодных и анодных участков на сооружении определяется направлением тока. Участок сооружения входа тока или выхода электронов является катодом. Участок сооружения выхода тока или входа электронов является анодом.
Если электрический ток постоянный, то участки металла, с которых положительные ионы поступают в электролит, являются анодами и подвергаются электрокоррозии; участки, на которых положительные ионы переходят из электролита в металл, являются катодами, на которых протекает процесс восстановления. Скорость коррозии пропорциональна протекающему току. Переменный блуждающий ток также коррозионноопасен, но в меньшей степени, чем постоянный.
Интенсивность процесса коррозии металла в поле блуждающих токов, как правило, намного больше, чем интенсивность почвенной коррозии. Эти два процесса накладываются друг на друга. При этом совпадение анодных зон коррозионных элементов и блуждающих токов приводит к усилению коррозии.
При достаточно больших потенциалах блуждающих токов последние подавляют ток катодного микроэлемента, возникающего в процессе почвенной коррозии, распространяя разрушение на все микроучастки сооружения в анодной зоне блуждающих токов.
Под действием блуждающих токов величина поляризационного потенциала сооружения смещается в анодных зонах в положительную сторону относительно стационарного потенциала, в катодных - в отрицательную. Величина скорости коррозии определяется плотностью тока утечки.
Нанесение защитного покрытия (лакокрасочного, битумного, полиэтиленового и др.) резко повышает сопротивление. Сопротивление изоляции подземного сооружения - наиболее существенный фактор ограничения блуждающих токов, воздействующих на сооружение. По сравнению с плохо изолированным сооружением в хорошо изолированном ток коррозии уменьшается в сотни раз.
Почва является параллельным проводником, например рельсов, и, в зависимости от величины электросопротивления рельсов и грунта, ток иногда весьма значительной величины (до сотен ампер) проходит по земле. Блуждающие токи имеют радиус действия до десятков километров в сторону от токонесущих конструкций.