Влияние режимов катодной защиты на подавление коррозии трубной стали в сквозном дефекте и под отслоившейся изоляцией

Для определения плотности тока катодной зашиты и величины катодной поляризации непосредственно в сквозном дефекте изоляции и под отслоившейся изоляцией, в зоне контакта защищаемой поверхности с электролитом, был изготовлен специальный рабочий электрод. Конструкция рабочего электрода экспериментальной установки представляла собой пластину из оргстекла 7 с размерами 150x100x10, в которую на равном расстоянии друг от друга вставляли в специальные гнезда круглые образцы из трубной стали 17ГС диаметром 10... 12 мм. Обратную и торцевую поверхности образцов изолировали химически стойким лаком. Винтовые выводы (контакты) на конце имели заострения. После установки образцов в гнезда пластины из оргстекла винтовые контакты вкручивали в пластины до упора с образцами до появления электрического контакта. Затем пластины изолировали полимерной пленкой Nitto толщиной 0,5 мм. Напротив первого стального рабочего электрода в изоляционной пленке наносили сквозное повреждение. В условиях эксперимента адгезионное взаимодействие стальных образцов с изоляцией исключалось. Все образцы в зоне отслаивания изоляции контактировали с пленкой электролита, используемого для коррозионных испытаний. В качестве электролита использовали 0,5%-й раствор NaCl. В ячейку с электролитом помещали три изолированные пластины из оргстекла с образцами из трубной стали соответственно в нижнем (имитирующем сквозной дефект изоляции у верхней образующей трубопровода) и потолочном (имитирующем сквозной дефект изоляции у нижней образующей трубопровода) положениях. Контактные выводы от рабочих электродов закорачивали. Для визуального наблюдения за процессом выделения водорода под изоляцией в отдельных экспериментах применяли прозрачную полиэтиленовую пленку. Напротив среднего (либо крайнего) образца в изоляционной пленке наносили сквозное повреждение. Все короткозамкнутые через микроамперметры образцы под отслоившейся изоляцией контактировали с пленкой электролита - 0,5%-м раствором NaCl с добавкой стимуляторов наводороживания («3...5 г/л тиомочевины). В ячейку с электролитом помещали три изолированные пластины из оргстекла с образцами из трубной стали. По образцам первой пластины определяли скорость коррозии без катодной защиты за время установления стационарного потенциала. На рабочие электроды второй и третьей изолированной пластины в гальваностатическом режиме от потенциостата Р-150 подавали ток катодной защиты, плотность которого превышала плотность предельного тока по кислороду в цепи образца, находящегося напротив сквозного дефекта, в 16, 75 и 100 раз. В течение всего эксперимента фиксировали величину тока катодной защиты в цепи каждого электрода. По истечении 140 часов потен- циостат отключали и по образцам второй пластины определяли остаточную скорость коррозии трубной стали в сквозном дефекте изоляционного покрытия и под отслоившейся изоляцией на различных расстояниях от края сквозного дефекта при катодной защите. Скорость коррозии образцов после коррозионных испытаний определяли по убыли массы образцов в соответствии с методическими указаниями, изложенными в монографии Г.В. Акимова [62]. Одновременно из ячейки вынимали третью изолированную пластину с образцами и определяли объем поглощенного водорода за время катодной поляризации методом анодного растворения при плотности анодного тока 0,1...0,2 А/см , исключающего выделение кислорода [63]. Выделяющийся при растворении стали водород собирали в газовой бюретке, помещенной над образцом. При катодном наводороживании стали водород концентрируется преимущественно в тонком приповерхностном слое. В условиях эксперимента толщина анодно-растворяемого слоя образца составляла 0,3...0,4 мм.

Детально исследовали влияние режимов катодной защиты на скорость коррозии трубной стали непосредственно в сквозном дефекте изоляции и под отслоившейся изоляцией в зоне контакта рабочих электродов с электролитом. На рис. 2.4 представлена зависимость скорости коррозии трубной стали непосредственно в сквозном дефекте изоляции и под отслоившейся изоляцией на различных расстояниях от края сквозного дефекта при различных режимах катдной защиты.

Влияние длины зоны отслаивания изоляции на скорость коррозии трубной стали в отсутствии катодной защиты

Рис. 2.4. Влияние длины зоны отслаивания изоляции на скорость коррозии трубной стали в отсутствии катодной защиты: 1 - диаметр сквозного дефекта 3 мм; 2 - 7 мм; 3-12 мм

Распределение тока катодной защиты в сквозном дефекте изоляции и под отслоившейся изоляцией в зоне электролитического контакта рабочих образцов с электролитом

Рис. 2.5. Распределение тока катодной защиты в сквозном дефекте изоляции и под отслоившейся изоляцией в зоне электролитического контакта рабочих образцов с электролитом

Общий ход результатов коррозионных испытаний, представленных на рис. 2.4, свидетельствует о том, что в отсутствие катодной защиты скорость коррозии максимальна непосредственно в сквозном дефекте изоляции и затухает по мере удаления от края сквозного дефекта.

Наиболее интенсивное затухание коррозионного процесса наблюдается на расстоянии 30 мм от края дефекта. На расстояние более 30 мм от края дефекта скорость коррозии трубной стали в отсутствие катодной защиты практически на порядок меньше, чем в сквозном дефекте изоляции, и в условиях эксперимента нс превышала 0,015...0,009 мм/год. После включения тока катодной защиты, когда величина катодной поляризации была равна 200 мВ, картина распределения тока катодной защиты на рабочих образцах, находящихся непосредственно в сквозном дефекте изоляции и под отслоившейся изоляцией в зоне контакта рабочих электродов с электролитом, на различных расстояниях от края сквозного дефекта представлена на рис. 2.5.

Сопоставление экспериментальных результатов по распределению скорости коррозии трубной стали (рис. 2.6) и плотности тока катодной защиты на рабочих образцах, находящихся непосредственно в сквозном дефекте изоляции и в зоне отслаивания изоляции на различных расстояниях от края сквозного дефекта, свидетельствует о том, что общий ход экспериментальных результатов совпадает, скорость коррозии образцов, находящихся непосредственно напротив сквозного повреждения изоляции и на различных расстояниях от края дефекта, «подавляется» при неизменном режиме катодной защиты до одних и тех же значений. Действительно, максимальная скорость коррозии трубной стали наблюдается в сквозном дефекте изоляции, соответственно, плотность тока катодной защиты здесь также максимальна. По мере удаления от края сквозного дефекта вглубь под отслоившуюся изоляцию скорость коррозии затухает, аналогично, практически пропорционально, уменьшается плотность тока катодной защиты. Причем, если непосредственно в сквозном дефекте изоляции плотность тока катодной защиты достигала 0,32 А/м2, то под отслоившейся изоляцией, на расстоянии более 30 мм от края сквозного дефекта, она уменьшалась до 0,05 А/м2, то есть, как и в случае со скоростью коррозии, плотность тока катодной защиты под отслоившейся изоляцией уменьшается практически на порядок и на расстоянии более 30 мм от края сквозного дефекта изоляции практически уже не зависит от длины зоны отслаивания изоляции. Несмотря на то, что плотность тока катодной защиты непосредственно в сквозном дефекте изоляции и под отслоившейся изоляцией изменялась в условиях эксперимента практически на порядок, величина катодной поляризации всех рабочих образцов, контактирующих с электролитом, независимо от места их нахождения под отслоившейся изоляцией в условиях эксперимента оставалась неизменной (рис. 2.5), что согласуется с уравнением концентрационной поляризации. При катодной поляризации рабочих образцов, находящихся непосредственно в сквозном дефекте изоляции и на различных расстояниях от края сквозного дефекта под отслоившейся изоляцией в зоне контакта их с электролитом, равной минус 0,3 В, то есть когда плотность тока катодной защиты на каждом рабочем электроде достигала значений предельного тока кислорода, остаточная скорость коррозии рабочих образцов, независимо от местонахождения образцов, уменьшалась до значений, не превышающих 0,007...0,01 мм/год. При этом наблюдается эффект саморегулирования катодной защиты: облегчается доставка кислорода - увеличивается скорость коррозии, соответственно, увеличивается плотность тока катодной защиты, и когда плотность тока катодной защиты достигает значений предельного тока кислорода, катодная защита «подавляет» течение коррозионного процесса рабочих образцов до значений, не превышающих 0,01...0,007 мм/год (независимо от условий доставки кислорода, как непосредственно в сквозном дефекте изоляции, так и под отслоившейся изоляцией на различных расстояниях от края сквозного дефекта).

Рис. 2.6. Распределение скорости коррозии в сквозном дефекте изоляции и под отслоившейся изоляцией в зоне электролитического контакта рабочих образцов с электролитом в отсутствие тока катодной защиты и при различных плотностях защитного тока: а-в нижнем положении (соответствующем положению сквозного дефекта у верхней образующей трубопровода); б-в потолочном положении (соответствующем положению сквозного дефекта изоляции у нижней образующей)

На рис. 2.6 представлена картина распределения скорости коррозии в сквозном дефекте изоляции и под отслоившейся изоляцией в зоне электролитического контакта рабочих образцов с электролитом при плотности тока катодной защиты jKJ = 1,5 А/м2, превышающей плотность предельного тока по кислороду в 6 раз, и при jK 3 = 15 А/м2, превышающей плотность предельного тока по кислороду в 65 раз. Полученная совокупность экспериментальных результатов свидетельствует о практически бесполезном расходовании электрической энергии, когда плотность тока катодной защиты в десятки раз превышает плотность предельного тока по кислороду, так как существенное превышение плотности тока катодной защиты над предельным по кислороду не приводит к заметному подавлению коррозионного процесса.

Общий ход результатов коррозионных испытаний, представленных на рис. 2.6, свидетельствует о том, что в отсутствие катодной защиты скорость коррозии максимальна непосредственно в сквозном дефекте изоляции и затухает по мерс удаления от края сквозного дефекта. Наиболее интенсивное затухание коррозионного процесса наблюдается на расстоянии 30 мм от края дефекта. На расстоянии более 30 мм от края дефекта скорость коррозии трубной стали в отсутствие катодной защиты практически на порядок меньше, чем в сквозном дефекте изоляции, которая в условиях эксперимента нс превышала 0,013...0,018 мм/год вне зависимости от длины зоны отслаивания изоляции. При включении катодной защиты скорость коррозии непосредственно в сквозном дефекте изоляции подавляется до значений 0,01 мм/год, а скорость коррозии образцов, находящихся под отслоившейся изоляцией, оставалась в пределах относительной погрешности результатов практически неизменной, нс превышающей 0,01 мм/год. После включения катодной защиты картина распределения плотности защитного тока на рабочих образцах, находящихся непосредственно в сквозном дефекте изоляции и под отслоившейся изоляцией, практически повторяет ход распределения скорости коррозии в отсутствие катодной защиты. При этом величина катодной поляризации образцов, независимо от расстояния от края дефекта, в зоне контакта с электролитом оставалась практически постоянной. В условиях концентрационной поляризации величина катодной

поляризации (Аср) описывается уравнением:

которого следует, что постоянство (А^) возможно при условии, когда отношение плотности тока катодной защиты (jK}) к плотности предельного тока по кислороду (упр) по мерс продвижения от края сквозного дефекта вглубь под изоляцию остается постоянным: Л, / упр = const.

Плотность предельного тока по кислороду в 0,5%-м NaCl, который использовали в качестве коррозионной среды, составляла 0,08 А/м". Пропорциональное уменьшение плотности тока катодной защиты и плотности предельного тока по кислороду при продвижении вглубь под отслоившуюся изоляцию связано, по-видимому, с дополнительным диффузионным торможением при доставке кислорода к рабочей поверхности образцов и омическим фактором [110-114].

В процессе эксплуатации подземных стальных трубопроводов большого диаметра (более 700 мм) изучение распределения скорости коррозии по окружности трубопровода в отсутствие катодной защиты и остаточной скорости коррозии при включении тока катодной защиты представляется также важным, так как полученные экспериментальные результаты позволят выбрать оптимальные режимы катодной защиты, исключающие, с одной стороны, явление нсдозащиты, с другой - перс- защиты. Режимы катодной защиты, характеризуемые плотностью тока и величиной катодной поляризации, должны быть такими, чтобы остаточная скорость коррозии трубопровода не превышала допустимых значений с одной стороны, а с другой - не приводили к электролитическому наводороживанию стенки трубы.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >