Топырақ коррозиясы – жердегі металдар мен болаттың коррозиясы

Топырақ коррозиясы – жермен тікелей жанасатын металдар мен қорытпалардың бұзылуы процесі. Ол басқалармен қатар жер асты құбырларына, резервуарларға, іргетас қадаларына, болат конструкцияларына, су және газ қондырғыларына, жерге қосу жүйелеріне және басқа да жер асты инфрақұрылым элементтеріне әсер етеді. Топырақ – ерекше күрделі орта, себебі оның химиялық, физикалық және биологиялық қасиеттері қысқа қашықтықта да өзгеруі мүмкін.
Топырақтың коррозиялық қасиеті ылғалдылық, кедергі, еріген тұз мөлшері, рН, оттегіге қол жеткізу, өткізгіштік, минералды құрам, микроорганизмдердің болуы және адасқан токтар сияқты факторлармен анықталады. Топырақтың гетерогенділігі де маңызды. Бір элемент әртүрлі қасиеттері бар қабаттар арқылы өтуі мүмкін, бұл локализацияланған коррозиялық жасушалардың пайда болуына ықпал етеді.

Неліктен металдар топырақта коррозияға ұшырайды?

Ылғал топырақ электролит ретінде әрекет ете алады, бұл электрохимиялық реакцияларды жүзеге асырады. Көмілген металл бетінде анодтық және катодтық аймақтар пайда болуы мүмкін. Анодтық аймақтарда металлдың тотығуы және біртіндеп металл жоғалуы жүреді, ал катодтық реакциялар беттің басқа жерлерінде жүреді.
Анодтық және катодтық аймақтардың таралуы жергілікті жағдайларға байланысты. Ылғалдылық, оттегімен қанығу, тұздылық, рН және топырақ құрамының айырмашылықтары бір құрылымның жеке бөліктерінің электрохимиялық тұрғыдан әртүрлі әрекет етуіне әкелуі мүмкін. Нәтижесінде, топырақ коррозиясы салыстырмалы түрде біркелкі немесе жоғары локализацияланған болуы мүмкін.

Топырақтың коррозиясына әсер ететін ең маңызды факторлар

Топырақтың төзімділігі және коррозия қаупі

Топырақтың кедергісі жер асты қоршаған ортасын бағалауда ең көп қолданылатын параметрлердің бірі болып табылады. Ол топырақтың электр тогының ағынына қарсы тұру қабілетін анықтайды. Ылғал мен еріген тұздардың жоғары деңгейі бар топырақтардың кедергісі әдетте құрғақ, құмды топырақтарға қарағанда төмен болады.
Төмен кедергі коррозия токтарының ағынын күшейтуі мүмкін және сондықтан ықтимал қауіптің жоғарылауының белгісі болып табылады. Дегенмен, топырақтың коррозияға төзімділігін тек бір кедергі мәніне негіздеп бағалауға болмайды. Ылғалдылық, рН, иондық құрам, оттегімен қанығу, микроорганизмдер және адасқан токтардың болуы да ескерілуі керек.

Топырақ ылғалдылығы

Топырақ тесіктеріндегі су иондардың тасымалдануын және металл бетінде электролиттің түзілуін жеңілдетеді. Сондықтан ылғалдылық электрохимиялық коррозияның жүруі үшін өте маңызды.
Дегенмен, ылғалдылық пен коррозия жылдамдығы арасындағы байланыс сызықтық емес. Өте құрғақ топырақта иондық өткізгіштік төмен. Ылғалдылық артқан сайын өткізгіштік әдетте артады. Дегенмен, судың өте жоғары қанығу деңгейінде бетіне оттегінің қол жеткізуі төмендеуі мүмкін. Сондықтан коррозияның соңғы барысы электролит өткізгіштігі мен реагент тасымалы арасындағы тепе-теңдікке байланысты.

Дифференциалды аэрация жасушалары

Топырақта болатын тән құбылыстардың бірі - металл бетінің белгілі бір бөліктеріне оттегінің әртүрлі қол жеткізуінен туындайтын жасушалардың пайда болуы. Жақсы желдетілетін, өткізгіш топырақта орналасқан қима тығыз, ылғалды немесе шөгіндімен жабылған топырақта орналасқан қимадан өзгеше электрохимиялық жағдайларға ие болуы мүмкін.
Мұндай айырмашылықтар анод пен катод аймақтарының салыстырмалы түрде үлкен қашықтыққа бөлінуіне әкелуі мүмкін. Нәтижесінде, бүкіл компонент бір материалдан жасалғанына қарамастан, құрылымның белгілі бір бөлігінде материалдың қарқынды жоғалуы мүмкін.

Топырақтың рН-ның әсері

Топырақтың рН мәні электрохимиялық реакцияларға және коррозия өнімдерінің тұрақтылығына әсер етеді. Көміртекті болаттар жағдайында жоғары қышқылды орта коррозия жылдамдығын арттыруы мүмкін. Тот баспайтын болаттардың мінез-құлқы олардың пассивті қабатының тұрақтылығына және агрессивті иондардың, ең алдымен хлоридтердің болуына да байланысты.
Дегенмен, топырақтың агрессивтілігін анықтау үшін рН мәні жеткіліксіз. Ұқсас рН мәні бар екі топырақ кедергісі, хлорид пен сульфат мөлшері, ылғал мөлшері және оттегімен қанығуы бойынша ерекшеленуі мүмкін, демек, коррозияның мүлдем басқа жылдамдығы мен түрлерін тудыруы мүмкін.

Топырақта еріген хлоридтер мен тұздар

Еріген тұздар топырақтағы кеуек судың өткізгіштігін арттырады. Хлоридтер әсіресе маңызды, себебі олар тот баспайтын болаттың пассивті қабатын тұрақсыздандыруы және шұңқырлар мен саңылаулардың коррозия қаупін арттыруы мүмкін.
Хлоридтерді табиғи топырақ компоненттерінен, жер асты суларынан, жағалау ортасынан, өнеркәсіптік қызметтен және мұзды кетіретін тұздарды пайдаланудан алуға болады. Тұздың жергілікті жиналуы аймақтың жалпы сипаттамаларына қарағанда әлдеқайда агрессивті ортаны тудыруы мүмкін.

Жердегі микробиологиялық коррозия MIC

Топырақ - биологиялық белсенді орта. Микроорганизмдер биоүлбір түзіп, металл бетіндегі жергілікті химиялық және электрохимиялық жағдайларды өзгерте алады. Бұл процесс микробиологиялық әсер ететін коррозия (MIC) деп аталады.
Оттегі шектеулі ортада күкірт қосылыстарының метаболизміне қатысатын микроорганизмдер рөл атқаруы мүмкін. Дегенмен, МИК тек бір ғана бактериялар тобының әрекеттеріне ғана байланысты болмауы керек. Нақты ортада микроорганизмдердің күрделі қауымдастықтары коррозия процестеріне қатыса алады, ал олардың әсері химиялық және биологиялық жағдайларға байланысты.
Микробиологиялық коррозия жоғары деңгейде локализацияланған болуы мүмкін және материалдың терең жоғалуына әкелуі мүмкін, сондықтан ол құбырларға, резервуарларға және басқа да жер асты құрылыстарына айтарлықтай қауіп төндіреді.

Жер асты құрылыстарының адасқан токтары және электролиттік коррозиясы

Адасқан токтар – бұл мақсатты электр тізбегінен басқа жолдар арқылы ағатын электр токтары. Олар тұрақты ток тарту жүйелерінің, өнеркәсіптік қондырғылардың және басқа да құрылымдардың катодтық қорғаныс жүйелерінің жанында, басқа жерлерде де пайда болуы мүмкін.
Егер тұрақты ток металл жер асты құрылымына ағып, содан кейін басқа нүктеде жерге ағып кетсе, ток ағыны аймағы металлдың қарқынды анодтық еру орнына айналуы мүмкін. Алынған зақым өте локализацияланған болуы мүмкін.
Адасқан ток қауіптерін бағалау үшін электрлік және электрохимиялық өлшеулер қажет. Құрылымдық потенциалдарды және бір соққы аймағында орналасқан катодтық қорғаныс жүйелерінің өзара әрекеттесуін бақылау ерекше маңызды.

Жер асты құбырларының коррозиясы

Құбырлар ұзындыққа және әртүрлі топырақ жағдайларында өту мүмкіндігіне байланысты топырақ коррозиясына әсіресе сезімтал. Бір бөлігінде құрғақ, құмды топырақ, ал екіншісінде ылғалды сазды топырақ, тұзды аймақтар немесе оттегімен қамтамасыз етілуі шектеулі аймақтар болуы мүмкін.
Болат құбырларды негізгі қорғау әдетте металл беті мен электролит арасындағы жанасуды шектейтін дұрыс таңдалған оқшаулағыш жабынмен қамтамасыз етіледі. Көптеген маңызды жер асты құрылыстары үшін жабындар катодтық қорғаныспен бірге жұмыс істейді.
Қаптаманың зақымдануы әсіресе маңызды, себебі ол металл бетінің кішкене бөліктерін ашады. Қорғаныс жүйесі жабынның жағдайын, топырақтың қасиеттерін және басқа қондырғылардың ықтимал әсерін ескере отырып жобалануы және бақылануы керек.

Жердегі құрылымдарды катодтық қорғау

Катодтық қорғаныс қорғалатын құрылымның анодтық еруін шектеу үшін оның әлеуетін басқаруды қамтиды. Екі негізгі шешім қолданылады: гальваникалық анодтарды пайдаланатын қорғаныс және ICCP (әсерлі ток катодтық қорғанысы) деп аталатын сыртқы ток көзі бар жүйелер.

Катодтық қорғаныс барлық құрылымдар үшін бірыңғай, әмбебап әлеуетті орнатуды қамтымайды. Қорғаныс критерийлері материал, құрылым түрі, қоршаған орта және қолданылатын стандарт сияқты факторларға байланысты. Дұрыс жобаланбаған жүйе тиімсіз болуы немесе көршілес қондырғыларға жағымсыз әсер етуі мүмкін.

Жердегі қорғаныс жабындары

Қорғаныш жабыны металл мен ылғалды жер арасында тосқауыл жасайды. Жер асты құрылыстары үшін құрылым түріне және пайдалану жағдайларына байланысты эпоксидті шайыр, полиэтилен, полипропилен және басқа да жүйелер қолданылады.
Дегенмен, ешбір жабын қызмет ету мерзімі ішінде толығымен ақаусыз тосқауыл болып саналмауы керек. Зақымдану тасымалдау, орнату, қайта толтыру немесе құрылымды кейіннен пайдалану кезінде орын алуы мүмкін. Осы себепті көптеген қондырғыларда жабын мен катодтық қорғаныс бірыңғай коррозиядан қорғау жүйесінің құрамдас бөліктері болып табылады.

Жердегі тот баспайтын болат

Тот баспайтын болаттар көптеген топырақ жағдайларында тамаша төзімділік көрсете алады, бірақ олардың өнімділігі пассивті қабатты ұстап тұру қабілетіне байланысты. Хлорид деңгейі жоғары топырақтар, оттегінің қолжетімділігі шектеулі аймақтар, жарықтар, шөгінділер және MIC-ке қолайлы орталар ерекше қолайсыз болуы мүмкін.
Тот баспайтын болат элементті көму автоматты түрде толық коррозияға төзімділікті кепілдендірмейді. Агрессивті топырақ жағдайында жергілікті коррозия пайда болуы мүмкін, сондықтан сортты таңдау топырақ пен жер асты суларының құрамын, температурасын, жарықтардың пайда болу мүмкіндігін және биологиялық жағдайларды ескеруі керек.

Жердегі жұмыс үшін материалды таңдау

Кестеде материалдардың тек жалпы сипаттамалары келтірілген. Барлық топырақтарға жарамды әмбебап түрі жоқ. Дұрыс таңдау қоршаған орта параметрлері мен құрылыс жағдайларын білуді талап етеді.

Топырақтың коррозиялық қасиеттері қалай тексеріледі?

Топырақ қоршаған ортасын бағалау кедергіні, рН және ылғалдылықты өлшеуді, сондай-ақ хлоридті, сульфатты және басқа да еритін компоненттерді талдауды қамтуы мүмкін. Құрылым түріне байланысты электрохимиялық потенциалды өлшеу, адасқан токты сынау және микробиологиялық белсенділікке қолайлы жағдайларды бағалау да жүргізіледі.
Ұзын сызықты құрылымдар үшін бір топырақ үлгісі репрезентативті болмауы мүмкін. Шарттарды бірнеше нүктеде, әсіресе топырақ түрі, ылғалдылық, тұздылық, электр қондырғыларына жақындық және коррозияның басқа да ықтимал көздері өзгеріп жатқан жерлерде бағалау керек.

Топырақ коррозиясын қалай азайтуға болады?

• материал мен қорғаныс жүйесін таңдамас бұрын топырақтың қасиеттерін білу,
• дұрыс таңдалған қорғаныс жабындарын қолданыңыз,
• күрделі қондырғыларда дұрыс жасалған катодтық қорғанысты пайдаланыңыз,
• құрылымды жаппас бұрын жабынның сапасы мен тұтастығын тексеріңіз,
• құрылымның әлеуетін және катодтық қорғаныс жүйесінің жұмысын бақылау,
• адасқан токтардың және көршілес қондырғылардың болуын ескеріңіз,
• микробиологиялық белсенділікке қолайлы ортадағы MIC қаупін талдау,
• әртүрлі металдардың қолайсыз комбинацияларынан аулақ болыңыз,
• құрылымның бүкіл ұзындығы бойынша топырақ қасиеттерінің өзгерістерін ескеріңіз.

Жер асты коррозиясы және атмосфералық коррозия

Топырақ пен атмосфералық коррозия электрохимиялық процестер болып табылады, бірақ оттегінің, ылғалдың және иондардың тасымалдану шарттары әр ортада әртүрлі болады. Атмосферада беті әдетте ылғалдану және кептіру циклдарынан өтеді, ал жерде металл кеуекті сумен жанасып қалады, оның құрамы мен оттегінің қолжетімділігі жергілікті жерде айтарлықтай өзгеруі мүмкін.
Құрылымдардың жер-атмосфера шекарасын кесіп өтетін аймақтары ерекше қызығушылық тудырады. Ылғалдылықтың, оттегінің және ластанудың өзгеруі жергілікті коррозия жасушаларының пайда болуына әкелуі мүмкін, сондықтан бұл өтпелі аймақтар тиісті қорғауды қажет етеді.

Топырақ коррозиясы - ылғалдылықтың, кедергінің, рН-тың, тұздардың, оттегінің, микроорганизмдердің, адасқан токтардың және топырақтың гетерогенділігінің бір мезгілде әсер етуіне тәуелді күрделі процесс. Сондықтан жер асты ортасының агрессивтілігін бір параметрге сүйене отырып анықтау мүмкін емес.
Көміртекті болат конструкциялары жағдайында қорғаныс негізі дұрыс таңдалған жабындар және көптеген қолданыстарда катодтық қорғаныс болып табылады. Тот баспайтын болаттар көптеген жағдайларда жоғары кедергіге ие, бірақ олар хлоридтер, жарықтар, шөгінділер және қолайсыз биологиялық жағдайлар болған кезде жергілікті коррозияға да ұшырауы мүмкін.
Жер асты құрылыстарын тиісті түрде қорғау үшін бүкіл жүйені талдау қажет: материал – топырақ – жер асты сулары – жабын – катодтық қорғаныс – адасқан токтар – жұмыс жағдайлары.

Болат пен металдардың коррозиясының түрлері

Болат пен металдардың біркелкі коррозиясы
Тот баспайтын болаттардың шұңқырлы коррозиясы
Тот баспайтын болаттардың саңылау коррозиясы
Тот баспайтын болаттың аралық түйіршік коррозиясы
Стресстік коррозиялық крекинг SCC
Гальваникалық коррозия
Эрозиялық коррозия
Кавитация коррозиясы
Коррозиядан шаршау
Қабат коррозиясы
Микробиологиялық коррозия MIC
Жоғары температуралы коррозия

Коррозияның қоршаған ортаға байланысты жіктелуі

Теңіз коррозиясы – теңіз суындағы болат пен металдардың коррозиясы
Атмосфералық коррозия
Жердің коррозиясы
Тұщы және өнеркәсіптік судағы коррозия
Хлоридті ортадағы коррозия
Қышқыл ортадағы коррозия
Сілтілі ортадағы коррозия
Газдардағы және пайдаланылған газдардағы коррозия
Ағынды сулар мен кәріз жүйелеріндегі коррозия
Химиялық және мұнай-химиялық ортадағы коррозия

Ұқсас тақырыптар

CPT – тот баспайтын болаттар мен никель қорытпаларының коррозиясының маңызды температурасы
PREN – тот баспайтын болаттың коррозияға төзімділік индексі
CCT – тот баспайтын болаттар мен никель қорытпаларының критикалық саңылау коррозиясының температурасы