Korozioni i tokës - korrozioni i metaleve dhe çelikut në tokë

Korozioni i tokës është procesi i shkatërrimit të metaleve dhe lidhjeve në kontakt të drejtpërdrejtë me tokën. Ai ndikon, ndër të tjera, në tubacionet nëntokësore, rezervuarët, shtyllat e themeleve, strukturat e çelikut, instalimet e ujit dhe gazit, sistemet e tokëzimit dhe elementë të tjerë të infrastrukturës nëntokësore. Toka është një mjedis veçanërisht kompleks sepse vetitë e saj kimike, fizike dhe biologjike mund të ndryshojnë edhe në distanca të shkurtra.
Koroziviteti i tokës përcaktohet nga faktorë të tillë si lagështia, rezistenca, përmbajtja e kripës së tretur, pH, qasja në oksigjen, përshkueshmëria, përbërja minerale, prania e mikroorganizmave dhe rrymat endacake. Heterogjeniteti i tokës është gjithashtu i rëndësishëm. I njëjti element mund të kalojë nëpër shtresa me veti të ndryshme, gjë që favorizon formimin e qelizave të lokalizuara të korrozionit.

Pse metalet korrodohen në tokë?

Dheu i lagësht mund të veprojë si një elektrolit, duke mundësuar reaksione elektrokimike. Rajonet anodike dhe katodike mund të formohen në sipërfaqen e metalit të varrosur. Në rajonet anodike, ndodh oksidimi i metalit dhe humbja graduale e metalit, ndërsa reaksionet katodike ndodhin diku tjetër në sipërfaqe.
Shpërndarja e zonave anodike dhe katodike varet nga kushtet lokale. Dallimet në lagështi, oksigjenim, kripësi, pH dhe përbërje të tokës mund të bëjnë që seksionet individuale të së njëjtës strukturë të sillen elektrokimikisht ndryshe. Si rezultat, korrozioni i tokës mund të jetë ose relativisht uniform ose shumë i lokalizuar.

Faktorët më të rëndësishëm që ndikojnë në korrozionin e tokës

Rezistenca e tokës dhe rreziku i korrozionit

Rezistenca e tokës është një nga parametrat më të përdorur në vlerësimet mjedisore nëntokësore. Ajo përcakton aftësinë e tokës për t'i rezistuar rrjedhës së rrymës elektrike. Tokat që përmbajnë nivele të larta lagështie dhe kripërash të tretura zakonisht kanë rezistencë më të ulët sesa tokat e thata dhe ranore.
Rezistenca e ulët mund të nxisë rrjedhën e rrymave të korrozionit dhe për këtë arsye është një shenjë e rritjes së rrezikut potencial. Megjithatë, korrozioni i tokës nuk duhet të vlerësohet vetëm bazuar në një vlerë të vetme të rezistencës. Lagështia, pH, përbërja jonike, oksigjenimi, mikroorganizmat dhe prania e rrymave endacake duhet të merren gjithashtu në konsideratë.

Lagështia e tokës

Uji që përmbahet në poret e tokës lehtëson transportin e joneve dhe formimin e elektrolitit në sipërfaqen e metalit. Prandaj, përmbajtja e lagështisë është thelbësore për rrjedhën e korrozionit elektrokimik.
Megjithatë, marrëdhënia midis lagështisë dhe shkallës së korrozionit nuk është lineare. Në tokë shumë të thatë, përçueshmëria jonike është e ulët. Ndërsa lagështia rritet, përçueshmëria zakonisht rritet. Megjithatë, në nivele shumë të larta të ngopjes së ujit, qasja e oksigjenit në sipërfaqe mund të zvogëlohet. Prandaj, rrjedha përfundimtare e korrozionit varet nga ekuilibri midis përçueshmërisë së elektroliteve dhe transportit të reagentëve.

Qelizat diferenciale të ajrosjes

Një nga fenomenet karakteristike që ndodh në tokë është formimi i qelizave që vijnë si rezultat i aksesit të ndryshëm të oksigjenit në pjesë specifike të sipërfaqes metalike. Një seksion i vendosur në tokë të ajrosur mirë dhe të përshkueshme nga uji mund të ketë kushte elektrokimike të ndryshme nga një seksion i vendosur në tokë kompakte, të lagësht ose të mbuluar me sedimente.
Dallime të tilla mund të çojnë në ndarjen e rajoneve të anodës dhe katodës në distanca relativisht të mëdha. Si rezultat, humbja intensive e materialit mund të përqendrohet në një pjesë specifike të strukturës, edhe pse i gjithë përbërësi është bërë nga i njëjti material.

Ndikimi i pH-it të tokës

pH i tokës ndikon në reaksionet elektrokimike dhe stabilitetin e produkteve të korrozionit. Në rastin e çelikeve të karbonit, një mjedis shumë acid mund të rrisë shkallën e korrozionit. Sjellja e çelikeve inox varet gjithashtu nga stabiliteti i shtresës së tyre pasive dhe prania e joneve agresive, kryesisht klorureve.
Megjithatë, vetëm pH nuk është i mjaftueshëm për të përcaktuar agresivitetin e tokës. Dy toka me pH të ngjashëm mund të ndryshojnë në rezistencë, përmbajtje kloruri dhe sulfati, përmbajtje lagështie dhe oksigjenim, dhe si pasojë të shkaktojnë shkallë dhe lloje krejtësisht të ndryshme të korrozionit.

Kloruret dhe kripërat e tretura në tokë

Kripërat e tretura rrisin përçueshmërinë e ujit të poreve në tokë. Kloruret janë veçanërisht të rëndësishme, pasi ato gjithashtu mund të destabilizojnë shtresën pasive të çelikut inox dhe të rrisin rrezikun e gropëzave dhe korrozionit në çarje.
Kloruret mund të burojnë nga përbërësit natyrorë të tokës, ujërat nëntokësore, mjedisi bregdetar, aktiviteti industrial dhe përdorimi i kripërave për shkrirjen e akullit. Grumbullimi lokal i kripës mund të krijojë një mjedis shumë më agresiv sesa do të sugjeronin karakteristikat e përgjithshme të zonës.

Korozioni mikrobiologjik MIC në tokë

Toka është një mjedis biologjikisht aktiv. Mikroorganizmat mund të formojnë një biofilm dhe të ndryshojnë kushtet kimike dhe elektrokimike lokale në sipërfaqen e metalit. Ky proces njihet si Korrozion i Ndikuar Mikrobiologjikisht (MIC).
Në mjedise me oksigjen të kufizuar, mikroorganizmat e përfshirë në metabolizmin e përbërjeve të squfurit mund të luajnë një rol. Megjithatë, MIC nuk duhet të reduktohet vetëm në veprimet e një grupi të vetëm bakteresh. Në mjedise reale, komunitete komplekse të mikroorganizmave mund të marrin pjesë në proceset e korrozionit, dhe ndikimi i tyre varet nga kushtet kimike dhe biologjike.
Korozioni mikrobiologjik mund të jetë shumë i lokalizuar dhe të çojë në humbje të thella materiale, prandaj përbën një kërcënim të rëndësishëm për tubacionet, rezervuarët dhe strukturat e tjera nëntokësore.

Rrymat endacake dhe korrozioni elektrolitik i strukturave nëntokësore

Rrymat endacake janë rryma elektrike që rrjedhin nëpër shtigje të ndryshme nga qarku elektrik i synuar. Ato mund të ndodhin pranë sistemeve të tërheqjes DC, instalimeve industriale dhe sistemeve të mbrojtjes katodike të strukturave të tjera, ndër të tjera.
Nëse rryma e vazhdueshme rrjedh në një strukturë nëntokësore metalike dhe më pas rrjedh jashtë në tokë në një pikë tjetër, zona e rrjedhjes së rrymës mund të bëhet një vend i shpërbërjes intensive të metalit anodik. Dëmi që rezulton mund të jetë shumë i lokalizuar.
Vlerësimi i rreziqeve nga rrymat e humbura kërkon matje elektrike dhe elektrokimike. Monitorimi i potencialeve të strukturës dhe bashkëveprimi i sistemeve të mbrojtjes katodike të vendosura brenda të njëjtës zonë ndikimi janë veçanërisht të rëndësishme.

Korozioni i tubacioneve nëntokësore

Tubacionet janë veçanërisht të ndjeshme ndaj korrozionit të tokës për shkak të gjatësisë së tyre të madhe dhe potencialit për të kaluar nëpër kushte shumë të ndryshme të tokës. Një seksion mund të ketë toka të thata dhe ranore, ndërsa një tjetër mund të ketë toka argjilore të lagështa, zona të kripura ose zona me furnizim të kufizuar me oksigjen.
Mbrojtja parësore për tubacionet e çelikut zakonisht ofrohet nga një shtresë izoluese e zgjedhur siç duhet që kufizon kontaktin midis sipërfaqes metalike dhe elektrolitit. Për shumë struktura kritike nëntokësore, veshjet funksionojnë së bashku me mbrojtjen katodike.
Dëmtimi nga veshja është veçanërisht i rëndësishëm sepse ekspozon pjesë të vogla të sipërfaqes metalike. Sistemi mbrojtës duhet të projektohet dhe monitorohet për të marrë parasysh gjendjen e veshjes, vetitë e tokës dhe ndikimin e mundshëm të instalimeve të tjera.

Mbrojtja katodike e strukturave në tokë

Mbrojtja katodike përfshin kontrollin e potencialit të strukturës së mbrojtur për të kufizuar shpërbërjen e saj anodike. Përdoren dy zgjidhje themelore: mbrojtja duke përdorur anoda galvanike dhe sisteme me një burim të jashtëm rryme, të referuara si ICCP (Mbrojtje Katodike nga Rryma e Impresionuar).

Mbrojtja katodike nuk përfshin vendosjen e një potenciali të vetëm universal për të gjitha strukturat. Kriteret e mbrojtjes varen nga faktorë të tillë si materiali, lloji i strukturës, mjedisi dhe standardi i zbatueshëm. Një sistem i projektuar në mënyrë të papërshtatshme mund të jetë joefektiv ose të çojë në ndikime të padëshirueshme në instalimet ngjitur.

Veshje mbrojtëse në tokë

Shtresa mbrojtëse krijon një barrierë midis metalit dhe tokës së lagësht. Për strukturat nëntokësore përdoren epoksi, polietileni, polipropileni dhe sisteme të tjera, varësisht nga lloji i strukturës dhe kushtet e funksionimit.
Megjithatë, asnjë shtresë nuk duhet të konsiderohet si një barrierë plotësisht pa defekte gjatë gjithë jetëgjatësisë së saj të shërbimit. Dëmtimi mund të ndodhë gjatë transportit, instalimit, mbushjes ose funksionimit të mëvonshëm të strukturës. Për këtë arsye, në shumë instalime, shtresa dhe mbrojtja katodike janë përbërës të një sistemi të vetëm mbrojtjeje nga korrozioni.

Çelik inox në tokë

Çeliqet inox mund të shfaqin rezistencë të shkëlqyer në shumë kushte të tokës, por performanca e tyre varet nga aftësia për të ruajtur një shtresë pasive. Tokat që përmbajnë nivele të larta kloruri, zonat me akses të kufizuar në oksigjen, çarjet, sedimentet dhe mjediset e favorshme për MIC mund të jenë veçanërisht të pafavorshme.
Gropimi i një elementi çeliku inox nuk garanton automatikisht rezistencë të plotë ndaj korrozionit. Korrozioni i lokalizuar mund të ndodhë në kushte agresive të tokës, dhe zgjedhja e gradës duhet të marrë parasysh përbërjen e tokës dhe ujërave nëntokësore, temperaturën, potencialin për formimin e çarjeve dhe kushtet biologjike.

Përzgjedhja e materialit për punë në tokë

Tabela paraqet vetëm karakteristikat e përgjithshme të materialeve. Nuk ka një lloj universal të përshtatshëm për të gjitha tokat. Përzgjedhja e duhur kërkon njohuri të parametrave mjedisorë dhe kushteve të ndërtimit.

Si testohet korrozioni i tokës?

Vlerësimi mjedisor i tokës mund të përfshijë matje të rezistencës, pH-it dhe lagështisë, si dhe analizën e klorurit, sulfatit dhe përbërësve të tjerë të tretshëm. Në varësi të llojit të strukturës, kryhen edhe matjet e potencialit elektrokimik, testimi i rrymës së humbur dhe vlerësimi i kushteve të favorshme për aktivitetin mikrobiologjik.
Për strukturat e gjata lineare, një mostër e vetme dheu mund të mos jetë përfaqësuese. Kushtet duhet të vlerësohen në pika të shumëfishta, veçanërisht aty ku lloji i tokës, lagështia, kripësia, afërsia me instalimet elektrike dhe burime të tjera të mundshme të korrozionit po ndryshojnë.

Si të zvogëlohet korrozioni i tokës?

• të njohë vetitë e tokës përpara se të zgjedhë materialin dhe sistemin mbrojtës,
• përdorni veshje mbrojtëse të zgjedhura siç duhet,
• në instalime të vështira, përdorni mbrojtje katodike të projektuar siç duhet,
• kontrolloni cilësinë dhe vazhdimësinë e veshjes përpara se të mbuloni strukturën,
• monitoroni potencialet e strukturës dhe funksionimin e sistemit të mbrojtjes katodike,
• të marrë parasysh praninë e rrymave endacake dhe instalimeve ngjitur,
• analizoni rrezikun e MIC në mjedise të favorshme për aktivitetin mikrobiologjik,
• shmangni kombinimet e pafavorshme të metaleve të ndryshme,
• merrni parasysh ndryshimet në vetitë e tokës përgjatë gjithë gjatësisë së strukturës.

Korozioni i tokës dhe korrozioni atmosferik

Korozioni i tokës dhe atmosferës janë procese elektrokimike, por kushtet për transportin e oksigjenit, lagështisë dhe joneve ndryshojnë në secilin mjedis. Në atmosferë, sipërfaqja zakonisht i nënshtrohet cikleve të lagies dhe tharjes, ndërsa në tokë, metali mbetet në kontakt me ujin e poreve, përbërja e të cilit dhe disponueshmëria e oksigjenit mund të ndryshojnë ndjeshëm në nivel lokal.
Me interes të veçantë janë zonat ku strukturat kalojnë kufirin tokë-atmosferë. Ndryshimi i kushteve të lagështisë, oksigjenimit dhe ndotjes mund të çojë në formimin e qelizave lokale të korrozionit, kështu që këto zona tranzicioni kërkojnë mbrojtje të përshtatshme.

Korozioni i tokës është një proces kompleks që varet nga efektet e njëkohshme të lagështisë, rezistencës, pH-it, kripërave, oksigjenit, mikroorganizmave, rrymave endacake dhe heterogjenitetit të tokës. Prandaj, është e pamundur të përcaktohet agresiviteti i mjedisit nëntokësor bazuar në një parametër të vetëm.
Në rastin e strukturave prej çeliku karboni, baza për mbrojtje janë veshjet e zgjedhura siç duhet dhe, në shumë aplikime, mbrojtja katodike. Çeliqet inox ofrojnë rezistencë më të lartë në shumë kushte, por ato gjithashtu mund t'i nënshtrohen korrozionit të lokalizuar në prani të klorureve, çarjeve, depozitave dhe kushteve biologjike të pafavorshme.
Mbrojtja e duhur e strukturave nëntokësore kërkon analizën e të gjithë sistemit: material – tokë – ujëra nëntokësore – veshje – mbrojtje katodike – rryma devijuese – kushte operimi.

Llojet e korrozionit të çelikut dhe metaleve

Korozioni uniform i çelikut dhe metaleve
Korozioni i gropëzuar i çelikëve inox
Korozioni i çarjeve të çelikut inox
Korozioni ndërgranular i çelikut inox
Plasaritje SCC nga korrozioni ndaj stresit
Korozioni galvanik
Korozioni eroziv
Korozioni i kavitacionit
Lodhja nga korrozioni
Korrozioni i fërkimit
Korozioni mikrobiologjik MIC
Korozioni në temperaturë të lartë

Ndarja e korrozionit sipas mjedisit

Korozioni detar - korrozioni i çelikut dhe metaleve në ujin e detit
Korozioni atmosferik
Korozioni i tokës
Korozioni në ujëra të ëmbla dhe industriale
Korozioni në mjedise kloruri
Korrozioni në mjedise acidike
Korrozioni në mjedise alkaline
Korozioni në gazra dhe gazra shkarkimi
Korozioni në kanalizime dhe sisteme kanalizimesh
Korrozioni në mjedise kimike dhe petrokimike

Tema të ngjashme

CPT – temperatura kritike e korrozionit të gropëzuar të çelikëve inox dhe lidhjeve të nikelit
PREN – indeksi i rezistencës ndaj korrozionit ndaj gropëzimit për çelik inox
CCT – Temperatura kritike e korrozionit të çarjeve të çelikëve inox dhe lidhjeve të nikelit