Коррозионный процесс

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

коррозия лакокрасочный протектор защита

1. Протекторная защита металла. Коррозия

2. Суть протекторной защиты металлов от коррозии

3. Антикоррозионная защита при помощи протекторов - особенности методики

4. Совместное применение лакокрасочных составов и протекторов

Список литературы

1. Протекторная защита металла. Коррозия

Протекторная защита металла -- способ антикоррозионной защиты, при котором защищаемой поверхности необходимо обеспечить контакт с более активным металлом.

В таблице представлены данные по электроотрицательности металлов или стандартные электродные потенциалы (СЭП) металлов. Чем более отрицательным является СЭП, тем выше активность металла.

По отношению к железу, более активными металлами являются кадмий, хром, цинк, магний и другие металлы.

Из механизма коррозии металла, следует, что более активный металл начинает испускать электроны и присоединять к образовавшимся ионам гидроксильной группы из раствора электролита, а другой, менее активный, будет принимать электроны, присоединяя их к своим ионам. В результате, более активный металл -- анод -- будет окисляться, а менее активный металл -- катод восстанавливаться. Таким образом, анод будет защищать от коррозии

В результате, анод будет окисляться, а катод восстанавливаться

Защита от коррозии -- это способы и средства, уменьшающие или предотвращающие коррозию. Защита от коррозии предполагает применение защитных покрытий, сплавов, устойчивых к воздействию коррозии, использование соответствующих конструктивных решений, снижение агрессивного воздействия среды на конструкцию.

Физика коррозионного процесса

Коррозия металла происходит, если дополнительно имеются, по крайней мере, еще две составляющие -- электролит, с которым граничит железо, и другой проводник, также граничащий с электролитом.

Электролитом являются: атмосферная влага, дождевая вода, атмосферные загрязнения, осадки и прочее.

Проводником, по отношению к железу, чаще всего, является поверхность земли, атмосфера, какой-либо другой внешний проводник, расположенный вблизи. Два проводника (которые в данном случае называются электродами) погруженные в электролит образуют так называемый гальванический элемент. Основное свойство гальванического элемента состоит в том, что если электроды выполнены из различных металлов, то такой элемент является источником напряжения. При этом, положительный электрод называется анодом, а отрицательный -- катодом.

Протекторная защита нашла широкое применение для защиты таких объектов как: подземные трубопроводы, резервуары, морские и речные суда и др. Все эти объекты находятся в постоянном контакте с электролитом, будь то грунтовые воды, химические растворы, морская или речная вода.

Для реализации протекторной защиты необходимо обеспечить соприкосновение самого протектора с чистой поверхностью защищаемого металла (см. рис.)

Если на эту конструкцию будет воздействовать внешняя среда, то электроны протектора будут переходить в защищаемый металл и на катоде начнется выделение водорода. Ионы протектора, соединяясь с кислородом (гидроксильными группами OH), вызывают окислительную реакцию, которая приводит к появлению гидроокиси того металла, из которого сделан протектор. Таким образом, обеспечивается катодная защита металла до тех пор, пока протектор полностью не разрушится вследствие коррозии. После полного разрушения начнет корродировать и сам металл.

Эксперимент

В стакане теплой воды растворите ложку поваренной соли и опустите две пластины -- одну медную другую стальную. Простейший источник напряжения готов. С помощью вольтметра можно легко убедиться в том, что гальванический элемент создает небольшое менее 0,5 В напряжение. Если вы продолжите эксперимент несколько дней, то заметите как на поверхности стали начнет появляться ржавчина. Этот простой эксперимент наглядно демонстрирует механизм коррозии металла.

Объяснение этого механизма состоит в следующем. Из курса физики известно, что проводники характеризуются способностью отдавать электроны во внешнюю среду. Наглядно можно представить, что каждый проводник окружен облаком из электронов, которые под действием тепловой энергия вылетают из него, а затем, если им ничто не мешает, под действием электрических сил возвращаются в проводник. Если металл поместить в электролит, то положительные ионы металла (т.е. те атомы металла, электроны которых находятся во внешней среде) начнут переходить в электролит. В результате этого металл приобретает некоторый потенциал, который может быть измерен. На практике потенциал металла определяют по отношению к специальному стандартному электроду, потенциал которого принимается равным нулю.

Полученная разность потенциалов между стандартным электродом и металлом получила название стандартного электродного потенциала (СЭП).

Наибольший интерес представляет процесс коррозии железа в электролите при наличии менее активного металла. В этом случае железо как более активный металл является анодом, а менее активный -- катодом. В гальванической паре всегда корродирует более активный металл -- анод.

Коррозия анода сопровождается двумя видами реакций -- окислительной на аноде и восстановительной на катоде.

Наличие в воде дополнительной соли приводит к повышению проводимости электролита и, как следствие, к увеличению скорости окисления анода. При этом дополнительно образуются хлорное железо и раствор соляной кислоты.

Важной характеристикой коррозии является скорость коррозии, которая определяется как глубина проникновения коррозии в металл в единицу времени. Для железа наиболее характерным является значение скорости коррозии в пределах 0,05--0,02 нм/год. Из приведенных значений скорости коррозии следует, что при нарушении лакокрасочного покрытия, толщина металла может уменьшиться на 0,25--1 мм.

Описанный механизм коррозии указывает также на основные пути защиты от коррозии. Кардинальный путь состоит в устранении катода или электролита, однако, этот способ и наименее пригоден, поскольку любая металлоконструкция трудно изолируема от окружающей среды и, в частности, от поверхности земли. Остаются два пути -- изолировать металл от электролита с помощью покрытия или саму конструкцию из анода в катод.

Среди лакокрасочных материалов выделят класс протекторных грунтовок (цинконаполненных или цинкосодержащих). Применение данного вида материалов получило название «холодное цинкование».

2. Суть протекторной защиты металлов от коррозии

Данная антикоррозионная защита подразумевает присоединение к предохраняемой металлической поверхности специального протектора - металла с более электроотрицательными характеристиками. При растворении под действием воздуха такой протектор начинает выполнять свою функцию, которая состоит в предохранении основного изделия от разрушения.

По сути, протекторная защита трубопроводов и иных магистралей от коррозии является одним из видов катодной электрохимической методики.

Защита от коррозии. Методы защиты.

Описываемый способ антикоррозионной обработки оптимален для ситуаций, когда у предприятия нет возможности возвести специальные электрические линии для организации эффективной катодной защиты от электрохимической коррозии либо их строительство признается экономически нецелесообразным. Протектор полностью выполняет свои задачи при условии, что величина переходного сопротивления между средой, окружающей обрабатываемый объект, и этим самым объектом невелика. Протекторная защита изделий из металла от коррозии является результативной лишь на каком-либо конкретном расстоянии. Для того, чтобы установить данное расстояние, вводится понятие радиуса антикоррозионного действия используемого протектора. Он указывает на наибольшее удаление металла-защитника от предохраняемой конструкции.

Протекторная защита (радиус действия 50м).

Применяется в тех случаях когда защищается конструкция, находящаяся в среде электролита. Например, подземный трубопровод, дно морского судна и т.д. Сущность такой защиты состоит в том, что защищаемая конструкция соединяется с более активным металлом (протектором). При коррозии протектор является анодом и окисляется, а в конструкции движутся освободившиеся электроны, что защищает её от окисления.

Сущность коррозии металлов такова, что менее активный из них при взаимодействии станет присоединять к своим ионам электроны более активного, которые будут производиться активным компонентом системы. В результате происходит сразу два одновременных процесса;

восстановление менее активного металла (он является катодом);

окисление менее активного металла-анода, благодаря чему и происходит антикоррозионная защита газопровода, иной магистральной сети, какой-либо металлоконструкции.

Через определенное время действие протектора заканчивается (из-за утраты контакта с предохраняемым металлом либо при полном растворении "защитника"), после чего потребуется выполнить его замену.

3. Антикоррозионная защита при помощи протекторов - особенности методики

Применение протекторной защиты от коррозии трубопроводов и конструкций из металла в кислых средах не имеет смысла, что обусловлено повышенным темпом саморастворения протектора. Она рекомендуется для использования в нейтральных средах, будь то обычный грунт, речная или морская вода.

По отношению к железу более активными являются следующие металлы - магний, хром, кадмий, цинк и некоторые другие. Теоретически именно их следует применять для защиты газопровода либо другой конструкции. Но здесь имеется ряд нюансов, которые обуславливают технологическую нецелесообразность использования чистых металлов в качестве "защитников".

Магний в чистом виде, например, характеризуется повышенной скоростью собственного ржавления, на алюминии очень быстро появляется оксидная толстая пленка, а цинк без каких-либо примесей ввиду своей дендритной крупнозернистой структуры имеет свойство растворяться крайне неравномерно. Чтобы нивелировать все эти негативные явления, в чистые металлы, предназначенные для защиты трубопроводов и металлоконструкций от коррозии, добавляют легирующие компоненты. Другими словами, антикоррозионная защита, например, газопровода, подземного резервуара в большинстве случаев выполняется при помощи различных сплавов.

Часто используются сплавы на основе магния. В них вводят алюминий (от 5 до 7 процентов) и цинк (от 2 до 5 процентов), а также незначительные количества (буквально сотые либо десятые доли) никеля, свинца, меди. Защита от коррозии магниевыми сплавами применяется тогда, когда конструкция из металла (элементы трубопроводов, газопровода и так далее) функционирует в средах с показателем рН не более 10,5 (обычный грунт, водоемы с пресной или слабосоленой водой).

Такое ограничение связано с тем, что магний сначала очень быстро растворяется, а затем на его поверхности формируются соединения, характеризуемые затрудненным растворением. Стоит сказать отдельно об опасности использования магниевых композиций для защиты от коррозии - они могут стать причиной растрескивания изделий из металла, а также их охрупчивания (водородного).

Для металлоконструкций, установленных в соленой воде, газопровода, проложенного по морскому дну, рекомендуется использование протекторов на базе цинка, которые содержат:

кадмий (от 0,025 до 0,15 %);

алюминий (не более 0,5 %);

медь, свинец, железо (от 0,001 до 0,005 % в сумме).

Протекторная защита трубопроводов в морской воде цинковыми составами будет гарантированно эффективной и длительной. Если же такие протекторы применять в грунте или пресных водоемах, они практически мгновенно покрываются гидроксидами и оксидами, что сводит на нет все антикоррозионные мероприятия.

А вот в соленой проточной воде, на прибрежном морском шельфе обычно эксплуатируются алюминиевые защитники от коррозии. В них содержится таллий, кадмий, кремний, индий (суммарно до 0,02 %), магний (не более 5 %) и цинк (не более 8 %). Данный состав не дает возможности появляться на алюминии окислам. Протекторная защита из алюминиевых составов используется в тех же условиях, что и из магниевых.

Цинковые протекторы обычно применяются для антикоррозионной защиты тех металлоконструкций, для которых должна быть обеспечена максимальная пожарная и взрывобезопасность (в частности, разнообразных трубопроводов для транспортировки потенциально горючих материалов, например, газопровода). Также цинковые защитные композиции не создают при анодном растворении загрязняющих соединений. За счет этого им практически нет замены, когда речь идет о защите от коррозии трубопроводов, по которым перемещают нефть, а также нефтеналивных и грузовых судов и танкеров.

4. Совместное применение лакокрасочных составов и протекторов

Нередко защита нефте- либо газопровода, той или иной конструкции из металла от коррозионных проявлений выполняется комбинацией протекторной и лакокрасочной защиты. Последняя по своей сути причисляется к пассивному методу предохранения от коррозии. По-настоящему высоких результатов она не обеспечивает, но зато позволяет в сочетании с протектором:

нивелировать возможные изъяны покрытия трубопроводов и металлических конструкций, которые возникают по естественным причинам (отслаивание металла, его вспучивание, набухание, появление трещин и так далее), а также при их использовании (нет такого газопровода или танкера, покрытие которого в процессе эксплуатации не претерпевает определенных изменений);

снизить (иногда весьма существенно) расход достаточно дорогостоящих протекторных материалов, повысив при этом их эксплуатационный срок;

обеспечить распределение по металлической поверхности трубопроводов защитного тока максимально однородно (равномерно).

Лакокрасочные слои во многих случаях довольно-таки сложно нанести на некоторые участки уже функционирующего резервуара, газопровода или водного судна. Тогда лучше, конечно же, не усложнять процесс и применять исключительно протекторы.

Список литературы

1. http://www.corrosio.ru/posts/protektornaya-zaschita-metalla

2. Дизенко Е.И., Новоселов В.Ф., Тугунов П.И., Юфин В.А. Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров. М., изд. «НЕДРА».

3. Ментюков И.В. Электрохимическая защита магистральных трубопроводов от коррозии. М., ГАНГ,

4. Васильев Г.Г., Орехов В.В., Ментюков И.В. Противокоррозионная защита трубопроводов. Учебное пособие. М., РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

5. Котик В.Г. Катодная защита магистральных трубопроводов. М., изд. «НЕДРА»

6. Васильев Г.Г., Орехов В.В., Лежнев М.А. Сооружение и ремонт магистральных трубопроводов. Учебное пособие для проведения практических занятий. М., РГУ нефти и газа им И.М. Губкина

7. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.

8. Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии. М.,

Размещено на Allbest.ru