Визуальная оценка трассы или площадки в отношении коррозионности почв производится по внешним признакам, наблюдаемым при натурном осмотре местности. Само собой разумеется, что ценность этого метода значительно повышается при использовании всех имеющихся справочных материалов по району. Хотя непосредственные наблюдения и не обеспечивают получения количественных показателей коррозионной активности почв, тем не менее по ним можно составить общее представление о характере объекта в коррозионном отношении и получить некоторые отправные данные для общих выводов и прогноза. Поэтому этот метод должен применяться во всех случаях на стадии выбора направления трассы или уточнения границ площадки.
При осмотре объектов следует обращать внимание на геоморфологическое положение площадок и отдельных отрезков трассы, характер почвенного покрова, растительности и их выдержанность по данному направлению, наличие насыпных грунтов, свалок нечистот, отвалов шлаков, строительного мусора и т. п. Химизм почв, глубина залегания, режим и характер минерализации грунтовых вод могут быть установлены по справкам местных организаций или литературным источникам. Важным моментом при визуальной оценке трассы является выяснение характера и степени выраженности некоторых физико-геологических явлений (заболачивания, засоления почв, образования и роста оврагов и т. п.). При интерпретации материалов, полученных в результате наблюдений, следует всесторонне учитывать совокупность местных природных условий.
Оценивая тот или иной отрезок трассы или площадку, следует считать, что заведомо коррозионно опасными являются участки:
а) с мелкой контурностью почвенных типов, в особенности при наличии пятен солончаков, солонцов, солодей, болот, торфяников и т. п.; б) загрязненные отходами или сточными водами промышленных предприятий; в) с развитым культурным слоем и насыпными грунтами, содержащими примеси органических веществ; г) занятые отвалами доменных шлаков, золы, извести, строительного мусора; д) расположенные в зоне распространения блуждающих токов, плотность которых превышает 0,75 ма/дцм2 для стальных сооружений и 0,023 ма/см2 для освинцованного кабеля.
Следует иметь в виду, что типы почв, глубина залегания грунтовых вод, степень и характер их минерализации закономерно изменяются по климатическим зонам. Так, например, почвы северных климатических зон (тундра и лесная зона) содержат очень мало минеральных солей, но очень богаты органическими веществами, реакция почв кислая или слабо кислая. По направлению к югу уровень грунтовых вод постепенно понижается, почвы обогащаются растворимыми минеральными солями, а содержание в них органических веществ уменьшается. В соответствии с этим минерализация грунтовых вод увеличивается, жесткость их возрастает при одновременном уменьшении содержания органических веществ.
Заключение о действительной коррозионности почвы
Метод обследования существующего сооружения является наиболее точным и достоверным, так как позволяет по состоянию сооружения сделать заключение о действительной коррозионности почвы. Несмотря на то, что этот метод не удовлетворяет некоторым основным требованиям, о которых говорилось выше, он является чрезвычайно ценным, так как дает наиболее точные результаты и позволяет судить о коррозионности почв по фактическому состоянию сооружения в сопоставлении со сроком службы и примененной защитой. Метод обследования может применяться:
а) при выяснении фактического состояния сооружения и возможности его дальнейшей безаварийной эксплуатации, а также при определении объема и характера необходимого ремонта; б) при определении правильности выбора тех мер защиты, которые были применены при проектировании сооружения; в) при выборе наиболее рациональных методов защиты вновь проектируемого сооружения па основании оценки состояния заложенного в почву сооружения.
Применение метода обследования для целей проектирования — ограниченно, так как не всегда проектируемое сооружение строится в районах, где уже имеется аналогичное сооружение. В тех случаях, когда применение этого метода возможно, осмотр сооружения для выяснения коррозионности почв производится через определенные постоянные интервалы. В назначенных точках осмотра закладываются шурфы для вскрытия сооружения и изучения состояния его поверхности. В практике эти интервалы в зависимости от детальности работ принимаются от 0,5 ÷ 1,0 до 5 км. При детальном обследовании трубопроводов небольшой протяженности интервалы принимаются от 0,1 до 0,3 км.
Для получения достоверных и сопоставимых статистических данных осмотр в каждой точке производится на вполне определенной площади трубопровода (например, 1 м2) или длине кабеля (например, 1 пог. м). На вскрытой части сооружения подсчитывается число коррозионных поражений на единицу поверхности и замеряется самое глубокое пятно, язва или другое поражение.
Оценка коррозионности почвы по отношению к стали
Для ориентировочной оценки коррозионности почвы по отношению к стали пользуются следующей шкалой:
Глубина каверны 5-летнего возраста в мм | Коррозионность почвы |
Более 6 | Высокая |
4 ÷ 6 | Повышенная |
2 ÷ 4 | Нормальная |
Менее 2 | Низкая |
Наряду с измерением самой глубокой каверны в качестве показателя может применяться средняя глубина некоторого числа каверн (например, 5—10 на единицу поверхности и другие показатели. Для измерения глубины отдельных пятен, язвочек и т. п. применяется прибор. Этот прибор прост по устройству и позволяет определять на эксплуатируемых конструкциях местные коррозионные поражения глубиной от 0,02 до 10 мм с точностью до 0,01 мм. Применяются и другие более простые по устройству глубиномеры. Оценивая метод в целом, следует сказать, что обследование состояния сооружения в натуре требует больших затрат средств и времени, а поэтому должно производиться по заранее составленному плану и программе, предусматривающим тщательное изучение самого сооружения и внешних условий, в которых оно работает, а также правильный выбор показателей коррозии, обеспечивающих достоверность полученных данных.
Метод естественного поля при исследовании трассы
Горные породы вместе с перекрывающими их почвами обладают определенной электрохимической активностью. Последняя проявляется в том, что, находясь в условиях естественного залегания, горные породы самостоятельно создают в окружающем пространстве естественные электрические поля. Естественные электрические поля возникают в земле за счет превращения энергии химических и физико-химических процессов, происходящих в толще горных пород, в энергию электрическую. Непосредственными причинами, возбуждающими электрические поля, являются такие процессы, как окисление сульфидных руд, диффузия и адсорбция солей в водной среде, насыщающей горные породы, фильтрация подземных и поверхностных вод и т. п. Кроме того, в земле при соответствующих условиях образуются поля за счет токов, возникающих в процессе электрохимической коррозии подземных металлических сооружений и при прохождении блуждающих токов.
Метод естественного поля может применяться как при исследовании трассы вновь проектируемого сооружения, так и при изучении состояния подземного сооружения для выявления участков, подвергающихся сильной коррозии. При изучении свойств естественного поля для коррозионной оценки участка определяется или потенциал почвы У, или градиент потенциала W по направлению трассы. Распределение потенциала электрического поля по трассе будущего подземного сооружения указывает, по какому направлению будет идти выравнивание потенциала этого поля после заложения сооружения в почву.
Отсюда можно предопределить будущие анодные и катодные зоны: участки с повышенными значениями потенциала после заложения сооружения станут катодными, а участки с минимальными потенциалами - анодными. В случае наличия уже заложенного в почву сооружения максимальные значения потенциалов будут фиксироваться над сильно корродирующими, т. е. анодными участками, а пониженные потенциалы будут соответствовать катодным зонам. Потенциал почвы V и градиент потенциала ΔV измеряются при помощи двухэлектродной установки, состоящей из двух не- поляризующихся (медносульфатных) электродов М и N и потенциометра. Потенциал почвы V определяется как разность потенциалов между неподвижным электродом N, потенциал которого принят за нуль, и всеми остальными заземлениями второго, подвижного, электрода M.
Схема и последовательность перемещения измерительной установки вдоль трассы при замерах V ясны из рис. 15. Расстояние между точками заземления подвижного электрода, и зависимости от требуемой детальности исследования в среднем колеблется от 25 до 50 м.
Рис.15. Схема измерения потенциала почвы:М — подвижный электрод; N — неподвижный электрод; М1 М2 М3 — последовательные заземления подвижного электрода;П — потенциометр.
Предельное удаление подвижного электрода от неподвижного при работе с одной станции обычно принимается равным 500 м. Градиент потенциала почвы над заложенным в почву сооружением измеряется или перпендикулярно к оси линейного сооружения через определенные промежутки, или вдоль его оси.
Схема измерения градиентов потенциалов поперечным методом
При поперечном измерении градиента потенциала электрод М заземляется над сооружением в лунку глубиной 10— 15 см, а электрод N устанавливается на расстоянии 10—15 м по перпендикуляру к оси трассы.
Рис.16. Схема измерения градиентов потенциалов поперечным методом: 1 — потенциометр; 2 — трубопровод; 3 — положение электрода N при контрольном замере.
После этого посредством потенциометра обычным методом получают скомпенсированную разность потенциалов. Для выявления анодных и катодных зон, кроме разности потенциалов ΔV, необходимо знать и полярность (знак) электрода М, находящегося над сооружением. Поэтому при замерах необходимо фиксировать знак переключателя полярности. Если потенциал электрода М положительнее электрода N, то при скомпенсированной э. д. с. стрелка переключателя указывает на плюс, при обратном соотношении знаков электродных потенциалов стрелка переключателя указывает на минус.
Расстояние между очередными пунктами замера обычно принимается в 25 м. При необходимости детализации границ анодных зон шаг измерения может быть уменьшен до 5 м. ч При выполнении хода по трассе рекомендуется производить контрольные замеры градиента потенциала. Количество контрольных замеров должно быть не менее 5% от общего числа замеров. При очень высоких градиентах потенциала, частом изменении полярности сооружения и усложнении условий работы сооружения (например, при скрещивании с другими подземными сооружениями, пересечении ручьев, речек, оврагов и т. п.) контрольные замеры являются обязательными.
Схема измерения градиента потенциала продольным методом
Рис. 17. Схема измерения градиента потенциала продольным методом.
Электрод N при контрольных замерах рекомендуется заземлять на противоположной стороне трассы. Измерение градиента потенциала продольным методом производится при последовательном и поочередном перемещении обоих электродов, так что по ходу вдоль трассы впереди оказывается то электрод М, то электрод N. Длина измерительной установки равняется принятому шагу, т. е. расстоянию между точками замера ΔV. Обычно шаг измерения принимают равным 25 м. Оба неполяризующиеся электрода заземляются по оси трассы; при работе вдоль существующего сооружения электроды заземляются над заложенным в почву сооружением.
Обработка полученных данных заключается в вычислениях и построении графиков. Полученные при замерах значения потенциала почвы V приводятся к условному нулевому потенциалу. За условный нуль потенциала может быть принято любое из заземлений измерительной установки. Все остальные измеренные значения потенциала сопоставляют с принятым условным нулем. После этого строятся графики, показывающие распределение величин V вдоль обследованной трассы. Для этого на оси абсцис откладывается пикетаж, или точки замеров, а на оси ординат — вычисленные значения V. Получающаяся при таком построении графика полярность профиля потенциала не дает возможности непосредственно определить анодные и катодные участки. Анализ же общей формы графика и сравнительное сопоставление значений потенциала в соседних точках может дать лишь ориентировочную картину распределения потенциалов.
В этом отношении наибольшую ценность представляют данные измерения поперечного градиента потенциала. Построенные по ним графики градиентов дают четкую картину распределения анодных и катодных зон.
Рис.18. График градиентов потенциала. Измерения производились поперечным методом (заштрихованы анодные зоны на трубопроводе).
При интерпретации результатов измерения поперечного градиента потенциала для определения возможных анодных и катодных зон на будущем сооружении (предварительные исследования) или выявления анодных и катодных зон (на существующих сооружениях) используются данные полярности поперечного градиента потенциала ΔV. При этом положительные значения поперечного градиента потенциалов соответствуют анодным участкам сооружений, отрицательные — катодным. При обработке результатов измерения градиента потенциала составляют графики, по оси абсцисс которых откладывают расстояния между точками, а по оси ординат измеренные градиенты потенциала с учетом полярности электродов, полученной при измерении. Возможная интенсивность коррозии сооружения в анодных зонах характеризуется условной величиной линейной плотности тока, который определяется по формуле:
ΔV — градиент потенциала; r — удельное сопротивление почвы в ом м.
Опасными в коррозионном отношении являются участки трассы, где наблюдается частое изменение полярности сооружения, и участки с анодными зонами. Последние на графике потенциала соответствуют относительно повышенным значениям потенциала по сравнению с потенциалом смежных участков.
При выделении анодных зон график потенциала необходимо сопоставлять с удельным сопротивлением почвы. Пониженное измерения производились продольным методом (заштрихованы анодные зоны на трубопроводе) значение удельного сопротивления на участке с повышенным значением потенциала подтверждает анодный характер этого участка.
Рис. 19. График градиентов потенциала.