Методы защиты подземных металлических сооружений от коррозии

Всякое подземное металлическое сооружение независимо от вида почвы, в которой оно находится, подвержено почвенной коррозии, если не имеет надежной противокоррозионной защиты. Противокоррозионная защита металлического сооружения проектируется с учетом коррозионной активности почв по трассе, климатических условий района, степени ответственности того или иного участка сооружений и специфических особенностей работы сооружения.

Степень ответственности сооружения или его отдельной части определяется предъявляемыми требованиями по обеспечению его сохранности. Так, например, участки пересечения трубопроводом или кабелем водоемов, железных дорог и других искусственных сооружений, где ремонт магистрали затрудняется, будут являться более ответственными по сравнению с прочими участками. К специфическим особенностям сооружения могут быть отнесены такие, например, как возможный нагрев силовых кабелей или нагрев трубопроводов горячего водоснабжения. Если вблизи проектируемого сооружения действуют блуждающие токи, то в проекте должны быть предусмотрены специальные меры защиты от коррозии. При проектировании защитных мероприятий намеченная трасса делится на отдельные участки, однотипные по совокупности внешних условий работы сооружения, а также по виду и объему намечаемых мероприятий. Для каждого выделенного участка система защиты должна предусматривать метод защиты, тип изоляции, материал изолирующего покрытия, специальные меры защиты и т. п. Основные методы противокоррозионной защиты подземных сооружений можно подразделить по их принципам, на четыре группы, каждая из которых объединяет несколько методов.

Классификация методов защиты подземных металлических сооружений от коррозии.

Из методов, перечисленных в таблице, рассматриваются как наиболее распространенные электрические методы и метод изоляции сооружений от электролитической среды битумными покрытиями, применяемый как самостоятельно, так и в сочетании с электрическими методами. Поскольку электрические методы наиболее часто применяются для защиты сооружений от электрокоррозии, ниже приводится краткое изложение сущности метода электрокоррозии или коррозии блуждающими токами.

Коррозия металлов блуждающими токами

В отличие от почвенной коррозии (гальванокоррозии) электрохимическая коррозия металлов под влиянием тока от внешнего (по отношению к сооружению) источника называется электрокоррозией. Для подземных сооружений внешними источниками тока, вызывающими их коррозию, являются блуждающие токи. Блуждающими называются электрические токи в земле, возникающие за счет утечек из рельсов электрифицированных железных дорог, трамвая и метро, работающих на постоянном токе и использующих рельсы в качестве обратного провода. Источниками блуждающих токов могут быть также различные установки постоянного тока (телеграф, электросварочные аппараты, системы катодной защиты и пр.), использующие в качестве обратного провода землю. Известно, что электрическая проводимость металлов в сотни миллионов раз больше проводимости почв и грунтов. Поэтому всякая подземная металлическая магистраль, находясь в зоне распространения блуждающих токов, привлекает на себя эти токи, передает их как проводник более низкого омического сопротивления и возвращает их через землю к источнику постоянного тока.

При этом та часть металлического сооружении, из которой ток выходит в землю, является анодом, а та часть сооружения, где постоянный ток входит в него, является катодом. В анодных зонах при условии контакта сооружения с влажной почвой блуждающие токи вызывают электролиз и причиняют сооружению чрезвычайно большие коррозионные pазрушения. Блуждающий ток в 1 а за один год разъедает в анодной зоне металлическою сооружения около 36 кг свинца или соответственно около 9 кг железа или около 4 кг алюминия (каждые 96500 кулонов количества электричества растворяют 1 г/экв металла).

Нетрудно представить результаты коррозионного действия блуждающих токов, если последние в некоторых сооружениях, расположенных вблизи источников блуждающего тока, достигают 40 а и даже больше. Наибольший ущерб коррозия блуждающими токами приносит подземным сооружениям в системе городского хозяйства. При этом самой сильной коррозии подвергаются незащищенные изолирующими покрытиями сооружения: трубопроводы, голые освинцованные и бронированные кабели. Особенно опасным источником блуждающих токов являются электрифицированные железные дороги, а также трамвай и метро, где потребляются большие токи.

Электрохимическая коррозия подземных сооружений блуждающими токами во много раз опаснее обычной почвенной коррозии. В отдельных случаях большие блуждающие токи способны вывести сооружения из строя в течение самого короткого срока — в 2—3 месяца.

Скорость и интенсивность коррозии блуждающими токами совместно с почвенной коррозией особенно сильно возрастает при наличии частых и резких перепадов значений электрического сопротивления почв вдоль линейного сооружения. Объясняется это тем, что в этих условиях блуждающие и гальванические токи то входят в сооружение и проходят по нему, то выходят из сооружения и проходят по почве, создавая тем самым множество анодных и катодных зон. Установлено, что в почвах с высоким сопротивлением блуждающие токи более или менее полно собираются металлическим сооружением и протекают по нему. На участках, где почва имеет низкое сопротивление, эти токи покидают сооружение и частично переходят в почву. Места наиболее сильных утечек тока из сооружения, совпадающие с участками низкого сопротивления почвы, характеризуются наиболее интенсивными явлениями коррозии. Вредное явление блуждающих токов не ограничивается только анодными участками. Под влиянием катодного потенциала защитная изоляция на катодном участке со временем приобретает способность впитывать почвенную влагу. В связи с этим сначала происходит понижение омического сопротивления защитного покрытия, а затем и его полное разрушение с оголением поверхности металла.

Определение анодных и катодных зон на подземных сооружениях

Безопасным, и следовательно, допустимым для стальных подземных сооружений считается блуждающий ток плотностью 0,75 ма/дм². Для бронированных кабелей опасными считаются те анодные зоны, в которых средняя суточная плотность тока, переходящего в землю, достигает 0,023 ма/см² Для голых освинцованных кабелей анодные зоны считаются опасными независимо от плотности блуждающего тока. Для определения анодных и катодных зон на подземных сооружениях, а также характера и плотности блуждающего тока производятся специальные измерения. Эти измерения дают возможность правильно наметить мероприятия по защите сооружения от коррозии блуждающими токами. Для измерений применяются специальные измерительные приборы постоянного тока: потенциометр или милливольтметр и миллиамперметр.

Основными характеристиками, определяющими условия работы сооружения в зоне блуждающих токов и подлежащими количественному определению, являются: разность потенциалов между сооружением и рельсами электрифицированной дороги (трамвая), ток, протекающий по сооружению, плотность тока, выходящего из подземного сооружения в землю в анодных зонах, разность потенциалов между смежными сооружениями.

Радиус распространения блуждающих токов от источника измеряется иногда несколькими десятками километров. Наибольшую же опасность блуждающие токи представляют вблизи источника. Поэтому укладку подземных магистралей рекомендуется проектировать на расстоянии не ближе 500 м от рельсов электрифицированной дороги, (трамвая). При необходимости более близкой укладки магистрали к источнику блуждающих токов следует предусматривать специальные защитные мероприятия. При пересечении сооружения с электрифицированной дорогой должны быть осуществлены особые изолировочные мероприятия, как например, центрированная укладка магистрали в трубу или короб большого диаметра с заливкой диэлектриками — битумом, песком и т. п.

Основными путями борьбы с коррозией металлических сооружений блуждающими токами являются снижение утечек токов и применение защиты, включающей электрические методы в сочетании с изолирующими покрытиями. Основное внимание должно уделяться при этом мероприятиям по снижению величины блуждающих токов.