Материал: Градостроительство, инфраструктура, коммуникации

Рис. 4. Схема взаимодействия адгезированных на металле микроорганизмов [1]

Например, те виды, которые обитают в земле и в результате своей жизнедеятельности сероводород окисляют в серу, а после – в серную кислоту как показано в следующих реакциях

2H2S + O2 = 2H2O + 2S ;

S + 2H2O + 3O2 = 2H2SO4 .

Для размножения сульфатвосстанавливающих бактерий необходимо наличие воды, определенная температура, показатель pH . Сетевая вода, как правило, содержит эти соединения. Наиболее опасными являются:

•железобактерии;

•бактерии, участвующие в преобразовании соединений серы: тионовые сульфатвосстанавливающие;

•нитрифицирующие бактерии в процессе своей жизнедеятельности используют аммиак, в дальнейшем преобразуется в азотистую кислоту HNO2 .

Тионовые (сероокисляющие) бактерии (рис. 5) могут развиваться при очень малых содержаниях кислорода. Их жизнедеятельность обеспечивается за счет окисления серы и серосодержащих соединений до сульфат-ионов и серной кислоты. Эффективный способ борьбы с биологической коррозией – промывка не реже одного раза в год участков трубопроводов водой со скоростью 4 – 6 м/с.

Рис. 5. Участок существующего трубопровода, пораженного коррозией под действием сероокисляющих бактерий [1]

20

4. Стояночная коррозия систем теплоснабжения. Работа систем теплоснабжения сезонна, а для трубопроводов и оборудования тепловых сетей во время простоев коррозия создает большие проблемы. Воду на время неотопительного периода из теплосетей сливают, большая часть высыхает, но существует вероятность сохранения влаги, даже возможно течение слабого потока воды. В развитии стояночной коррозии принимают участие и аэробные бактерии.

Стояночная коррозия является самым распространенным видом коррозии. Данному виду коррозии подвергаются все металлические элементы котлов и оборудования, которые изготовлены из низкоуглеродистых и углеродистых сталей, имеющий непосредственный контакт с водной средой имеющий в своем составе различную концентрацию кислорода. Для предотвращения стояночной коррозии в период длительного простоя все теплофикационное оборудование, включая пиковые водогрейные котлы, должно быть законсервировано [4, 6].

Выделяют следующие способы консервации:

•высушивание – полное удаление воды и размещение влагопоглотителей;

•заполнение щелочными растворами ( NaOH , Na3PO4 ), благодаря им

устанавливается полная устойчивость защитной пленки на поверхности металла;

•заполнение азотом;

•при кратковременных простоях – консервация способом заполнения деаэрированной водой с поддержанием Pизб ;

•разработана технология окислительной очистки и пассивации водогрейных котлов (время обработки - несколько суток).

Тип системы теплоснабжения не оказывает влияния на протекающие там процессы и виды коррозии. В закрытых системах теплоснабжения присосы водопроводной воды приводят к повышению содержания кислорода в сетевой воде и непосредственное увеличение жесткости, что приводит к накипеобразованию в теплообменном оборудовании.

В открытые же системы теплоснабжения попадает большее количество агрессивных газов (кислород и углекислый газ). Более высокая скорость коррозии металла наблюдается именно в таких системах теплоснабжения, следовательно, в сетевой воде находится огромное количество накопления соединений железа и образование накипи в водогрейных котлах будет выше [7].

5. Защита систем теплоснабжения от коррозионного разрушения. На сегодняшний день предупреждение коррозии оборудования систем теплоснабжения является актуальной проблемой, но ее решение затрудняется рядом следующих обстоятельств:

1. Невозможность обеспечения одним водозабором крупных водопотребляемых объектов.

2. Низкое качество цинкового покрытия на трубах.

3. Внутренняя поверхность трубопроводов остается мокрой (при опорожнении системы из-за недостаточного напора) без защиты от коррозии при ремонтных работах и простаивании оборудования.

4. Избыточная концентрация кислорода в водном растворе связана с подсосом воздуха из-за плохого технического состояния теплоснабжающей системы.

Если использовать в качестве теплоносителя воду, то ее состав должен быть оптимальным для того, чтобы на внутренней поверхности не образовывалась коррозия и не протекал процесс образования осадка карбоната кальция при повышенной температуре. Для поддержания необходимого состава водной смеси при которой не будет образовывается коррозия металла на внутренней поверхности трубопроводов, необходимо тщательно

контролировать следующие параметры: показатель кислотности pH , общая жесткость,

содержание кислорода и диоксида углерода, щелочность, концентрация хлоридов и сульфатов [3, 5].

21

При получении кондиционированной воды для тепловых сетей используют нормативные параметры с целью улучшения качества воды для данных сетей [5]. Вода для подпитки в тепловых сетях должна соответствовать определенным нормам [6]:

•свободная углекислота – отсутствие;

•растворенный кислород – 0,1 мг/л;

•pH в пределах 6,5 – 8,5;

•карбонатная жесткость – 1,5 ммоль/л;

•взвешенные частицы – не более 5 мг/л [5].

Во избежание электрохимической коррозии металлических трубопроводов применяют: защитные и изолирующие покрытия, ингибирование и деаэрацию воды, и другие методы.

Для уменьшения коррозии используют сплавы с высокой коррозионной стойкостью, такие как никель, алюминий, медь, титан и сплавы на их основе. Данные сплавы, хоть и имеют высокую стоимость, дают возможность получить конструкции фактически не подверженные коррозии. В случае отсутствия возможности использования таких материалов, поверхность покрывают различными защитными пленками из лака, красок, эмалей или других металлов. Качество покрытия имеет большое значение, так как подвергается воздействию не только воды и кислорода, а также других агрессивных сред.

При использовании катодных или анодных ингибиторов, можно замедлить электродные реакции. Существуют так же ингибиторы смешенного действия, которые можно использовать в обоих случаях.

В случае катодной защиты внешний источник тока с отрицательным полюсом подсоединяем к защищаемой конструкции, а положительный – к вспомогательному электроду. Внешний ток берется от станции катодной защиты (СКЗ). Схема защиты подземного трубопровода с использованием СКЗ показана на рис. 6.

Существует метод защиты металла путем использования протектор – анода из более активного металла, разрушаясь который защищает основной металл. Например, для железа – это магний, цинк или алюминий. Известно, что один магниевый анод сохраняет до 8 км трубопровода [2].

Рис. 6. Принципиальная планировка станции катодной защиты трубопровода [2]: 1 – линия электропередачи; 2 – понижающий трансформатор; 3 – преобразователь; 4 – контрольно-измерительный пункт; 5 – кабельная подземная катодная линия; 6 – надземная анодная линия; 7 – анодные заземлители; 8 – защищаемая конструкция

22

Для расчета основных параметров катодной защиты трубопровода необходимо определить количество установок катодной защиты (УКЗ) по следующей формуле [8]

Lз

где N – количество установок катодной защиты, шт; L – длина трубопровода, м; Lз – длина

защитной зоны участка катодной защиты, м.

Для расчета длины защитной зоны одного участка катодной защиты используем формулу

максимальное смещение разности потенциалов труба-земля, В; α (t) – постоянная

где Uм – минимальный защитный потенциал, В (определяют из РД-91.020.00-КТН-149-06); Uе – естественная разность потенциалов труба-земля, В (принимают равной 0,55 В); Uо –

максимальный защитный потенциал, В (определяют из РД-91.020.00-КТН-149-06). Постоянную распространения тока вдоль трубопровода вычисляют по следующей

формуле

(определяют из РД-91.020.00-КТН-149-06).

Для определения силы тока i , А, катодной установки определяют на начальный и конечный периоды эксплуатации из выражения

где Zвт (t) – входное сопротивление трубопровода, Ом.

Напряжение на выходе преобразователя V , В, вычисляют по формуле

линии, соединяющей катодную станцию с трубопроводом и анодным заземлением, Ом; Rз –

переходное сопротивление анодного заземления, Ом. Сопротивление дренажной линии вычисляют по формуле [8]

23

Выпуск № 4(25), 2021 ISSN 2413-6751

где y , yс – длина анодного провода и спусков провода с опор преобразователя катодной защиты к анодному зазеленею и трубопроводу, м; Sпр – сечение провода дренажной линии,

В результате расчета таких параметров как сила тока, напряжение УКЗ и мощность, можно выбрать тип катодной защиты. При прокладке стального трубопровода в грунте с высокой коррозионной агрессивностью необходимо увеличить в 1,5 раза требуемую максимальную силу тока при выборе типа преобразователя [1, 2, 9].

Для защиты трубопровода от разрушения блуждающими токами так же используют соединение проводниками участков стекания блуждающих токов, с трамвайными рельсами или с рельсами электропоездов. Чтобы сократить потери металла, заземлитель помещают в специальную коксовую засыпку (рис. 7).

Рис. 7. Установка анодных заземлителей [2]

Основное влияние на коррозию трубопроводов оказывает внешняя среда. Что, в свою очередь, ведет к использованию изоляционного покрытия, где особое внимание следует обратить на участки сварных соединений. Если прокладка трубопровода производится в грунт, то его первостепенно известкуют для уменьшения кислотности почвы [2, 5].

6. Коррозия водогрейных котлов. Коррозия в водогрейных котлах встречается намного чаще, чем в паровых системах. Как следствие, это связано с тем, что при проектировании водогрейных котельных уделяется меньше внимания проблеме коррозии. Так, растворенный кислород, который не удаляется при деаэрации, соли жесткости, CO2

поступающие вместе с питательной водой, вызывают различные виды коррозии: щелочную, кислородную, хелатную, подшламовую, при чем, хелатная коррозия образуется и при наличии химических реагентов – «комплексонов». Необходимо серьезно отнестись к подготовке воды, предназначенной для подпитки, чтобы предотвратить возникновение коррозии.

В настоящее время для качественной водоподготовки тепловых сетей, водогрейных котлов и всего теплофикационного оборудования используют специальные химические реагенты. Недостаточная подготовка воды ведет к неблагоприятным последствиям, связано с

24