Катодты қорғау станциясының ерекшеліктері, оны құру шарттары, оның түрлері мен тәсілдері
Жерасты құбырөткізгіштер коррозиялық жағдайда жұмыс істейді, сондықтан құбырларды коррозияға қарсы қорғанышты қажет етеді. Құбырөткізгіштердегі 45% апаттар коррозия әсерінен болады. Сондықтан коррозияға қарсы қорғаныштың тиімділігі құбырөткізгіштің сенімділік деңгейін көрсетеді. Коррозиядан құбырөткізгіштерді қорғау әдісін таңдау техника-экономикалық түсініктен анықталады. Жобаларды дайындау кезінде техникалық (топырақтың коррозиялық активтілігі, токтың болуы немесе болмауы және коррозияға қарсы изоляцияның түрі) және экономикалық факторлар (шығындар көлемі, эксплуатациялық шығындар) ескеріледі.
Қоршаған ортаның жалпы жағдайындағы құбырөткізгіштер мен металл конструкциялардың жұмыс істеу уақыты коррозияның қайтымсыз процестері әсерінен өте қысқа болып келеді. Оны тәжірибеде кеңінен қолданылатын құбырөткізгіштердің коррозиялық сенімділігін арттыру бойынша жұмыстар көмегімен ұзартуға болады. Оған коррозияға тұрақты құбырларды пайдалану, сонымен қатар құбырөткізгішті коррозиядан қорғаудың үш әдісі қолданылады:
1.қондырғы бетінің сыртқы агрессивті ортадан байланысын изоляциялау (пассивті қорғаныш);
2.сыртқы ортаға оның агрессивтілігін азайту үшін әсер ету;
3.жерасты метал қондырғыларға электрохимиялық қорғанышты пайдалану (активті қорғаныш).
Бұл дипломдық жобада жерастындағы құбырларды коррозиядан қорғаудың автоматтандырылған басқару жүйесін жасау қарастырылған.
Диплом жобасында катодты қорғау станциясының ерекшеліктері, оны құру шарттары, оның түрлері мен тәсілдері қарастырылған, сонымен қатар жерасты құбырларды коррозиядан қорғау түрлері мен автоматты катодты станциялардың жіктелуі көрсетілген, оны автоматты түрде басқару жоспарлары шешілген.
Қоршаған ортаның жалпы жағдайындағы құбырөткізгіштер мен металл конструкциялардың жұмыс істеу уақыты коррозияның қайтымсыз процестері әсерінен өте қысқа болып келеді. Оны тәжірибеде кеңінен қолданылатын құбырөткізгіштердің коррозиялық сенімділігін арттыру бойынша жұмыстар көмегімен ұзартуға болады. Оған коррозияға тұрақты құбырларды пайдалану, сонымен қатар құбырөткізгішті коррозиядан қорғаудың үш әдісі қолданылады:
1.қондырғы бетінің сыртқы агрессивті ортадан байланысын изоляциялау (пассивті қорғаныш);
2.сыртқы ортаға оның агрессивтілігін азайту үшін әсер ету;
3.жерасты метал қондырғыларға электрохимиялық қорғанышты пайдалану (активті қорғаныш).
Бұл дипломдық жобада жерастындағы құбырларды коррозиядан қорғаудың автоматтандырылған басқару жүйесін жасау қарастырылған.
Диплом жобасында катодты қорғау станциясының ерекшеліктері, оны құру шарттары, оның түрлері мен тәсілдері қарастырылған, сонымен қатар жерасты құбырларды коррозиядан қорғау түрлері мен автоматты катодты станциялардың жіктелуі көрсетілген, оны автоматты түрде басқару жоспарлары шешілген.
1. Жук Н.П., Металдарды қорғау және коррозия курсы. /Металлургия мамандығының студенттері үшін оқулық./ М., Металлургия, 1968, 407 бет.
2. Стрижевский И.В., коррозиядан жерасты қондырғыларын қорғау. Мақалалар жинағы./М., ғылыми-техникалық ақпарат бөлімі, 1971, 161 бет.
3. Золотухин В.М., коррозия және коррозиядан қорғау. Л., 1974, 70 бет.
4. Иванина Ю.Г., Шпренгель Л.Е., Құбырөткізгіштерді коррозиядан қорғау. – Киев: Будiвельник, 1980, 71 бет.
5. Семенова Г.И., Трифель М.С., Электрохимиялық қорғанышты автоматтандыру. Баку, Азернешр, 1970, 255 бет.
6. Глазков В.И., Жерасты коррозиясынан магистралды құбырөткізгіштердің электроқорғанышын есептеу. М., Газ өнеркәсібіндегі экономика ғылыми-техникалық институты, 1968, 106 бет.
7. Дума М., Өндірістік телемеханизацияға кіріспе. М.: Мир, 1966, 391 бет.
8. Жерасты коррозиясынан металл қондырғыларды қорғау: Анықтама. М.: Недра, 1981, 293 бет.
9. Газ және мұнай өндірісі өнеркәсібіндегі қондырғыларды коррозиядан қорғау. М.: Недра, 1973.
10. Стрижевский И.В., Жерасты металл қондырғыларды коррозиядан қорғау. М.: Стройиздат, 1990. – 303бет.
11. Цеплис Ф.А., Блум А.Я., Королькова В.С., Электрохимия. Металдар қорғанышы мен коррозия. Рига: РПИ, 1990. – 123 бет.
12. Гутман Э.М., Гетманский М.Д., Клапчук О.В., Кригман Л.Е., күкіртті сутекті коррозиядан мұнай өндірісінің газ өткізгіштерін қорғау. М.: Недра, 1988-200 бет.
13. Никольский И.В., Жерасты коррозиядан металл қондырғыдан қорғау. Анықтама. М.: 1981-293 бет.
14. Мустафин Ф.М., коорзиядан құбырөткізгіштерді қорғау. Том 1,2. СПб.: Недра, 2005 – 209бет.
15. Заболеев-Зотов В., Акеев Е., Лемякин В., Подлипский Л., Коррозиядан металдарды қорғау: Анықтама. Волгоград: Төменгі Волгоград, 1979 – 47 бет.
16. Бэкман, Вальтерфон, Швенк В., Коррозиядан катодты қорғаныш. М., 1984.
17. Мельникова М.М., Коррозиядан катодты қорғаныш. М.-Л., Госэнергоиздат, 1962
18. Хризман И.А. электрохимия. Металды коррозиядан қорғау. Ерітінділер. Уфа, 1971.
19. Остапенко В.Н., Құбырөткізгіштердің коррозиядан электрохимиялық қорғанышы. – Киев: Наука. Думка, 1988 – 190 бет.
2. Стрижевский И.В., коррозиядан жерасты қондырғыларын қорғау. Мақалалар жинағы./М., ғылыми-техникалық ақпарат бөлімі, 1971, 161 бет.
3. Золотухин В.М., коррозия және коррозиядан қорғау. Л., 1974, 70 бет.
4. Иванина Ю.Г., Шпренгель Л.Е., Құбырөткізгіштерді коррозиядан қорғау. – Киев: Будiвельник, 1980, 71 бет.
5. Семенова Г.И., Трифель М.С., Электрохимиялық қорғанышты автоматтандыру. Баку, Азернешр, 1970, 255 бет.
6. Глазков В.И., Жерасты коррозиясынан магистралды құбырөткізгіштердің электроқорғанышын есептеу. М., Газ өнеркәсібіндегі экономика ғылыми-техникалық институты, 1968, 106 бет.
7. Дума М., Өндірістік телемеханизацияға кіріспе. М.: Мир, 1966, 391 бет.
8. Жерасты коррозиясынан металл қондырғыларды қорғау: Анықтама. М.: Недра, 1981, 293 бет.
9. Газ және мұнай өндірісі өнеркәсібіндегі қондырғыларды коррозиядан қорғау. М.: Недра, 1973.
10. Стрижевский И.В., Жерасты металл қондырғыларды коррозиядан қорғау. М.: Стройиздат, 1990. – 303бет.
11. Цеплис Ф.А., Блум А.Я., Королькова В.С., Электрохимия. Металдар қорғанышы мен коррозия. Рига: РПИ, 1990. – 123 бет.
12. Гутман Э.М., Гетманский М.Д., Клапчук О.В., Кригман Л.Е., күкіртті сутекті коррозиядан мұнай өндірісінің газ өткізгіштерін қорғау. М.: Недра, 1988-200 бет.
13. Никольский И.В., Жерасты коррозиядан металл қондырғыдан қорғау. Анықтама. М.: 1981-293 бет.
14. Мустафин Ф.М., коорзиядан құбырөткізгіштерді қорғау. Том 1,2. СПб.: Недра, 2005 – 209бет.
15. Заболеев-Зотов В., Акеев Е., Лемякин В., Подлипский Л., Коррозиядан металдарды қорғау: Анықтама. Волгоград: Төменгі Волгоград, 1979 – 47 бет.
16. Бэкман, Вальтерфон, Швенк В., Коррозиядан катодты қорғаныш. М., 1984.
17. Мельникова М.М., Коррозиядан катодты қорғаныш. М.-Л., Госэнергоиздат, 1962
18. Хризман И.А. электрохимия. Металды коррозиядан қорғау. Ерітінділер. Уфа, 1971.
19. Остапенко В.Н., Құбырөткізгіштердің коррозиядан электрохимиялық қорғанышы. – Киев: Наука. Думка, 1988 – 190 бет.
Пән: Экология, Қоршаған ортаны қорғау
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 51 бет
Таңдаулыға:
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 51 бет
Таңдаулыға:
КІРІСПЕ
Жерасты құбырөткізгіштер коррозиялық жағдайда жұмыс істейді, сондықтан құбырларды коррозияға қарсы қорғанышты қажет етеді. Құбырөткізгіштердегі 45% апаттар коррозия әсерінен болады. Сондықтан коррозияға қарсы қорғаныштың тиімділігі құбырөткізгіштің сенімділік деңгейін көрсетеді. Коррозиядан құбырөткізгіштерді қорғау әдісін таңдау техника-экономикалық түсініктен анықталады. Жобаларды дайындау кезінде техникалық (топырақтың коррозиялық активтілігі, токтың болуы немесе болмауы және коррозияға қарсы изоляцияның түрі) және экономикалық факторлар (шығындар көлемі, эксплуатациялық шығындар) ескеріледі.
Қоршаған ортаның жалпы жағдайындағы құбырөткізгіштер мен металл конструкциялардың жұмыс істеу уақыты коррозияның қайтымсыз процестері әсерінен өте қысқа болып келеді. Оны тәжірибеде кеңінен қолданылатын құбырөткізгіштердің коррозиялық сенімділігін арттыру бойынша жұмыстар көмегімен ұзартуға болады. Оған коррозияға тұрақты құбырларды пайдалану, сонымен қатар құбырөткізгішті коррозиядан қорғаудың үш әдісі қолданылады:
1.қондырғы бетінің сыртқы агрессивті ортадан байланысын изоляциялау (пассивті қорғаныш);
2.сыртқы ортаға оның агрессивтілігін азайту үшін әсер ету;
3.жерасты метал қондырғыларға электрохимиялық қорғанышты пайдалану (активті қорғаныш).
Бұл дипломдық жобада жерастындағы құбырларды коррозиядан қорғаудың автоматтандырылған басқару жүйесін жасау қарастырылған.
Диплом жобасында катодты қорғау станциясының ерекшеліктері, оны құру шарттары, оның түрлері мен тәсілдері қарастырылған, сонымен қатар жерасты құбырларды коррозиядан қорғау түрлері мен автоматты катодты станциялардың жіктелуі көрсетілген, оны автоматты түрде басқару жоспарлары шешілген.
1 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Коррозиялық процестерді жіктеу
Коррозиялық процестері металдың сыртқы ортамен өзара әсері механизмі, коррозиялық орта түрі мен процестің жүру шарттары, коррозиялық бүлінудің сипаты, коррозиялық орта әсерімен бірге метал ұшырайтын қосымша әсер түрлері бойынша жіктеледі.
Процес механизмі бойынша металдың химиялық және электрохимиялық коррозиясы болады.
Химиялық коррозия - металл мен коррозиялық ортаның өзара әрекеті процесі, бұл кезде металдың қышқылдануы және ортаның қышқылдаушы компонентінің қайта құрылуы бір актта бір уақытта болады. Өзара әрекет өнімдері кеңістікте бөлінбеген.
Электрохимиялық коррозия - метал мен коррозиялық ортаның өзара әрекеті процесі, бұл кезде метал атомының иондалуы мен коррозиялық ортаның қышқылдаушы компонентінің қайта құрылуы бір актте болмайды және олардың жылдамдығы электродты потенциалға тәуелді.
Коррозиялық орта түріне және процестің жүру шарттарына байланысты коррозия бірнеше түрге бөлінеді.
Газдық коррозия - ылғалдың минимал құрамы (0,1% аспа йды) және жоғары температура кезіндегі газдық ортадағы металдың химиялық коррозиясы. Химиялық және мұнайхимиялық өндірісте коррозияның мұндай түрі жиі кездеседі. Мысалы, күкірт диоксидін қышқылдау арқылы күкірт қышқылын алу кезінде, аммиак синтезі кезінде, хлор сутегін және азот қышқылын алуда, органикалық спирттің синтезі кезінде, мұнай крекингі және т.б.
Атмосфералық коррозия - кез келген ылғалды газдағы немесе атмосферадағы метал коррозиясы.
Жерасты коррозиясы - жерастындағы немесе топырақтағы метал коррозиясы.
Биокоррозия - микроағзалардың әсерінен жүретін коррозия.
Контактілі коррозия - берілген электролитте әртүрлі стационарлы потенциалдары бар, металмен байланыс арқылы пайда болатын коррозия.
Радиациялық коррозия - радиоактивті сәулеленуге негізделген коррозия.
Сыртқы токпен коррозия және қоздырушы токпен коррозия. Бірінші жағдайда - сыртқы қорек көзінің тогы әсерінен туындайтын метал коррозиясы. Екінші жағдайда - қоздырушы ток әсерінен болады.
Кернеумен коррозия - коррозиялық орта мен механикалық кернеудің бір уақытта болған әсерінен туындайтын коррозия. Егер ол созушы кернеу болса, онда металл сына бастайды. Бұл - механикалық жүктемелерден өтетін құрылымдар үшін коррозияның қауіпті түрі (осьтер, рессорлар, автоклавтар, турбиналар және бу қазандар, т.б.).
Егер метал бұйымдар циклдік созушы кернеу әсеріне ұшыраса, коррозиялық шаршауды туғызуы мүмкін. Коррозияның мұндай түріне автомобиль рессорлары, канаттар ұшырайды.
Коррозиялық кавитация - сыртқы ортаның ұрмалы және коррозиялық әсеріне негізделген металдың бүлінуі.
Фреттинг-коррозия - коррозиялық ортаның әсерімен және вибрациямен туындайтын коррозия түрі.
Үйкеліс және вибрация кезінде коррозияны жою үшін конструкциялық материалдың дұрыс таңдау, үйкеліс коэффицентін төмендету, жабынқыштарды пайдалану және т.б. керек.
Метал немесе қорытпаның бетінің өзгеру сипаты бойынша коррозиялық бүліну бірнеше түрге жіктейді (1.1.1-сурет).
1.1.1-сурет. Коррозия түрлері:
а - тегіс біркелкі; б - тегіс біркелкі емес; в - құрылымды-таңдамалы;
г - дақтары бар; д - ісіктері бар; е - нүктелері бар (питтингтік);
ж - бетінің астындағы
Коррозия тегіс деп аталады (1.1.1а,б-сурет), егер ол металдың барлық бетін қамтыса. Тегіс коррозия жіктеледі: егер процес металдың барлық беті бойынша бірдей жылдамдықпен жүрсе, онда ол біртекті болады, ал егер бетінің түрлі аймағында процес жылдамдықтары әртүрлі болса, ол біртексіз деп аталады. Біртекті коррозия, мысалы ауадағы темір құбырлардың коррозиясы кезінде болады.
Таңдамалы коррозия кезінде қорытпаның бір компоненті немесе бір құрылымдық құраушысы бүлінеді. Мысал ретінде латуньнен цинкті ажырату немесе шойынды графиттеуді алуға болады.
Жергілікті коррозия металл бетінің жеке бөліктерін қамтиды. Жергілікті коррозия металға қатты терең емес енген жеке дақ түрінде; металға тереңінен енген раковинаға ұқсас ісік-бүлінулер түрінде; металға терең енетін нүкте түрінде бола алады.
Бірінші түрі, мысалы теңіз суындағы латунь коррозиясы кезінде болады. Язвалық коррозия топырақтағы болатта байқалады, ал питтингтік коррозия теңіз суындағы аустенитті хромникельді болатта байқалады.
Бетінің астындағы коррозия метал бетінде басталады, содан соң метал түбіне дейін тарайды. Коррозия өнімдері металда жинақталған болады. Коррозияның бұл түрі металл бұйымдардың қабаттасуына және көтерілуіне әкеледі.
Кристалл аралық коррозия дән шекарасы бойынша металдың бұзылуымен сипатталады. Ол кезде металдың сыртқы түрі өзгермейді, бірақ ол беріктігін тез жоғалтады, және оңай бұзылады. Кристалл аралық коррозия дән арасында дымқыл беріктігі аз коррозия өнімдерінің пайда болуымен сипатталады. Мұндай бүлінуге хром және хромникельді болат, никель және алюминий қорытпалар ұшырайды.
Тесіктік коррозия резьбалы бекітулер, төсеніштер астында болатын металдың бұзылуы болып табылады.
1.2 Сыртқы коррозиядан құбырөткізгіштерді қорғау әдістерінің жіктелуі
Жерасты құбырөткізгіштер арнайы коррозиялық жағдайда жұмыс істейді, ол коррозияға қарсы қорғанышты қажет етеді. Топырақты коррозия құбырөткізгіштер эксплуатациясы шарттарын анықтаудағы маңызды факторлардың бірі болып табылады. Құбырөткізгіштердегі 45% апаттар коррозия әсерінен болады. Сондықтан коррозияға қарсы қорғаныштың тиімділігі құбырөткізгіштің сенімділік деңгейін көрсетеді. Коррозиядан құбырөткізгіштерді қорғау әдісін таңдау техника-экономикалық түсініктен анықталады. Жобаларды дайындау кезінде техникалық (топырақтың коррозиялық активтілігі, токтың болуы немесе болмауы және коррозияға қарсы изоляцияның түрі) және экономикалық факторлар (шығындар көлемі, эксплуатациялық шығындар) ескеріледі.
Қоршаған ортаның жалпы жағдайындағы мыс құбырөткізгіштер мен метал конструкциялардың жұмыс істеу уақыты коррозияның қайтымсыз процестері әсерінен өте қысқа болып келеді. Оны практикада кеңінен қолданылатын құбырөткізгіштердің коррозиялық сенімділігін арттыру бойынша жұмыстар көмегімен ұзартуға болады. Оған коррозияға тұрақты құбырларды пайдалану, сонымен қатар құбырөткізгішті коррозиядан қорғаудың үш әдісі қолданылады:
1.қондырғы бетінің сыртқы агрессивті ортадан байланысын изоляциялау (пассивті қорғаныш);
2.сыртқы ортаға оның агрессивтілігін азайту үшін әсер ету;
3.жерасты металл қондырғыларға электрохимиялық қорғанышты пайдалану (активті қорғаныш).
Құбырөткізгіштерді коррозиядан қорғау әдістерінің жіктелуі 1.2.1-суретте көрсетілген.
Бірінші әдіс пассивті қорғаныш деп аталады. Онда қарастырылған:
1.металл бетіне металға және қоршаған агрессивті ортаға қатысты химиялық инертті жоғары диэлектрлік қасиеті бар затты енгізу. Қорғаныш материалдары ретінде полимерлік материалдар, сырлар, лактар және эмальдар қолданылады. Бұл материалдар берік және қорғлатын металға жаксы жабысатын қасиеті бар қатты қабат түзеді. Металл объектілерге қорғаныш қабатын пайдалану - кең тараған әдістердің бірі;
2.қала және өндірістік аймақтардағы жерасты қондырғыларын қорғау үшін қолданылатын арнайы орналастыру әдістері, мысалы коллекторлық төсеніш, бұл кезде жерасты құбырларды арнайы арналарға орналастырады. Ондағы изоляциялаушы қабат құбырөткізгіш қабырғасы мен арна арасындағы ауа кеңістігі болып табылады.
Құбырөткізгіштерді коррозиядан қорғаудың екінші әдісі - қоршаған ораның агрессивтілігін төмендету. Оның бірнеше әдісі бар, бірінші жағдайда коррозияның ингибиттерінің шығару арқылы агрессивті ортаны дезактивациялық өңдеу болып табылады. ISO 8044 стандартына сәйкес коррозия ингибиттерін коррозиялық жүйеде бола отырып, кез келген коррозиялық реагенттің концентрациясын өзгертпей коррозия жылдамдығын төмендететін қосылулар деп атайды. Ингибиттердің әрекеті коррозияны тежейтін ингибатор иондары немесе молекулаларының метал бетіне адсорбциясына әкеледі. Бұл әдіске коррозияялық орта құрамынан агрессивті компоненттерді жоюды жатқызуға болады.
Топырақ электролитінің деаэрациясының мақсаты нақты кинетика режимінде жүретін анодты және катодты реакцияларға қатысатын агрессивті реагент ретіндегі ерітілген ауа оттегісінің концентрациясын төмендету болып табылады.
Биокоррозия қауіпін азайту топыраққа әртүрлі у-химикаттарды себу арқылы жүзеге асады. pH-тың үлкен шамасы кезінде сульфатты қайта құраушы бактериялардың өсуі тоқтайды. Сондықтан құбыр маңында pH-тың үлкен шамасын туғызатын арнайы сеппелер қолданылады.
1.2.1-сурет. Құбырөткізгіштерді коррозиядан қорғау әдістерінің жіктелуі
Топырақтың гидрофобизациясы құбырөткізгіш изоляциясын механикалық бүлінуден, қоршаған ортаның зиянды әсерінен қорғайды және оның ескіруін тежейді. Гидрофобизациялық термині ретінде коррозиялық активтілігі және ауа өткізгіштігі төмен, суға тұрақтылығы және су өткізбеу қасиеті жоғары және тұтқыр өніммен өңделген топырақ түсіндіріледі.
Топырақты ауыстыру топырақтың коррозиялық агрессивтілігін азайту мақсатында жүргізіледі, яғни физика-механикалық қасиетін жоғарылату үшін. Сонымен қатар топырақты қышқылмен бейтараптайды.
Үшінші әдіс активті қорғаныш деп аталады. Оған жатады:
1.электрөткізгіштігі жоғары ортадағы метал қондырғының тұрақты катодты поляризациясы. Электр энергиясының сыртқы көзінен қосылатын мұндай поляризация катодты қорғаныш деп аталады. Кейбір жағдайда катодты қорғанышты периодты түрде істеуге болады, ол экономикалық жағынан тиімді. Катодты қорғаныш кезінде затқа теріс электрлік потенциал береді де, ол катодқа айналады және металдың бұзылуы термодинамикалық мүмкін болмайды;
2.катодты поляризацияға негізделген протекторлы қорғаныш теріс электрлік потенциалы бар металмен қондырғының электрлік байланысы арқылы туындайды, мысалы магний қорытпалары бар мыс қондырғы. Едеуір электрлік теріс метал (магний) электрөткізгіштігі жоғары ортада бұзылады және оны периодты түрде ауыстырып отыру керек. Ондай метал протектор деп аталады, ал әдіс протекторлық қорғаныш деп аталады(латынша protector - қорғаушы).
3.электрдренажды әдіс, бұл әдіске қоздырушы токтармен күрес кезіндегі әрекеттер жатады, ол екі негізгі бағыт бойынша іске асады: ток көзіндегі қоздырушы токтардың пайда болуын болдырмау немесе азайту, және қоздырушы токтарды басқа жерге апару бойынша жерасты қондырғыдағы арнайы жұмыстар.
Құбырөткізгіш сенімділігін арттыру бойынша әрекеттерге коррозияға орнықты құбырларды пайдалану әдісі жатады, ол металға оның коррозиялық тұрақтылығын жоғарылататын компоненттер енгізумен немесе коррозияны жылдамдататын қоспаларды жою арқылы жүреді. Бұл әдіс мелады дайындау кезінде және метал бөлшектерді термиялық және механикалық өңдеу кезінде жүргізіледі. Пассивтеуге аз бейімделген металды металмен легирлеу кезінделегирлеуші металдың пассивтілігіндей қорытпа пайда болады. Осылайша көптеген коррозияға тұрақты қорытпалар алынған, мысалы хроммен немесе никельмен легирленген таттанбайтын мыс. Осыған титан немесе алюминий қорытпалардан жасалатын құбырлар, сонымен қатар химиялық тұрақтылығы жоғары бейметалдан жасалған құбырлар жатады (полимерлер, асбоцемент, бетон, керамика, шыныпластика және т.б.).
1.3 Коррозия көрсеткіштері
Коррозия жылдамдығы уақыт бойынша процестің белгілі бір көрсеткішінің өзгеру тәуелділігін зерттеу арқылы анықталады. Коррозияның τ1 уақыт моментіндегі нақты немесе лездік дифференциалды жылдамдығы көрсеткіш шамасының уақыт бойынша бірінші туындысына (y) тең, яғни τ=τ1 кезінде dy d τ. Әдетте практика жүзінде τ уақыт кезіндегі процестің орташа интегралды жылдамдығын анықтайды, яғни ∆y∆τ. Коррозия процесінің ең көп қолданылатын көрсеткішіне жатады: тереңдік, масса өзгерісі, көлемдік, механикалық және т.б.
Тереңдік көрсеткіш (Кп) уақыт бірлігіндегі металдың коррозиялық бүліну тереңдігін бағалайды (мысалы, ммжыл). Сонымен қатар уақыт бірлігіндегі металда пайда болатын коррозия қабатының қалыңдыңын өлшеу мүмкін.
Массалық көрсеткіш (Кm+-) метал бетінің ауданы S мен уақыт бірлігіне τ жататын, коррозия нәтижесінде пайда болатын метал үлгісінің массасының өзгеруін (m) сипаттайды (мысалы, г(м2∙сағ):
Km+-=mS∙τ (1.3.1)
Бұл көрсеткіш егер сынақ уақыты τ кезінде коррозия өнімін жойғаннан кейін метал массасы азайса, теріс болады, ал егер сынақ кезінде метал массасы көбейсе, оң болады.
Егер метал коррозиясының өнімінің құрамы белгілі болса, масса өзгерісінің оң көрсеткішінің теріске қайта есептелуін жүргізуге болады:
Km-=Km+nok∙AMenMe∙Aok (1.3.2)
мұнда Кm+ және Кm- көрсеткіштері - сәйкес оң және теріс коррозияның массалық көрсеткіштері; АМе - металдың атомдық массаы; АОК - қышқылдатқыштың атомдық массасы; nMe - металдың валенттілігі; nOK - қышқылдатқыштың валенттілігі.
Металдың біркелкі коррозиясы кезінде масса өзгерісінің теріс көрсеткішінен терңдік көрсеткішіне қайта есептеу жүргізуге болады КП (ммжыл):
KП=Km-∙8,76ρМе (1.3.3)
мұндағы ρМе, гсм3 - метал тығыздығы.
Коррозияның көлемдік көрсеткіші (КV) коррозия процесі кезіндегі нормаль шарттарға келтірілген, және уақыт бірлігіне және бетінің ауданына келтірілген, жұтылған немесе шығарылған газ көлемін көрсетеді (мысалы, см3(см2∙сағ)):
KV=∆VSτ (1.3.4)
Сонымен қатар коррозияның механикалық көрсеткіші қолданылады Кмех. Ол коррозия кезіндегі пайызбен көрсетілген металдың механикалық қасиетінің өзгеруін сипаттайды. Мысалы, беріктік көрсеткіші (Кσ):
Kσ=∆στ∆στo (1.3.5)
мұндағы στ - коррозия уақытында τ созылу кезінде беріктік шегін өзгерту; στ0 - коррозияға дейінгі созылу кезіндегі беріктік шегі.
Осыған қоса жіңішке беттік материалды зерттеуде пайдаланылатын электр кедергісін өзгерту көрсеткіші, уақыт бірлігіндегі және метал бетінің ауданындағы коррозия ошағының санымен сипатталатын ошақтық көрсеткіш (КN) бар.
1.4 Электрохимиялық қорғаныш
Электрохимиялық қорғаныш метал материалдардың коррозияға қарсы қорғанышының әдісі болып табылады, ол ерудің төменгі жылдамдығына сәйкес шамаға дейін потенциалды ығыстыру арқылы коррозия жылдамдығн төмендетуге негізделген. Әдістің негізі - тұрақты ток көзінен электрод поляризациясы кезінде немесе корродирлеуші жүйеге қатысты анод болып табылатын қосымша электродпен байланыс кезінде металдың электрохимиялық коррозиясының жылдамдығын төмендету.
1.4.1-суретте әртүрлі электрохимиялық қорғаныш әдістері кезіндегі металдың балқу жылдамдығының төмендеуін айқындайтын схема көрсетілген. Метал потенциалының ыңысу бағытына байланысты электрохимиялық коррозия анодты және катодты болып жіктеледі.
Егер конструкциялық материалдың бос коррозия потенциалы Екор активті балқу аймағында (Е1) немесе қайта пассивтеуде (Е2) болса, яғни материал үлкен жылдамдықпен балқыса, онда электрохимиялық қорғанышты пайдаланады.
1.4.1-сурет. Электрохимиялық қорғаныш кезінде металдың балқу жылдамдығын төмендету әдістері
Катодты қорғаныш кезінде металдың балқу жылдамдығының төмендеуі Екор-дан теріс аймаққа қарай потенциалдың ығысуы кезінде болады. Мысалы, егер металдың бос коррозиясының потенциалы Е1 активті балқу облысында (балқу жылдамдығы i1) болса, потенциалдың Е3 шамасына дейін теріс жаққа қарай ығысуы балқу жылдамдығының i3 шамасына дейін төмендеуіне әкеледі. Металдың балқу жылдамдығының осындай төмендеуі, метадлдың бос коррозиясы қайта пассивтеу аймағында болғанда да байқалады. Е4 шамасына дейін потенциалдың теріс аймаққа қарай ығысуы кезінде балқу жылдамдығы i4 дейін жетеді. Олардың айырмашылығы, бірінші жағдайда металдың балқу жылдамдығының төмендеуі оның балқу сипатының өзгермеуі арқылы іске асуында - метал актив күйду қалды. Екінші жағдайда метал актив күйден пассив күйге өтті.
Анодты қорғаныш кезінде қорғалатын конструкция потенциалын Екор-дан оң аймаққа қарай ығыстырады. Бұл кезде метал актив күйден пассиыв күйге өтеді. Осылайша, егер металдың бос коррозия потенциалы Е1 актив облыста орналасса, оған сәйкес жылдамдық i1 болады, онда оның оң аймаққа Е4 шамасына дейін ығысуы кезінде, балқу жылдамдығы i4 дейін төмендейді.
1.5 Катодты қорғаныш
Катодты қорғаныш, егер метал пассивтеуге жақын болса, активті балқудың созылған аймағы, тар пассив аймағы, критикалық токтың жоғары шамасы, пассивтеу потенциалы болған кезде жүреді. Катодты қорғаныш әртүрлі әдіспен іске асады: катодты реакцияның жылдамдығының төмендеуі (мысалы, коррозиялық процес жүретін ерітінділердің деаэрациясы); сыртқы ток көзінен поляризациясы; бос коррозияның потенциалы теріс, басқа материалмен байланыс құру (протекторлы қорғаныш).
Сыртқы ток көзінен поляризациясын пайдаланатын катодты қорғанышты көміртекті, төмен және жоғары легирленген, және жоғары хромды болаттан, қалайы, цинк, мыс және мыс никельді қорытпалардан, алюминий және оның қорытпасынан, қорғасын, титан және оның қорытпасынан жасалған құрылғыларды қорғау үшін пайдаланады. Бұлар - жерасты қондырғылары (құбырөткізгіштер мен тағайындалуы әртүрлі кабельдер, фундаменттер, бұрғылау құрылғысы), теңіз суымен қатынасатын эксплуатацияланатын құрылғылар (теңіз бұрғылау платформасы, жағалау қондырғыларының метал бөліктері), химиялық өндірістің резервуарлары мен аппараттардың ішкі беттері. Әдетте катодты қорғанышты қорғаныш қабаттарын енгізумен бірге қолданады. Сыртқы поляризациясы кезінде металдың өзіндік балқу жылдамдығының азаюы қорғаныш эффектісі деп аталады.
Катодты қорғаныштың негізгі критерийі қорғаныш потенциалы болып табылады. Қорғаныш потенциалы деп металдың балқу жылдамдығы шектік төмен шама кезіндегі, берілген эксплуатация шарттары үшін мүмкін, потенциалды айтады. Катодты қорғаныштың сипаттамасы - қорғаныш эффектісінің шамасы Z (%):
Z=K0-K1K0∙100% (1.5.1)
мұнда К0 [г(м2∙сағ)] - қорғанышы жоқ метал коррозиясының жылдамдығы, К1 [г(м2∙сағ)] - электрохимиялық қорғаныш кезіндегі метал коррозиясының жылдамдығы. Қорғаныш әрекетінің коэффицентін K3 [гА] келесі формуламен анықтайды:
K3=∆m0-∆m1ik (1.5.2)
мұндағы ∆m0 және ∆m1 - катодты қорғанышты пайдаланған жәнепайдаланбаған кездегі сәйкес метал массасының шығыны (гм2), ik [Ам2] - катодты ток тығыздығы.
Катодты қорғанышты ұйымдастыру кезінде сыртқы ток көзінің теріс полюсі қорғалатын метал конструкцияға жалғайды, ал оң полюсті анод ретінде жұмыс істейтін қосымша электродқа жалғайды. Қорғаныш процесі кезінде анод бүлінеді және оны жиі ауыстырып тұру керек.
Катодты қорғаныш кезінде сыртқы ток көзі болып катодты қорғаныш станциясы саналады, оның міндетті элементтері: ток шығаратын түрлендіргіш (түзеткіш); қорғалатын конструкцияға ток беруші, салыстыру электроды, анод жерлестіргіштері, анодты кабель.
Катодты қорғаныш станциялары реттелетін және реттелмейтін болады. Катодты қорғаныштың реттелмейтін станциясы ток тізбегіндегі кернеу болмаған кезде қолданылады. Бұл станциялар тұрақты потенциалды немесе токты ұстап тұру режимінде жұмыс істейді және құбырөткізгіштерді, болат қабаттағы жоғары кернеулі кабельдерді, резервуарларды қорғау үшін пайдаланылады.
Катодты қорғаныштың реттелетін станциялары жүйеде қоздырушы ток (электрифицирленген көліктің жағын орналасуы) болған кезде, токтың таралу кедергісінің периодты өзгерісі кезінде (топырақ ылғалдылығының және температураның мерзімдік тербелісі), технологиялық тебеліс кезінде (сұйықтықтың ағу жылдамдығының және ерітінді деңгейінің өзгеруі) қолданылады. Реттелетін параметрге ток пен потенциал жатады. Катодты қорғаныш станциясының қорғалатын объекттің ұзындығы бойынша орналасу жиілігі эксплуатациялық ортаның электрөткізгіштігімен анықталады. Ол жоғары болған сайын, катодты станциялар бір-бірінен алшақ орналасатын болады.
Катодты станцияның оң полюсін жермен жалғастыратын анод жерлестіргіштері түрлі металдардан жасалады - болат, графит, ферросилицида, титан, платинделген титан және тағы басқа. Анод жерлестіргіштерінің орналасу сұлбасы қорғалатын конструкция конфигурациясымен анықталады. Катодты қорғаныш станциясының қуаты анод жерлестіргіштерімен токтың таралуының максимал кедергісімен анықталады. Берілген кедергіні төмендету үшін анод жерлестіргіштерін кедергісі минимал топырақ аймақтарында немесе арнайы кокс сеппелеріне орналасады.
Сеппе қалың кокс қабатынан тұрады, оған гипс пен 4:1 қатынасындағы тұз қосады. Мұндай сеппенің электрөткізгіштігі жоғары болып келеді.
Сулы объекттерді қорғау үшін анодтарды теңіз бен өзендердің түбіне орналастырады. Зауыт аппаратурасын қорғау кезінде анодты технологиялық ортаға орналастырады.
Сыртқы токпен катодты қорғау изоляциялық жабынқышқа қосымша құрал ретінде қолданады. Бұл кезде изоляциялық жабынқыш бүлінген болуы да мүмкін. Қорғаныш тогы әдетте қорғауды қажет ететін металдың ашық бөліктерімен өтеді.
Сыртқы токпен катодты қорғанышты бүлінуі маңызды құрылымдар үшін де пайдаланады, ол ары қарайғы коррозияны тежейді.
Катодты қорғанышты пайдалану қайта қорғаумен қауіпті. Қорғалатын конструкцияның потенциалы теріс аймаққа қарай тым қатты ығысса, сутегінің бөлінуінің жылдамдығы лезде өсуі мүмкін. Оның нәтижесі қорғаныш қабатыныңм бүлінуі, материалдың коррозиялық сынуы және сутектік ісіну болуы мүмкін.
1.5.1 Коррозияға қарсы қорғаныш ретіндегі орта құрамын өзгерту
Эксплуатацияның өндірістік шарттары коррозиядан пайда болатын шығынды азайту үшін агрессивті ортаның құрамын өзгерту керек. Екі әдісті пайдаланады:
1.агрессивті ортадан коррозияның пайдаболуына әкелетін заттарды жою;
2.агрессивті ортаға коррозиялық процес жылдамдығын төмендететін арнайы заттар енгізу.
1.5.2 Коррозиялық ортаның агрессивтілігін төмендету
Коррозиялық ортаның құрамын біршама өзгерту келесі әдістердің бірі арқылы іске асады:
1.ерітіндінің деаэрациясы, оны азотпен байыту немесе жұтушы оттегіні енгізу көмегімен оттегіні жою;
2.қышқыл натрмен немесе сөнген әкпен ерітіндіні бейтараптау арқылы қышқылдарды жою;
3.ион алмасатын смола көмегімен бу қазандарын қоректендіретін суларды тұздардан тазарту;
4.вакуумдеу.
Берілген ортада пассивтелінетін металдарда оттегі немесе басқа қышқылдатқыш заттар болса, онда пассивтеу процесіне әкеледі және коррозияны тежейді. Басқа жағдайларда қышқылдатқыштар метал коррозиясын жеделдетеді. Аэрирленген сулы ерітінділерде темір оттектік деполяризациясы мен корродирленеді:
4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3
Ерітілген оттегінің концентрациясын төмендету үшін гидразин немесе натрий сульфитін қосады. Гидразин мен ерітілген оттегі арасындағы реакция:
N2H4 + O2 = N2 +2H2O
Гидрозиннің артығы аммиак пен азотқа жіктеледі:
3N2H4 = N2 + 4NH4
Суда аммиактың болуы сілтілікті арттырады, сондықтан оңтайлы әсер етеді.
Натрий сульфитін пайдалану гидрозинге қарағанда тиімсіз, себебі судағы тұздың көбеюіне әкеледі:
Na2SO3 + 12O2 = Na2SO4
Сөнген әкпен сулы ерітінділерді өңдеу өндірісте кеңінен қолданылады. Осылайша ерітінділердің pH-ын реттейді, сонымен қатар ондағы тұздың болуын азайтады. Ерітінділерді сілтілеу кезінде қиын еритін метал гидроксидтері түзіледі. Гидроксидтердің бір бөлігі тұнбаға түседі және ерітіндідегі метал иондарының құрамы төмендейді.
Бу қазандарында тат баспау үшін суды терң тазарту үшін ион алмасу өңдеуін пайдаланады. Әдетте ион алмасу аппараттарының бірнеше түрін қолданады. Бастапқыда катионалмасушы смола пайдаланады және суды метал катиондарынан тазартады. Келесі деңгейлерде әлсіз және күшті қышқылдардың анионалмасушы тазартуын жүргізеді.
1.6 Ингибиторлық қорғаныш
ISO 8044-1986 стандартына сәйкес коррозия ингибиторлары (КИ) деп коррозиялық жүйеде белгілі бір концентрацияда бола отырып, кез елген коррозиялыө реагенттің концентрациясын өзгертпей, коррозия жылдамдығыын азайтатын химиялық қосындыны айтады. Коррозия ингибиторлары химиялық қосындылар композициясы да бола алады. Коррозиялық ортадағы ингибиторлардың аз болуы мүмкін.
Ингибиторлардың тиімділігі қорғаныш дәрежесімен Z (%) және тежелу коэффицентімен γ (ингибиторлық эффект) келесі формулалармен бағаланады:
Z=K1-K2K1∙100=i1-i2i1∙100 (1.6.1)
мұнда К1 және К2 [г(м2∙сағ)] - сәйкесінше ингибитормен және ингибиторсыз ортадағы балқу жылдамдығы; i1 және i2 [Асм2] - сәйкесінше ингибитормен және ингибиторсыз ортадағы метал коррозиясының ток тығыздығы. Толық қорғаныш кезінде Z коэффиценті 100% тең.
Тежелу коэффиценті ингибитор әсерінен коррозия жылдамдығы неше есеге қысқаратынын көрсетеді:
ɤ=K1K2=i1i2 (1.6.2)
Z және γ бір-бірімен келесідей байланысқан:
Z=1-1ɤ∙100 (1.6.3)
ɤ=11-Z100 (1.6.4)
Ингибиторлар келесідей жіктеледі:
1.әрекет ету механизмі бойынша - катодты, анодты, аралас;
2.химиялық табиғаты бойынша - бейорганикалық, органикалық және ұшатын;
3.әсер ету ортасына байланысты - қышқыл, сілтілік және бейтарап.
Ингибиторлардың әрекеті ингибитордың адсорбциясы немесе метал катионымен қиын еритін қосындылардың түзілуі нәтижесінде метал бетінің күйінің өзгеруіне негізделеді. Ингибиторлармен құрылатын қорғаныш қабаттар енгізілетін жабынқыштарға қарағанда жіңішке болады.
Ингибиторлар екі әдіспен әрекет етеді: актив бетің ауданын азайту немесе коррозиялық процестің активация энергиясын өзгерту.
Ингибитор адсорбциясы нәтижесінде екі еселенген электрлік қабатының өзерісі болады, сонымен қатар потенциалдың адсорбциялық секіріс шамасы ψ2 өзгереді. Ингибитордың тегіс қабатымен бетінің бөлігін экрандау (θ) бетінде болатын (θ - 1)коррозиялық процестен оны алып тастайды.
Катодты және анодты ингибиторлар сәйкес электродты реакцияны баяулатады, ал аралас ингибиторлар екі реакцияның да жылдамдығын өзгертеді. Адсорбция және металда қорғаныш қабатының пайда болуы ингибитордың заряд бөлшектеріне және бетімен химиялық байланыс құру қасиетіне негізделеді.
Катодты ингибиторлар катодты реакцияны немесе металдың актив еруін баяулатады. Жергілікті коррозияны болдырмай үшін анионды ингибиторлар тиімді. Металдың жақсы қорғанышы үшін түрлі қоспасы бар ингибиторлар композициясын пайдаланады. Бұл кезде болуы мүмкін:
1.аддитивті әрекет, қоспаның жеке құраушыларының ингибирлеуші эффекті қосылады;
2.антагонизм, бір компоненттің болуы басқа компоненттің ингибирлеуші әрекетін әлсіретеді;
3.синергизм, композиця компоненттері бір-бірінің ингибирлеуші әрекетін күшейтеді.
Коррозияға ингибиторлардың әсері ингибитордың болғандағы және болмаған кездегі коррозиялық процесті салыстырумен бағаланады.
Ингибитордаң әрекет ету механизмін зертте уәдістерінің бірі поляризациялық қисығын (анодты және катодты) салу болып табылады. 10.3-суретте қышқылдық коррозия кезіндегі қисықтар көрсетілген. Коррозиялық процестің тежелуі ретіндегі ингибиторлар поляризацияны ұлғайтады. Ингибиторлардың әрекет етуі тиімділігі жоғары болса, сәйкес поляризациялық қисықтың иілуі де үлкен болады. 1.6.1-суретте жартылай логарифмдік координатада ингибитор болған және болмаған кездегі қышқыл ерітіндісі үшін катодты (К) және анодты (А) поляризация қисығы көрсетілген. Поляризациялық қисықтың сызықты (тафелевтік) бөліктерінің экстраполяциясы коррозия потенциалдарын Екор1 мен Екор2 және коррозия жылдамдығын - iкор1 мен iкор2 анықтауға мүмкіндік береді. Осы шамаларды салыстыра отырып, ингибиторы болған кезде Екор1 шамасы оң аймаққа ығысатыны, ал коррозия жылдамдығы азаятыны байқалды. iкор1 мен iкор2 шамаларын пайдалана отырып ингибитор тиімділігін анықтауға және Z және γ шамаларн табуға болады.
1.6.1-сурет. Ингибитор әрекетінің тиімділігін көрсететін поляризациялық қисықтар
А1 және А2 - анодты поляризациялық қисықтар;
К1 және К2 - катодты поляризациялық қисықтар,
ингибитор болған кезде (А2 және К2) және болмаған (А1 және К1) кезде
1.7 Электродты потенциалдардың табиғатын анықтау
Металды ерітіндіге салғанда онда потенциал орнайды. Электродта болатын орта құрамына және процестің сипатына байланысты потенциал табиғаты әртүрлі бола алады.
Егер құрамында металдың ионы бар және метал-электролит шекарасын метал иондары ғана кесіп өтетін ерітіндіге метал енгізілсе, онда электродта тепе-теңдік (қайтымды) потенциал Ер орнатылады. Ерітіндідегі метал иондарының активтілігі бірге тең болса, стандартты потенциалды Ест өлшейді. Алмасу реакциясында метал иондары ғана емес, ерітіндінің басқа да компоненттері де қатысса, қайтымсыз немесе стационарлы потенциал орнатылады.
Осы процестің жеке нұсқаларын қарастырайық.
1 нұсқа. Метал, осы метал иондары бар электролит ерітіндісіне салынды. Метал-электролит ерітіндісі шекарасында мына реакция жүреді:
Me + mH2O = Men+ ∙ mH2O + ne
Метал бетінен ерітіндіге өтетін метал иондарының саны оның бетінде разрядталатын иондар санына тең. Сонымен қатар электр зарядының балансы мен масса бойынша баланс болады. Метал массасының өзгерісі болмайды.
Электродта орнатылатын потенциал өзінің тұрақты шамасын ұзақ уақыт сақтайды. Ол тепе-теңдік (қайтымды) потенциал Ер деп аталады. Тепе-теңдік потенциал Ер Нернст теңдеуімен есептейді:
EpMen+Me= EoMen+Me+RTnFlnaMen+ (1.7.1)
Немесе
EpMen+Me= EoMen+Me+2,3RTnFlgCMen+∙ɤMen+ (1.7.2)
мұндағы Е0 - металдың стандартты потенциалы; n - ион заряды; R - универсал газ тұрақтысы, Дж(моль ∙ К); Т - абсолют температурасы, К; F - Фарадей саны (96500 Клмоль); ɣMen+ - метал ионының концентрациясы, г-ионл.
(1.7.1) теңдеу бойынша, металдың тепе-теңдік потенциалы үлкен шектерде ерітіндідегі метал ионының концентрациясына тәуелді. Ep Men+Me - f(lgaMen+) тәуелділігі иілу бұрышының тангенсі бар түзу сызық болып табылады, ол тең:
tgα=2,3RTnF=0,059n (1.7.3)
Тепе-теңдік потенциалды есептеу үшін метал ионының активтілігін білу керек (1.7.1-кесте). Егер металдың еруінің өнімі оның гидроксиді болса:
Me(OH)2 + 2H+ + 2e = Me + 2H2O
онда метал ионының активтілігі гидроксидтің ерітімділігінің туындысы шамасынан анықталады (1.7.2-кесте):
ПРMe(OH)2=aMe2+∙aOH-2 (1.7.4)
Түрлендірулерден кейін тепе-теңдік потенциалды анықтайтын теңдеу алады:
EpMe(OH)2Me= EoMe2+Me+0,0592pKMe(OH)2-0,059pH (1.7.5)
Осындай заңдылықтар Ag, Cu, Cd, Hg металдарында да байқалады. Потенциалдардың тепе-теңдік шамалары концентрацияның кең диапазонында өздерінің иондарының ерітінділерінде орнатылады.
1.7.1-кесте
250С кезіндегі сулы ерітіндідегі кейбір күшті электролиттердің активтілігінің орташа иондық коэффиценттері (ɣ+-)
Электролит
Электролит концентрациясы, моль1000 г H2O
0,0001
0,001
0,01
0,1
1,0
CdSO4
0,85
0,699
0,404
0,150
0,042
CuSO4
0,85
0,740
0,40
0,150
0,042
FeCl2
-
0,890
0,750
0,520
0,508
NiSO4
-
0,764
0,455
0,180
0,042
NiCl2
-
-
-
0,520
0,542
ZnSO4
-
0,700
0,390
0,150
0,045
ZnCl2
-
0,880
0,710
0,500
0,330
1.7.2-кесте
Кейбір гидроксидтер үшін ерітімділіктің туындысы
Реакция
Ерітімділіктің туындысы
Fe(OH)2 = Fe2+ + 2OH-
1∙10-14
Fe(OH)3 = Fe3+ + 3OH-
2∙10-39
Ai(OH)3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O
1∙10-9
ZnO + 2H+ = Zn2 + H2O
6,7∙10-12
Mn(OH)3 = Mn2+ + 2OH-
1,6∙10-13
Ca(OH)2 = Ca2+ +2OH-
3,7∙10-6
Mg(OH)2 = Mg2+ + 2OH-
1∙10-11
2 нұсқа. Металдар қатары бар, мысалы Ni, Fe, Al, Mg және тағы басқа, оларды өздерінің иондарының ерітіндісіне салғанда, оларға тепе-теңдік потенциал орнатылмайды. Потенциалдың шамасы Нернст теңдеуіне бағынбайды. Себебі, метал электродта электрон алмасу реакциясынан басқа, ерітіндіде болатын қышқылдатқыштарды қайта қалпына келтіру реакциясы жүреді. Қышқылдатқыштар ретінде оттегі немесе су алынады. Олардың қайта қалпына келу реакциясы мынадай:
pH 7 кезінде: 2H2O + 2e = H2 + OH-
O2 + 2H2O + 4e = 4OH-
pH 7 кезінде: 2H3O+ + 2e = H2 +2H2O
O2 + 4H3O+ + 4e = 6H2O
Метал потенциалдары, оларды электролитке салғанда зарядтарды метал-электролит шекарасы арқылы өткізгенде, сәйкес металдың иондары ғана емес, басқа иондар мен молекулалар да өтетін потенциалдар тепе-теңдік емес немесе қайтымсыз потенциалдар деп аталады.
Металдың еру жылдамдығы iкор металдың иондалуының жылдамдығы мен метал ионы разрядының жылдамдығы арасындағы айырым ретінде қабылдауға болады:
iкор = iMe - iMe ∙
Потенциалдың орнатылған шамасын коррозия потенциалы деп атайды.
Барлық жеке реакциялардың жылдамдықтары сәйкес келіп және олардың барлығын ескеруге болса, онда потенциалдың орнатылған шамасы металдың тепе-теңдік потенциалына да, қышқылдатқыштың тепе-теңдік потенциалына да жауап бермейді. Бірақ практикада электрд потенциалы Екор сәйкес метал электрдтың потенциалынан немесе қышқылдатқыштың тепе-теңдік потенциалынан ерекшеленбейді.
Егер металдың алмасу тогы осы металдағы сутектің алмасу тогынан жоғары болса, онда потенциалдың орнатылған шамасы Екор тепе-теңдік потенциал шамасына Ер жақын болады. Мұндай жүйенің мысалы - қышқыл ерітіндідегі цинктің коррозиясы. Егер металдың алмасу тогы осы металдағы сутектің алмасу тогынан төмен болса, онда потенциалдың орнатылған шамасы Екор сутектік электрдтың тепе-теңдік потенциал шамасына Ер(Н) жақын болады: Екор = Ер(Н). Мұндай жүйенің мысалы - әлсіз қышқыл ортадағы темір коррозиясы.
Зертханалық жұмыстың қойылымы кезінде, электрдты потенциалдың табиғаты туралы мәселені шешуде, Нернст теңдеуімен есептелген потенциалдың теориялық шамасын оның тәжірибелік шамасымен салыстырады. Метал электроды иондары бар ерітінділер үшін тәжірибелік және теориялық жолмен алынған иондар активтілігіне потенциалдың тәуелділігі салыстырылады.
Егер метал потенциалы тепе-теңдік емес болса, онда Ер(Ох) мен Ер(Ме) есептелген шамаларын Екор шамасымен салыстырады. Бұл кезде анықтауға болады:
oo Қай катодты реакциямен коррозия жүретіндігін, және коррозия процесінің термодинамикалық мүмкіндігін:
∆G=-nFEp(Ox)-Ep(Me)0 (1.7.6)
oo Катодты және анодты қайта кернеулену қатынасын:
ηk=EOx-EpOx (1.7.7)
ηa=EMe-Ep(Me) (1.7.8)
Коррозиялық процестің баяулатылған деңгейі бақылаушы фактор деп аталады. Оны анықтау үшін әрбір деңгейдің бақылау дәрежесін анықтайды:
Ck=ηaEpOx-Ep(Me)∙100 (1.7.9)
Ck=ηkEpOx-Ep(Me)∙100 (1.7.10)
мұнда Ск - катодты бақылау дәрежесі; Са - анодты бақылау дәрежесі.
2 АРНАЙЫ БӨЛІМ
2.1 Катодты қондырғыны автоматтандыру
Катодты станция жұмысы көптеген факторлармен анықталады, соның ішінде қондырғының электрлік және геометриялық параметрлерімен, анод-топырақ-қондырғы контурының кедергісімен және т.б. сипатталады.
Жауын-шашын, тоңу, коррозия өнімінің жиналуы, изоляцияның нашарлануы әсерінен қорғаныш контурының кедергісінің мерзімдік тербелісі нәтижесінде қорғанышқа қажет ток немесе станциямен берілетін ток өзгереді. Бұл өзгерістер баяу жүргендіктен, катодты станцияның сорушы кабеліндегі токты реттеу керек. Катодты станцияның жұмыс режимін реттеудің бірнеше әдісі бар.
Катодты қорғаныш тогы алдын ала берілген программа бойынша реттеле алады. Автоматты қондырғы топырақ кедергісінің мерзімдік өзгерісін қарастыратын программа бойынша қорғаныш тогының шамасын өзгертеді. Бірақ катодты станцияны автоматты реттеудің мұндай әдісі шектеулі түрде қолданылады. Катодты станцияны реттеу катодты қондырғыны жалғау нүктесінде қорғалатын құрылғының электродты потенциалының тұрақтандыру талабына негізделеді. Соңғы кезде үзілісті катодты поляризация әдісі кең қолданылады. Бұл әдіс ток көзін өшіру кезінде төмендеп, ал ток көзін қосу кезінде жоғарылайтын потенциалдың үздіксіз өзгерісін қарастырады. Мұндай типті қондырғылар импульстің берілген жиілігімен, немесе өшіру және қосу кезінде максимал немесе минимал потенциалдың берілген шамасымен жұмыс істей алады.
Бірдей ұзақтығы және амплитудасы бар импульстер қолданыла алады. Бұл кезде реттеу уақыт бірлігіндегі импульстар өзгерісіне негізделеді. Өшіру немесе қосу аралығының ұзақтығы мен ток шамасы орта күйі мен қасиетіне байланысты құрылғымен реттелетін схема құруға болады.
Автоматты катодты станциялар:
1. Потенциалы бойынша реттелетін қондырғылар:
oo Қондырғы потенциалы бойынша;
oo Қоршаған орта потенциалы бойынша;
oo Периодты поляризациясы бар: ұзақтық және импульсті;
1.1 Үздіксіз әсері бойынша:
oo Дискретті реттеу;
oo Үздіксіз реттеу;
1.2 Контактілі:
oo Релелі қайта реттеу;
oo Реттеудің электромеханикалық жетегі;
oo Магнитті реттегіші бар;
oo Реостатты реттегіші бар;
1.3 Контактісіз:
oo Автотрансформаторы бар;
oo Басқарушы вентилі бар;
oo Айнымалы кернеу генераторы бар;
oo Магнитті күшейткіші бар;
oo Түзеткіштің біріншілік орамындағы,
oo Түзеткіштің екіншілік орамындағы;
1.4 Контакторлы:
oo айнымалы амплитуда мен период;
oo өзіндік реттеу, қосылу және өшірілу;
oo қанығуы бойынша реттеу;
oo ұзақ;
oo қысқа уақыттық;
1.5 Контакторсыз:
oo Тұрақты амплитуда мен период;
oo Дискретті реттеу τ1, τ2 бойынша;
oo τ1 τ2 тұрақты қатынастар;
2. Ток бойынша реттелетін қондырғылар.
Реттеудің көрсетілген әдісі техникалық түрде әртүрлі орындалуы мүмкін. Үздіксіз және дискретті, бір немесе көп сатылы бақылау және реттеу схемасы қолданылады, олар электромашиналы, электронды және магнитті реттегіштерді қолданып, контактті және контактсіз ток шектеуші элементтерде құрылады.
Қондырғының құрылымдық орындалуынан автоматты реттеу сенімділігі мен алынатын экономикалық эффект тәуелді.
2.2 Катодты қорғанышты автоматтандыру мәселесінің жалпы қойылымы
Электрохимиялық қорғанышты реттеудің барлық әдістерін салыстыра отырып, электрохимиялық процесті ескере отырып, реттеудің үздіксіз поляризация әдісі тиімді екені анықталды. Қарастырылған принциптердің біріншісі поляризациялық және изоляциялық тұрақтылық шарттарында ғана қорғаныштың нормаль жұмысын қамтамасыз етеді, сонымен қатар қоздырушы токтардың сыртқы өрісі әсер етеді. Реттеудің мұндай әдісі қойылған есеп талаптарына жауап бермейді, және қоздырушы токтары жоқ катодты немесе протекторлы қорғаныш қондырғылары үшін анод пен изоляцияның омдық кедергісін жоғарылату, ток көзінің ЭҚК-ін азайту арқылы ток өзгерісін компенсациялау үшін қолданылады.
Қорғаныш негізін элекродты потенциалдың тұрақтылығы бойынша реттеу көрсетеді. бұл жағдайда автоматты құрылғы сыртқы өрістердің барлық өзгерісін, сонымен қатар ток көзі мен анодтың күйімен анықталатын факторларын компенсациялайды. Сонымен қатар қорғаныш қабатының меншікті кедергісі мен металдың поляризациялылығының өзгерісі ескеріледі. Реттеудің осы принципі бойынша құрылған қондырғылар қоздырушы токтардың сыртқы өрісі әсері кезінде де жұмыс істей алады. Бірақ реттеудің бұл әдісі катодты-поляризациялық құрылғыда болатын электрохимиялық процестердің негізін ескерсе, жеңілдейді. Осындай қондырғыларды құру кезінде электродты потенциалды тұрақтандыру қажет. Бір ғана жартылай өткізгішті күшейткіші немесе магнитті күшейткіші бар қондырғылар электродты потенциалды реттеудің +-0,1-0,2 В шегінде тұрақтылығын қамтамасыз етеді.
+-0,02-0,08 В реттеу шегіне ауысу үшін жартылай өткізгішті магнитті реттегіші бар қондырғылар құру, екі ретке күшейтуді көтеру, станция қуаты мен кернеуін 2-3 есе жоғарылату керек. Бұл кезде қондырғыға қызмет көрсету және жөндеу қиындығы, сонымен қатар бағасы жоғарылайды. Негізінде потенциалдың тұрақтылығына қойылатын талаптар реттелетін процестерге сай келмейді. Мұндай реттеудің негізгі мәселесі изоляция күйіне қауіпті жоғары шама мен қорғаныш болмайтын төменгі шама шегінде потенциалды орнату болып табылады.
Зерттеулер бойынша қорғаудан кейін жалпы ұзақтығы астрономиялық уақыттың 13 тең коррозияның периодты әсері кезінде де коррозия тоқтатылады. Қара металдар үшін топырақтағы потенциалдың төменгі және жоғарғы шамалары 1,2 және -0,85 В болып табылатындықтан, ауытқуы бар потенциалды реттеу берілген шамадан +-0,1-0,2 В. Қорғанышы жоқ қоздырушы токтардың сыртқы өрісіндегі құрылғы потенциалының өзгерісі теріс немесе оң шама жағына қарай ондаған волтқа дейін жете алады.
Периодты поляризация арқылы реттеудің үшінші әдісі түрлі принциптерге негізделе алады. Жоғарғы және төменгі берілген потенциал кезіндегі бөлу әдісі қарапайым болып табылады. Сонымен қатар шектік потенциал кезінде токтық бөлумен жүйені поляризациялылығы бойынша реттеу ыңғайлы болып келеді.
Көрсетілген принцип бойынша реттеу басқа да электрохимиялық параметрлерге негізделе алады, мысалы метал мен орта шекарасындағы екі еселенген электрлік қабаттың сыйымдылығының өзгеруі, pH өзгерісі, диффузиялық өзгерісі және ттағы басқа. Реттеудің мұндай әдістері электрохимиялық қорғаныш кезінде метал мен орта шекарасында болатын құбылыстарды көрсетеді, және қорғанышты пайдалану арқылы тиімді экономикалық көрсеткіштерге жетуге болады. Қорғаныш әсерінің импульс ұзақтығы аз болса, экономикалық көрсеткіші жоғары болады. Автоматты реттеудің бұл әдісі қоздырушы тогы жоқ аймақта жұмыс істейтін құрылғылар үшін қолданылады, сонымен қатар ауыспалы сұйық ортамен әрекеттесетін құрылғыларда пайдаланылады.
Катодты қорғанышты реттеудің жалпы әдісі қорғалатын қондырғының электродты потенциалының өзгерісін туғызатын және сыртқы қоздырушы ток әсерінен туындайтын сыртқы өрістің өзгерісін туғызатын катодты қорғаныштың негізгі жұмыс тогы бар әдіс болып табылады. Мұндай әдіс автоматты қондырғыларды құруды қиындатады, себебі қондырғының негізгі жұмыс тогын реттеуді қажет етеді. Мұның басқа да шешімі ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Жерасты құбырөткізгіштер коррозиялық жағдайда жұмыс істейді, сондықтан құбырларды коррозияға қарсы қорғанышты қажет етеді. Құбырөткізгіштердегі 45% апаттар коррозия әсерінен болады. Сондықтан коррозияға қарсы қорғаныштың тиімділігі құбырөткізгіштің сенімділік деңгейін көрсетеді. Коррозиядан құбырөткізгіштерді қорғау әдісін таңдау техника-экономикалық түсініктен анықталады. Жобаларды дайындау кезінде техникалық (топырақтың коррозиялық активтілігі, токтың болуы немесе болмауы және коррозияға қарсы изоляцияның түрі) және экономикалық факторлар (шығындар көлемі, эксплуатациялық шығындар) ескеріледі.
Қоршаған ортаның жалпы жағдайындағы құбырөткізгіштер мен металл конструкциялардың жұмыс істеу уақыты коррозияның қайтымсыз процестері әсерінен өте қысқа болып келеді. Оны тәжірибеде кеңінен қолданылатын құбырөткізгіштердің коррозиялық сенімділігін арттыру бойынша жұмыстар көмегімен ұзартуға болады. Оған коррозияға тұрақты құбырларды пайдалану, сонымен қатар құбырөткізгішті коррозиядан қорғаудың үш әдісі қолданылады:
1.қондырғы бетінің сыртқы агрессивті ортадан байланысын изоляциялау (пассивті қорғаныш);
2.сыртқы ортаға оның агрессивтілігін азайту үшін әсер ету;
3.жерасты метал қондырғыларға электрохимиялық қорғанышты пайдалану (активті қорғаныш).
Бұл дипломдық жобада жерастындағы құбырларды коррозиядан қорғаудың автоматтандырылған басқару жүйесін жасау қарастырылған.
Диплом жобасында катодты қорғау станциясының ерекшеліктері, оны құру шарттары, оның түрлері мен тәсілдері қарастырылған, сонымен қатар жерасты құбырларды коррозиядан қорғау түрлері мен автоматты катодты станциялардың жіктелуі көрсетілген, оны автоматты түрде басқару жоспарлары шешілген.
1 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Коррозиялық процестерді жіктеу
Коррозиялық процестері металдың сыртқы ортамен өзара әсері механизмі, коррозиялық орта түрі мен процестің жүру шарттары, коррозиялық бүлінудің сипаты, коррозиялық орта әсерімен бірге метал ұшырайтын қосымша әсер түрлері бойынша жіктеледі.
Процес механизмі бойынша металдың химиялық және электрохимиялық коррозиясы болады.
Химиялық коррозия - металл мен коррозиялық ортаның өзара әрекеті процесі, бұл кезде металдың қышқылдануы және ортаның қышқылдаушы компонентінің қайта құрылуы бір актта бір уақытта болады. Өзара әрекет өнімдері кеңістікте бөлінбеген.
Электрохимиялық коррозия - метал мен коррозиялық ортаның өзара әрекеті процесі, бұл кезде метал атомының иондалуы мен коррозиялық ортаның қышқылдаушы компонентінің қайта құрылуы бір актте болмайды және олардың жылдамдығы электродты потенциалға тәуелді.
Коррозиялық орта түріне және процестің жүру шарттарына байланысты коррозия бірнеше түрге бөлінеді.
Газдық коррозия - ылғалдың минимал құрамы (0,1% аспа йды) және жоғары температура кезіндегі газдық ортадағы металдың химиялық коррозиясы. Химиялық және мұнайхимиялық өндірісте коррозияның мұндай түрі жиі кездеседі. Мысалы, күкірт диоксидін қышқылдау арқылы күкірт қышқылын алу кезінде, аммиак синтезі кезінде, хлор сутегін және азот қышқылын алуда, органикалық спирттің синтезі кезінде, мұнай крекингі және т.б.
Атмосфералық коррозия - кез келген ылғалды газдағы немесе атмосферадағы метал коррозиясы.
Жерасты коррозиясы - жерастындағы немесе топырақтағы метал коррозиясы.
Биокоррозия - микроағзалардың әсерінен жүретін коррозия.
Контактілі коррозия - берілген электролитте әртүрлі стационарлы потенциалдары бар, металмен байланыс арқылы пайда болатын коррозия.
Радиациялық коррозия - радиоактивті сәулеленуге негізделген коррозия.
Сыртқы токпен коррозия және қоздырушы токпен коррозия. Бірінші жағдайда - сыртқы қорек көзінің тогы әсерінен туындайтын метал коррозиясы. Екінші жағдайда - қоздырушы ток әсерінен болады.
Кернеумен коррозия - коррозиялық орта мен механикалық кернеудің бір уақытта болған әсерінен туындайтын коррозия. Егер ол созушы кернеу болса, онда металл сына бастайды. Бұл - механикалық жүктемелерден өтетін құрылымдар үшін коррозияның қауіпті түрі (осьтер, рессорлар, автоклавтар, турбиналар және бу қазандар, т.б.).
Егер метал бұйымдар циклдік созушы кернеу әсеріне ұшыраса, коррозиялық шаршауды туғызуы мүмкін. Коррозияның мұндай түріне автомобиль рессорлары, канаттар ұшырайды.
Коррозиялық кавитация - сыртқы ортаның ұрмалы және коррозиялық әсеріне негізделген металдың бүлінуі.
Фреттинг-коррозия - коррозиялық ортаның әсерімен және вибрациямен туындайтын коррозия түрі.
Үйкеліс және вибрация кезінде коррозияны жою үшін конструкциялық материалдың дұрыс таңдау, үйкеліс коэффицентін төмендету, жабынқыштарды пайдалану және т.б. керек.
Метал немесе қорытпаның бетінің өзгеру сипаты бойынша коррозиялық бүліну бірнеше түрге жіктейді (1.1.1-сурет).
1.1.1-сурет. Коррозия түрлері:
а - тегіс біркелкі; б - тегіс біркелкі емес; в - құрылымды-таңдамалы;
г - дақтары бар; д - ісіктері бар; е - нүктелері бар (питтингтік);
ж - бетінің астындағы
Коррозия тегіс деп аталады (1.1.1а,б-сурет), егер ол металдың барлық бетін қамтыса. Тегіс коррозия жіктеледі: егер процес металдың барлық беті бойынша бірдей жылдамдықпен жүрсе, онда ол біртекті болады, ал егер бетінің түрлі аймағында процес жылдамдықтары әртүрлі болса, ол біртексіз деп аталады. Біртекті коррозия, мысалы ауадағы темір құбырлардың коррозиясы кезінде болады.
Таңдамалы коррозия кезінде қорытпаның бір компоненті немесе бір құрылымдық құраушысы бүлінеді. Мысал ретінде латуньнен цинкті ажырату немесе шойынды графиттеуді алуға болады.
Жергілікті коррозия металл бетінің жеке бөліктерін қамтиды. Жергілікті коррозия металға қатты терең емес енген жеке дақ түрінде; металға тереңінен енген раковинаға ұқсас ісік-бүлінулер түрінде; металға терең енетін нүкте түрінде бола алады.
Бірінші түрі, мысалы теңіз суындағы латунь коррозиясы кезінде болады. Язвалық коррозия топырақтағы болатта байқалады, ал питтингтік коррозия теңіз суындағы аустенитті хромникельді болатта байқалады.
Бетінің астындағы коррозия метал бетінде басталады, содан соң метал түбіне дейін тарайды. Коррозия өнімдері металда жинақталған болады. Коррозияның бұл түрі металл бұйымдардың қабаттасуына және көтерілуіне әкеледі.
Кристалл аралық коррозия дән шекарасы бойынша металдың бұзылуымен сипатталады. Ол кезде металдың сыртқы түрі өзгермейді, бірақ ол беріктігін тез жоғалтады, және оңай бұзылады. Кристалл аралық коррозия дән арасында дымқыл беріктігі аз коррозия өнімдерінің пайда болуымен сипатталады. Мұндай бүлінуге хром және хромникельді болат, никель және алюминий қорытпалар ұшырайды.
Тесіктік коррозия резьбалы бекітулер, төсеніштер астында болатын металдың бұзылуы болып табылады.
1.2 Сыртқы коррозиядан құбырөткізгіштерді қорғау әдістерінің жіктелуі
Жерасты құбырөткізгіштер арнайы коррозиялық жағдайда жұмыс істейді, ол коррозияға қарсы қорғанышты қажет етеді. Топырақты коррозия құбырөткізгіштер эксплуатациясы шарттарын анықтаудағы маңызды факторлардың бірі болып табылады. Құбырөткізгіштердегі 45% апаттар коррозия әсерінен болады. Сондықтан коррозияға қарсы қорғаныштың тиімділігі құбырөткізгіштің сенімділік деңгейін көрсетеді. Коррозиядан құбырөткізгіштерді қорғау әдісін таңдау техника-экономикалық түсініктен анықталады. Жобаларды дайындау кезінде техникалық (топырақтың коррозиялық активтілігі, токтың болуы немесе болмауы және коррозияға қарсы изоляцияның түрі) және экономикалық факторлар (шығындар көлемі, эксплуатациялық шығындар) ескеріледі.
Қоршаған ортаның жалпы жағдайындағы мыс құбырөткізгіштер мен метал конструкциялардың жұмыс істеу уақыты коррозияның қайтымсыз процестері әсерінен өте қысқа болып келеді. Оны практикада кеңінен қолданылатын құбырөткізгіштердің коррозиялық сенімділігін арттыру бойынша жұмыстар көмегімен ұзартуға болады. Оған коррозияға тұрақты құбырларды пайдалану, сонымен қатар құбырөткізгішті коррозиядан қорғаудың үш әдісі қолданылады:
1.қондырғы бетінің сыртқы агрессивті ортадан байланысын изоляциялау (пассивті қорғаныш);
2.сыртқы ортаға оның агрессивтілігін азайту үшін әсер ету;
3.жерасты металл қондырғыларға электрохимиялық қорғанышты пайдалану (активті қорғаныш).
Құбырөткізгіштерді коррозиядан қорғау әдістерінің жіктелуі 1.2.1-суретте көрсетілген.
Бірінші әдіс пассивті қорғаныш деп аталады. Онда қарастырылған:
1.металл бетіне металға және қоршаған агрессивті ортаға қатысты химиялық инертті жоғары диэлектрлік қасиеті бар затты енгізу. Қорғаныш материалдары ретінде полимерлік материалдар, сырлар, лактар және эмальдар қолданылады. Бұл материалдар берік және қорғлатын металға жаксы жабысатын қасиеті бар қатты қабат түзеді. Металл объектілерге қорғаныш қабатын пайдалану - кең тараған әдістердің бірі;
2.қала және өндірістік аймақтардағы жерасты қондырғыларын қорғау үшін қолданылатын арнайы орналастыру әдістері, мысалы коллекторлық төсеніш, бұл кезде жерасты құбырларды арнайы арналарға орналастырады. Ондағы изоляциялаушы қабат құбырөткізгіш қабырғасы мен арна арасындағы ауа кеңістігі болып табылады.
Құбырөткізгіштерді коррозиядан қорғаудың екінші әдісі - қоршаған ораның агрессивтілігін төмендету. Оның бірнеше әдісі бар, бірінші жағдайда коррозияның ингибиттерінің шығару арқылы агрессивті ортаны дезактивациялық өңдеу болып табылады. ISO 8044 стандартына сәйкес коррозия ингибиттерін коррозиялық жүйеде бола отырып, кез келген коррозиялық реагенттің концентрациясын өзгертпей коррозия жылдамдығын төмендететін қосылулар деп атайды. Ингибиттердің әрекеті коррозияны тежейтін ингибатор иондары немесе молекулаларының метал бетіне адсорбциясына әкеледі. Бұл әдіске коррозияялық орта құрамынан агрессивті компоненттерді жоюды жатқызуға болады.
Топырақ электролитінің деаэрациясының мақсаты нақты кинетика режимінде жүретін анодты және катодты реакцияларға қатысатын агрессивті реагент ретіндегі ерітілген ауа оттегісінің концентрациясын төмендету болып табылады.
Биокоррозия қауіпін азайту топыраққа әртүрлі у-химикаттарды себу арқылы жүзеге асады. pH-тың үлкен шамасы кезінде сульфатты қайта құраушы бактериялардың өсуі тоқтайды. Сондықтан құбыр маңында pH-тың үлкен шамасын туғызатын арнайы сеппелер қолданылады.
1.2.1-сурет. Құбырөткізгіштерді коррозиядан қорғау әдістерінің жіктелуі
Топырақтың гидрофобизациясы құбырөткізгіш изоляциясын механикалық бүлінуден, қоршаған ортаның зиянды әсерінен қорғайды және оның ескіруін тежейді. Гидрофобизациялық термині ретінде коррозиялық активтілігі және ауа өткізгіштігі төмен, суға тұрақтылығы және су өткізбеу қасиеті жоғары және тұтқыр өніммен өңделген топырақ түсіндіріледі.
Топырақты ауыстыру топырақтың коррозиялық агрессивтілігін азайту мақсатында жүргізіледі, яғни физика-механикалық қасиетін жоғарылату үшін. Сонымен қатар топырақты қышқылмен бейтараптайды.
Үшінші әдіс активті қорғаныш деп аталады. Оған жатады:
1.электрөткізгіштігі жоғары ортадағы метал қондырғының тұрақты катодты поляризациясы. Электр энергиясының сыртқы көзінен қосылатын мұндай поляризация катодты қорғаныш деп аталады. Кейбір жағдайда катодты қорғанышты периодты түрде істеуге болады, ол экономикалық жағынан тиімді. Катодты қорғаныш кезінде затқа теріс электрлік потенциал береді де, ол катодқа айналады және металдың бұзылуы термодинамикалық мүмкін болмайды;
2.катодты поляризацияға негізделген протекторлы қорғаныш теріс электрлік потенциалы бар металмен қондырғының электрлік байланысы арқылы туындайды, мысалы магний қорытпалары бар мыс қондырғы. Едеуір электрлік теріс метал (магний) электрөткізгіштігі жоғары ортада бұзылады және оны периодты түрде ауыстырып отыру керек. Ондай метал протектор деп аталады, ал әдіс протекторлық қорғаныш деп аталады(латынша protector - қорғаушы).
3.электрдренажды әдіс, бұл әдіске қоздырушы токтармен күрес кезіндегі әрекеттер жатады, ол екі негізгі бағыт бойынша іске асады: ток көзіндегі қоздырушы токтардың пайда болуын болдырмау немесе азайту, және қоздырушы токтарды басқа жерге апару бойынша жерасты қондырғыдағы арнайы жұмыстар.
Құбырөткізгіш сенімділігін арттыру бойынша әрекеттерге коррозияға орнықты құбырларды пайдалану әдісі жатады, ол металға оның коррозиялық тұрақтылығын жоғарылататын компоненттер енгізумен немесе коррозияны жылдамдататын қоспаларды жою арқылы жүреді. Бұл әдіс мелады дайындау кезінде және метал бөлшектерді термиялық және механикалық өңдеу кезінде жүргізіледі. Пассивтеуге аз бейімделген металды металмен легирлеу кезінделегирлеуші металдың пассивтілігіндей қорытпа пайда болады. Осылайша көптеген коррозияға тұрақты қорытпалар алынған, мысалы хроммен немесе никельмен легирленген таттанбайтын мыс. Осыған титан немесе алюминий қорытпалардан жасалатын құбырлар, сонымен қатар химиялық тұрақтылығы жоғары бейметалдан жасалған құбырлар жатады (полимерлер, асбоцемент, бетон, керамика, шыныпластика және т.б.).
1.3 Коррозия көрсеткіштері
Коррозия жылдамдығы уақыт бойынша процестің белгілі бір көрсеткішінің өзгеру тәуелділігін зерттеу арқылы анықталады. Коррозияның τ1 уақыт моментіндегі нақты немесе лездік дифференциалды жылдамдығы көрсеткіш шамасының уақыт бойынша бірінші туындысына (y) тең, яғни τ=τ1 кезінде dy d τ. Әдетте практика жүзінде τ уақыт кезіндегі процестің орташа интегралды жылдамдығын анықтайды, яғни ∆y∆τ. Коррозия процесінің ең көп қолданылатын көрсеткішіне жатады: тереңдік, масса өзгерісі, көлемдік, механикалық және т.б.
Тереңдік көрсеткіш (Кп) уақыт бірлігіндегі металдың коррозиялық бүліну тереңдігін бағалайды (мысалы, ммжыл). Сонымен қатар уақыт бірлігіндегі металда пайда болатын коррозия қабатының қалыңдыңын өлшеу мүмкін.
Массалық көрсеткіш (Кm+-) метал бетінің ауданы S мен уақыт бірлігіне τ жататын, коррозия нәтижесінде пайда болатын метал үлгісінің массасының өзгеруін (m) сипаттайды (мысалы, г(м2∙сағ):
Km+-=mS∙τ (1.3.1)
Бұл көрсеткіш егер сынақ уақыты τ кезінде коррозия өнімін жойғаннан кейін метал массасы азайса, теріс болады, ал егер сынақ кезінде метал массасы көбейсе, оң болады.
Егер метал коррозиясының өнімінің құрамы белгілі болса, масса өзгерісінің оң көрсеткішінің теріске қайта есептелуін жүргізуге болады:
Km-=Km+nok∙AMenMe∙Aok (1.3.2)
мұнда Кm+ және Кm- көрсеткіштері - сәйкес оң және теріс коррозияның массалық көрсеткіштері; АМе - металдың атомдық массаы; АОК - қышқылдатқыштың атомдық массасы; nMe - металдың валенттілігі; nOK - қышқылдатқыштың валенттілігі.
Металдың біркелкі коррозиясы кезінде масса өзгерісінің теріс көрсеткішінен терңдік көрсеткішіне қайта есептеу жүргізуге болады КП (ммжыл):
KП=Km-∙8,76ρМе (1.3.3)
мұндағы ρМе, гсм3 - метал тығыздығы.
Коррозияның көлемдік көрсеткіші (КV) коррозия процесі кезіндегі нормаль шарттарға келтірілген, және уақыт бірлігіне және бетінің ауданына келтірілген, жұтылған немесе шығарылған газ көлемін көрсетеді (мысалы, см3(см2∙сағ)):
KV=∆VSτ (1.3.4)
Сонымен қатар коррозияның механикалық көрсеткіші қолданылады Кмех. Ол коррозия кезіндегі пайызбен көрсетілген металдың механикалық қасиетінің өзгеруін сипаттайды. Мысалы, беріктік көрсеткіші (Кσ):
Kσ=∆στ∆στo (1.3.5)
мұндағы στ - коррозия уақытында τ созылу кезінде беріктік шегін өзгерту; στ0 - коррозияға дейінгі созылу кезіндегі беріктік шегі.
Осыған қоса жіңішке беттік материалды зерттеуде пайдаланылатын электр кедергісін өзгерту көрсеткіші, уақыт бірлігіндегі және метал бетінің ауданындағы коррозия ошағының санымен сипатталатын ошақтық көрсеткіш (КN) бар.
1.4 Электрохимиялық қорғаныш
Электрохимиялық қорғаныш метал материалдардың коррозияға қарсы қорғанышының әдісі болып табылады, ол ерудің төменгі жылдамдығына сәйкес шамаға дейін потенциалды ығыстыру арқылы коррозия жылдамдығн төмендетуге негізделген. Әдістің негізі - тұрақты ток көзінен электрод поляризациясы кезінде немесе корродирлеуші жүйеге қатысты анод болып табылатын қосымша электродпен байланыс кезінде металдың электрохимиялық коррозиясының жылдамдығын төмендету.
1.4.1-суретте әртүрлі электрохимиялық қорғаныш әдістері кезіндегі металдың балқу жылдамдығының төмендеуін айқындайтын схема көрсетілген. Метал потенциалының ыңысу бағытына байланысты электрохимиялық коррозия анодты және катодты болып жіктеледі.
Егер конструкциялық материалдың бос коррозия потенциалы Екор активті балқу аймағында (Е1) немесе қайта пассивтеуде (Е2) болса, яғни материал үлкен жылдамдықпен балқыса, онда электрохимиялық қорғанышты пайдаланады.
1.4.1-сурет. Электрохимиялық қорғаныш кезінде металдың балқу жылдамдығын төмендету әдістері
Катодты қорғаныш кезінде металдың балқу жылдамдығының төмендеуі Екор-дан теріс аймаққа қарай потенциалдың ығысуы кезінде болады. Мысалы, егер металдың бос коррозиясының потенциалы Е1 активті балқу облысында (балқу жылдамдығы i1) болса, потенциалдың Е3 шамасына дейін теріс жаққа қарай ығысуы балқу жылдамдығының i3 шамасына дейін төмендеуіне әкеледі. Металдың балқу жылдамдығының осындай төмендеуі, метадлдың бос коррозиясы қайта пассивтеу аймағында болғанда да байқалады. Е4 шамасына дейін потенциалдың теріс аймаққа қарай ығысуы кезінде балқу жылдамдығы i4 дейін жетеді. Олардың айырмашылығы, бірінші жағдайда металдың балқу жылдамдығының төмендеуі оның балқу сипатының өзгермеуі арқылы іске асуында - метал актив күйду қалды. Екінші жағдайда метал актив күйден пассив күйге өтті.
Анодты қорғаныш кезінде қорғалатын конструкция потенциалын Екор-дан оң аймаққа қарай ығыстырады. Бұл кезде метал актив күйден пассиыв күйге өтеді. Осылайша, егер металдың бос коррозия потенциалы Е1 актив облыста орналасса, оған сәйкес жылдамдық i1 болады, онда оның оң аймаққа Е4 шамасына дейін ығысуы кезінде, балқу жылдамдығы i4 дейін төмендейді.
1.5 Катодты қорғаныш
Катодты қорғаныш, егер метал пассивтеуге жақын болса, активті балқудың созылған аймағы, тар пассив аймағы, критикалық токтың жоғары шамасы, пассивтеу потенциалы болған кезде жүреді. Катодты қорғаныш әртүрлі әдіспен іске асады: катодты реакцияның жылдамдығының төмендеуі (мысалы, коррозиялық процес жүретін ерітінділердің деаэрациясы); сыртқы ток көзінен поляризациясы; бос коррозияның потенциалы теріс, басқа материалмен байланыс құру (протекторлы қорғаныш).
Сыртқы ток көзінен поляризациясын пайдаланатын катодты қорғанышты көміртекті, төмен және жоғары легирленген, және жоғары хромды болаттан, қалайы, цинк, мыс және мыс никельді қорытпалардан, алюминий және оның қорытпасынан, қорғасын, титан және оның қорытпасынан жасалған құрылғыларды қорғау үшін пайдаланады. Бұлар - жерасты қондырғылары (құбырөткізгіштер мен тағайындалуы әртүрлі кабельдер, фундаменттер, бұрғылау құрылғысы), теңіз суымен қатынасатын эксплуатацияланатын құрылғылар (теңіз бұрғылау платформасы, жағалау қондырғыларының метал бөліктері), химиялық өндірістің резервуарлары мен аппараттардың ішкі беттері. Әдетте катодты қорғанышты қорғаныш қабаттарын енгізумен бірге қолданады. Сыртқы поляризациясы кезінде металдың өзіндік балқу жылдамдығының азаюы қорғаныш эффектісі деп аталады.
Катодты қорғаныштың негізгі критерийі қорғаныш потенциалы болып табылады. Қорғаныш потенциалы деп металдың балқу жылдамдығы шектік төмен шама кезіндегі, берілген эксплуатация шарттары үшін мүмкін, потенциалды айтады. Катодты қорғаныштың сипаттамасы - қорғаныш эффектісінің шамасы Z (%):
Z=K0-K1K0∙100% (1.5.1)
мұнда К0 [г(м2∙сағ)] - қорғанышы жоқ метал коррозиясының жылдамдығы, К1 [г(м2∙сағ)] - электрохимиялық қорғаныш кезіндегі метал коррозиясының жылдамдығы. Қорғаныш әрекетінің коэффицентін K3 [гА] келесі формуламен анықтайды:
K3=∆m0-∆m1ik (1.5.2)
мұндағы ∆m0 және ∆m1 - катодты қорғанышты пайдаланған жәнепайдаланбаған кездегі сәйкес метал массасының шығыны (гм2), ik [Ам2] - катодты ток тығыздығы.
Катодты қорғанышты ұйымдастыру кезінде сыртқы ток көзінің теріс полюсі қорғалатын метал конструкцияға жалғайды, ал оң полюсті анод ретінде жұмыс істейтін қосымша электродқа жалғайды. Қорғаныш процесі кезінде анод бүлінеді және оны жиі ауыстырып тұру керек.
Катодты қорғаныш кезінде сыртқы ток көзі болып катодты қорғаныш станциясы саналады, оның міндетті элементтері: ток шығаратын түрлендіргіш (түзеткіш); қорғалатын конструкцияға ток беруші, салыстыру электроды, анод жерлестіргіштері, анодты кабель.
Катодты қорғаныш станциялары реттелетін және реттелмейтін болады. Катодты қорғаныштың реттелмейтін станциясы ток тізбегіндегі кернеу болмаған кезде қолданылады. Бұл станциялар тұрақты потенциалды немесе токты ұстап тұру режимінде жұмыс істейді және құбырөткізгіштерді, болат қабаттағы жоғары кернеулі кабельдерді, резервуарларды қорғау үшін пайдаланылады.
Катодты қорғаныштың реттелетін станциялары жүйеде қоздырушы ток (электрифицирленген көліктің жағын орналасуы) болған кезде, токтың таралу кедергісінің периодты өзгерісі кезінде (топырақ ылғалдылығының және температураның мерзімдік тербелісі), технологиялық тебеліс кезінде (сұйықтықтың ағу жылдамдығының және ерітінді деңгейінің өзгеруі) қолданылады. Реттелетін параметрге ток пен потенциал жатады. Катодты қорғаныш станциясының қорғалатын объекттің ұзындығы бойынша орналасу жиілігі эксплуатациялық ортаның электрөткізгіштігімен анықталады. Ол жоғары болған сайын, катодты станциялар бір-бірінен алшақ орналасатын болады.
Катодты станцияның оң полюсін жермен жалғастыратын анод жерлестіргіштері түрлі металдардан жасалады - болат, графит, ферросилицида, титан, платинделген титан және тағы басқа. Анод жерлестіргіштерінің орналасу сұлбасы қорғалатын конструкция конфигурациясымен анықталады. Катодты қорғаныш станциясының қуаты анод жерлестіргіштерімен токтың таралуының максимал кедергісімен анықталады. Берілген кедергіні төмендету үшін анод жерлестіргіштерін кедергісі минимал топырақ аймақтарында немесе арнайы кокс сеппелеріне орналасады.
Сеппе қалың кокс қабатынан тұрады, оған гипс пен 4:1 қатынасындағы тұз қосады. Мұндай сеппенің электрөткізгіштігі жоғары болып келеді.
Сулы объекттерді қорғау үшін анодтарды теңіз бен өзендердің түбіне орналастырады. Зауыт аппаратурасын қорғау кезінде анодты технологиялық ортаға орналастырады.
Сыртқы токпен катодты қорғау изоляциялық жабынқышқа қосымша құрал ретінде қолданады. Бұл кезде изоляциялық жабынқыш бүлінген болуы да мүмкін. Қорғаныш тогы әдетте қорғауды қажет ететін металдың ашық бөліктерімен өтеді.
Сыртқы токпен катодты қорғанышты бүлінуі маңызды құрылымдар үшін де пайдаланады, ол ары қарайғы коррозияны тежейді.
Катодты қорғанышты пайдалану қайта қорғаумен қауіпті. Қорғалатын конструкцияның потенциалы теріс аймаққа қарай тым қатты ығысса, сутегінің бөлінуінің жылдамдығы лезде өсуі мүмкін. Оның нәтижесі қорғаныш қабатыныңм бүлінуі, материалдың коррозиялық сынуы және сутектік ісіну болуы мүмкін.
1.5.1 Коррозияға қарсы қорғаныш ретіндегі орта құрамын өзгерту
Эксплуатацияның өндірістік шарттары коррозиядан пайда болатын шығынды азайту үшін агрессивті ортаның құрамын өзгерту керек. Екі әдісті пайдаланады:
1.агрессивті ортадан коррозияның пайдаболуына әкелетін заттарды жою;
2.агрессивті ортаға коррозиялық процес жылдамдығын төмендететін арнайы заттар енгізу.
1.5.2 Коррозиялық ортаның агрессивтілігін төмендету
Коррозиялық ортаның құрамын біршама өзгерту келесі әдістердің бірі арқылы іске асады:
1.ерітіндінің деаэрациясы, оны азотпен байыту немесе жұтушы оттегіні енгізу көмегімен оттегіні жою;
2.қышқыл натрмен немесе сөнген әкпен ерітіндіні бейтараптау арқылы қышқылдарды жою;
3.ион алмасатын смола көмегімен бу қазандарын қоректендіретін суларды тұздардан тазарту;
4.вакуумдеу.
Берілген ортада пассивтелінетін металдарда оттегі немесе басқа қышқылдатқыш заттар болса, онда пассивтеу процесіне әкеледі және коррозияны тежейді. Басқа жағдайларда қышқылдатқыштар метал коррозиясын жеделдетеді. Аэрирленген сулы ерітінділерде темір оттектік деполяризациясы мен корродирленеді:
4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3
Ерітілген оттегінің концентрациясын төмендету үшін гидразин немесе натрий сульфитін қосады. Гидразин мен ерітілген оттегі арасындағы реакция:
N2H4 + O2 = N2 +2H2O
Гидрозиннің артығы аммиак пен азотқа жіктеледі:
3N2H4 = N2 + 4NH4
Суда аммиактың болуы сілтілікті арттырады, сондықтан оңтайлы әсер етеді.
Натрий сульфитін пайдалану гидрозинге қарағанда тиімсіз, себебі судағы тұздың көбеюіне әкеледі:
Na2SO3 + 12O2 = Na2SO4
Сөнген әкпен сулы ерітінділерді өңдеу өндірісте кеңінен қолданылады. Осылайша ерітінділердің pH-ын реттейді, сонымен қатар ондағы тұздың болуын азайтады. Ерітінділерді сілтілеу кезінде қиын еритін метал гидроксидтері түзіледі. Гидроксидтердің бір бөлігі тұнбаға түседі және ерітіндідегі метал иондарының құрамы төмендейді.
Бу қазандарында тат баспау үшін суды терң тазарту үшін ион алмасу өңдеуін пайдаланады. Әдетте ион алмасу аппараттарының бірнеше түрін қолданады. Бастапқыда катионалмасушы смола пайдаланады және суды метал катиондарынан тазартады. Келесі деңгейлерде әлсіз және күшті қышқылдардың анионалмасушы тазартуын жүргізеді.
1.6 Ингибиторлық қорғаныш
ISO 8044-1986 стандартына сәйкес коррозия ингибиторлары (КИ) деп коррозиялық жүйеде белгілі бір концентрацияда бола отырып, кез елген коррозиялыө реагенттің концентрациясын өзгертпей, коррозия жылдамдығыын азайтатын химиялық қосындыны айтады. Коррозия ингибиторлары химиялық қосындылар композициясы да бола алады. Коррозиялық ортадағы ингибиторлардың аз болуы мүмкін.
Ингибиторлардың тиімділігі қорғаныш дәрежесімен Z (%) және тежелу коэффицентімен γ (ингибиторлық эффект) келесі формулалармен бағаланады:
Z=K1-K2K1∙100=i1-i2i1∙100 (1.6.1)
мұнда К1 және К2 [г(м2∙сағ)] - сәйкесінше ингибитормен және ингибиторсыз ортадағы балқу жылдамдығы; i1 және i2 [Асм2] - сәйкесінше ингибитормен және ингибиторсыз ортадағы метал коррозиясының ток тығыздығы. Толық қорғаныш кезінде Z коэффиценті 100% тең.
Тежелу коэффиценті ингибитор әсерінен коррозия жылдамдығы неше есеге қысқаратынын көрсетеді:
ɤ=K1K2=i1i2 (1.6.2)
Z және γ бір-бірімен келесідей байланысқан:
Z=1-1ɤ∙100 (1.6.3)
ɤ=11-Z100 (1.6.4)
Ингибиторлар келесідей жіктеледі:
1.әрекет ету механизмі бойынша - катодты, анодты, аралас;
2.химиялық табиғаты бойынша - бейорганикалық, органикалық және ұшатын;
3.әсер ету ортасына байланысты - қышқыл, сілтілік және бейтарап.
Ингибиторлардың әрекеті ингибитордың адсорбциясы немесе метал катионымен қиын еритін қосындылардың түзілуі нәтижесінде метал бетінің күйінің өзгеруіне негізделеді. Ингибиторлармен құрылатын қорғаныш қабаттар енгізілетін жабынқыштарға қарағанда жіңішке болады.
Ингибиторлар екі әдіспен әрекет етеді: актив бетің ауданын азайту немесе коррозиялық процестің активация энергиясын өзгерту.
Ингибитор адсорбциясы нәтижесінде екі еселенген электрлік қабатының өзерісі болады, сонымен қатар потенциалдың адсорбциялық секіріс шамасы ψ2 өзгереді. Ингибитордың тегіс қабатымен бетінің бөлігін экрандау (θ) бетінде болатын (θ - 1)коррозиялық процестен оны алып тастайды.
Катодты және анодты ингибиторлар сәйкес электродты реакцияны баяулатады, ал аралас ингибиторлар екі реакцияның да жылдамдығын өзгертеді. Адсорбция және металда қорғаныш қабатының пайда болуы ингибитордың заряд бөлшектеріне және бетімен химиялық байланыс құру қасиетіне негізделеді.
Катодты ингибиторлар катодты реакцияны немесе металдың актив еруін баяулатады. Жергілікті коррозияны болдырмай үшін анионды ингибиторлар тиімді. Металдың жақсы қорғанышы үшін түрлі қоспасы бар ингибиторлар композициясын пайдаланады. Бұл кезде болуы мүмкін:
1.аддитивті әрекет, қоспаның жеке құраушыларының ингибирлеуші эффекті қосылады;
2.антагонизм, бір компоненттің болуы басқа компоненттің ингибирлеуші әрекетін әлсіретеді;
3.синергизм, композиця компоненттері бір-бірінің ингибирлеуші әрекетін күшейтеді.
Коррозияға ингибиторлардың әсері ингибитордың болғандағы және болмаған кездегі коррозиялық процесті салыстырумен бағаланады.
Ингибитордаң әрекет ету механизмін зертте уәдістерінің бірі поляризациялық қисығын (анодты және катодты) салу болып табылады. 10.3-суретте қышқылдық коррозия кезіндегі қисықтар көрсетілген. Коррозиялық процестің тежелуі ретіндегі ингибиторлар поляризацияны ұлғайтады. Ингибиторлардың әрекет етуі тиімділігі жоғары болса, сәйкес поляризациялық қисықтың иілуі де үлкен болады. 1.6.1-суретте жартылай логарифмдік координатада ингибитор болған және болмаған кездегі қышқыл ерітіндісі үшін катодты (К) және анодты (А) поляризация қисығы көрсетілген. Поляризациялық қисықтың сызықты (тафелевтік) бөліктерінің экстраполяциясы коррозия потенциалдарын Екор1 мен Екор2 және коррозия жылдамдығын - iкор1 мен iкор2 анықтауға мүмкіндік береді. Осы шамаларды салыстыра отырып, ингибиторы болған кезде Екор1 шамасы оң аймаққа ығысатыны, ал коррозия жылдамдығы азаятыны байқалды. iкор1 мен iкор2 шамаларын пайдалана отырып ингибитор тиімділігін анықтауға және Z және γ шамаларн табуға болады.
1.6.1-сурет. Ингибитор әрекетінің тиімділігін көрсететін поляризациялық қисықтар
А1 және А2 - анодты поляризациялық қисықтар;
К1 және К2 - катодты поляризациялық қисықтар,
ингибитор болған кезде (А2 және К2) және болмаған (А1 және К1) кезде
1.7 Электродты потенциалдардың табиғатын анықтау
Металды ерітіндіге салғанда онда потенциал орнайды. Электродта болатын орта құрамына және процестің сипатына байланысты потенциал табиғаты әртүрлі бола алады.
Егер құрамында металдың ионы бар және метал-электролит шекарасын метал иондары ғана кесіп өтетін ерітіндіге метал енгізілсе, онда электродта тепе-теңдік (қайтымды) потенциал Ер орнатылады. Ерітіндідегі метал иондарының активтілігі бірге тең болса, стандартты потенциалды Ест өлшейді. Алмасу реакциясында метал иондары ғана емес, ерітіндінің басқа да компоненттері де қатысса, қайтымсыз немесе стационарлы потенциал орнатылады.
Осы процестің жеке нұсқаларын қарастырайық.
1 нұсқа. Метал, осы метал иондары бар электролит ерітіндісіне салынды. Метал-электролит ерітіндісі шекарасында мына реакция жүреді:
Me + mH2O = Men+ ∙ mH2O + ne
Метал бетінен ерітіндіге өтетін метал иондарының саны оның бетінде разрядталатын иондар санына тең. Сонымен қатар электр зарядының балансы мен масса бойынша баланс болады. Метал массасының өзгерісі болмайды.
Электродта орнатылатын потенциал өзінің тұрақты шамасын ұзақ уақыт сақтайды. Ол тепе-теңдік (қайтымды) потенциал Ер деп аталады. Тепе-теңдік потенциал Ер Нернст теңдеуімен есептейді:
EpMen+Me= EoMen+Me+RTnFlnaMen+ (1.7.1)
Немесе
EpMen+Me= EoMen+Me+2,3RTnFlgCMen+∙ɤMen+ (1.7.2)
мұндағы Е0 - металдың стандартты потенциалы; n - ион заряды; R - универсал газ тұрақтысы, Дж(моль ∙ К); Т - абсолют температурасы, К; F - Фарадей саны (96500 Клмоль); ɣMen+ - метал ионының концентрациясы, г-ионл.
(1.7.1) теңдеу бойынша, металдың тепе-теңдік потенциалы үлкен шектерде ерітіндідегі метал ионының концентрациясына тәуелді. Ep Men+Me - f(lgaMen+) тәуелділігі иілу бұрышының тангенсі бар түзу сызық болып табылады, ол тең:
tgα=2,3RTnF=0,059n (1.7.3)
Тепе-теңдік потенциалды есептеу үшін метал ионының активтілігін білу керек (1.7.1-кесте). Егер металдың еруінің өнімі оның гидроксиді болса:
Me(OH)2 + 2H+ + 2e = Me + 2H2O
онда метал ионының активтілігі гидроксидтің ерітімділігінің туындысы шамасынан анықталады (1.7.2-кесте):
ПРMe(OH)2=aMe2+∙aOH-2 (1.7.4)
Түрлендірулерден кейін тепе-теңдік потенциалды анықтайтын теңдеу алады:
EpMe(OH)2Me= EoMe2+Me+0,0592pKMe(OH)2-0,059pH (1.7.5)
Осындай заңдылықтар Ag, Cu, Cd, Hg металдарында да байқалады. Потенциалдардың тепе-теңдік шамалары концентрацияның кең диапазонында өздерінің иондарының ерітінділерінде орнатылады.
1.7.1-кесте
250С кезіндегі сулы ерітіндідегі кейбір күшті электролиттердің активтілігінің орташа иондық коэффиценттері (ɣ+-)
Электролит
Электролит концентрациясы, моль1000 г H2O
0,0001
0,001
0,01
0,1
1,0
CdSO4
0,85
0,699
0,404
0,150
0,042
CuSO4
0,85
0,740
0,40
0,150
0,042
FeCl2
-
0,890
0,750
0,520
0,508
NiSO4
-
0,764
0,455
0,180
0,042
NiCl2
-
-
-
0,520
0,542
ZnSO4
-
0,700
0,390
0,150
0,045
ZnCl2
-
0,880
0,710
0,500
0,330
1.7.2-кесте
Кейбір гидроксидтер үшін ерітімділіктің туындысы
Реакция
Ерітімділіктің туындысы
Fe(OH)2 = Fe2+ + 2OH-
1∙10-14
Fe(OH)3 = Fe3+ + 3OH-
2∙10-39
Ai(OH)3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O
1∙10-9
ZnO + 2H+ = Zn2 + H2O
6,7∙10-12
Mn(OH)3 = Mn2+ + 2OH-
1,6∙10-13
Ca(OH)2 = Ca2+ +2OH-
3,7∙10-6
Mg(OH)2 = Mg2+ + 2OH-
1∙10-11
2 нұсқа. Металдар қатары бар, мысалы Ni, Fe, Al, Mg және тағы басқа, оларды өздерінің иондарының ерітіндісіне салғанда, оларға тепе-теңдік потенциал орнатылмайды. Потенциалдың шамасы Нернст теңдеуіне бағынбайды. Себебі, метал электродта электрон алмасу реакциясынан басқа, ерітіндіде болатын қышқылдатқыштарды қайта қалпына келтіру реакциясы жүреді. Қышқылдатқыштар ретінде оттегі немесе су алынады. Олардың қайта қалпына келу реакциясы мынадай:
pH 7 кезінде: 2H2O + 2e = H2 + OH-
O2 + 2H2O + 4e = 4OH-
pH 7 кезінде: 2H3O+ + 2e = H2 +2H2O
O2 + 4H3O+ + 4e = 6H2O
Метал потенциалдары, оларды электролитке салғанда зарядтарды метал-электролит шекарасы арқылы өткізгенде, сәйкес металдың иондары ғана емес, басқа иондар мен молекулалар да өтетін потенциалдар тепе-теңдік емес немесе қайтымсыз потенциалдар деп аталады.
Металдың еру жылдамдығы iкор металдың иондалуының жылдамдығы мен метал ионы разрядының жылдамдығы арасындағы айырым ретінде қабылдауға болады:
iкор = iMe - iMe ∙
Потенциалдың орнатылған шамасын коррозия потенциалы деп атайды.
Барлық жеке реакциялардың жылдамдықтары сәйкес келіп және олардың барлығын ескеруге болса, онда потенциалдың орнатылған шамасы металдың тепе-теңдік потенциалына да, қышқылдатқыштың тепе-теңдік потенциалына да жауап бермейді. Бірақ практикада электрд потенциалы Екор сәйкес метал электрдтың потенциалынан немесе қышқылдатқыштың тепе-теңдік потенциалынан ерекшеленбейді.
Егер металдың алмасу тогы осы металдағы сутектің алмасу тогынан жоғары болса, онда потенциалдың орнатылған шамасы Екор тепе-теңдік потенциал шамасына Ер жақын болады. Мұндай жүйенің мысалы - қышқыл ерітіндідегі цинктің коррозиясы. Егер металдың алмасу тогы осы металдағы сутектің алмасу тогынан төмен болса, онда потенциалдың орнатылған шамасы Екор сутектік электрдтың тепе-теңдік потенциал шамасына Ер(Н) жақын болады: Екор = Ер(Н). Мұндай жүйенің мысалы - әлсіз қышқыл ортадағы темір коррозиясы.
Зертханалық жұмыстың қойылымы кезінде, электрдты потенциалдың табиғаты туралы мәселені шешуде, Нернст теңдеуімен есептелген потенциалдың теориялық шамасын оның тәжірибелік шамасымен салыстырады. Метал электроды иондары бар ерітінділер үшін тәжірибелік және теориялық жолмен алынған иондар активтілігіне потенциалдың тәуелділігі салыстырылады.
Егер метал потенциалы тепе-теңдік емес болса, онда Ер(Ох) мен Ер(Ме) есептелген шамаларын Екор шамасымен салыстырады. Бұл кезде анықтауға болады:
oo Қай катодты реакциямен коррозия жүретіндігін, және коррозия процесінің термодинамикалық мүмкіндігін:
∆G=-nFEp(Ox)-Ep(Me)0 (1.7.6)
oo Катодты және анодты қайта кернеулену қатынасын:
ηk=EOx-EpOx (1.7.7)
ηa=EMe-Ep(Me) (1.7.8)
Коррозиялық процестің баяулатылған деңгейі бақылаушы фактор деп аталады. Оны анықтау үшін әрбір деңгейдің бақылау дәрежесін анықтайды:
Ck=ηaEpOx-Ep(Me)∙100 (1.7.9)
Ck=ηkEpOx-Ep(Me)∙100 (1.7.10)
мұнда Ск - катодты бақылау дәрежесі; Са - анодты бақылау дәрежесі.
2 АРНАЙЫ БӨЛІМ
2.1 Катодты қондырғыны автоматтандыру
Катодты станция жұмысы көптеген факторлармен анықталады, соның ішінде қондырғының электрлік және геометриялық параметрлерімен, анод-топырақ-қондырғы контурының кедергісімен және т.б. сипатталады.
Жауын-шашын, тоңу, коррозия өнімінің жиналуы, изоляцияның нашарлануы әсерінен қорғаныш контурының кедергісінің мерзімдік тербелісі нәтижесінде қорғанышқа қажет ток немесе станциямен берілетін ток өзгереді. Бұл өзгерістер баяу жүргендіктен, катодты станцияның сорушы кабеліндегі токты реттеу керек. Катодты станцияның жұмыс режимін реттеудің бірнеше әдісі бар.
Катодты қорғаныш тогы алдын ала берілген программа бойынша реттеле алады. Автоматты қондырғы топырақ кедергісінің мерзімдік өзгерісін қарастыратын программа бойынша қорғаныш тогының шамасын өзгертеді. Бірақ катодты станцияны автоматты реттеудің мұндай әдісі шектеулі түрде қолданылады. Катодты станцияны реттеу катодты қондырғыны жалғау нүктесінде қорғалатын құрылғының электродты потенциалының тұрақтандыру талабына негізделеді. Соңғы кезде үзілісті катодты поляризация әдісі кең қолданылады. Бұл әдіс ток көзін өшіру кезінде төмендеп, ал ток көзін қосу кезінде жоғарылайтын потенциалдың үздіксіз өзгерісін қарастырады. Мұндай типті қондырғылар импульстің берілген жиілігімен, немесе өшіру және қосу кезінде максимал немесе минимал потенциалдың берілген шамасымен жұмыс істей алады.
Бірдей ұзақтығы және амплитудасы бар импульстер қолданыла алады. Бұл кезде реттеу уақыт бірлігіндегі импульстар өзгерісіне негізделеді. Өшіру немесе қосу аралығының ұзақтығы мен ток шамасы орта күйі мен қасиетіне байланысты құрылғымен реттелетін схема құруға болады.
Автоматты катодты станциялар:
1. Потенциалы бойынша реттелетін қондырғылар:
oo Қондырғы потенциалы бойынша;
oo Қоршаған орта потенциалы бойынша;
oo Периодты поляризациясы бар: ұзақтық және импульсті;
1.1 Үздіксіз әсері бойынша:
oo Дискретті реттеу;
oo Үздіксіз реттеу;
1.2 Контактілі:
oo Релелі қайта реттеу;
oo Реттеудің электромеханикалық жетегі;
oo Магнитті реттегіші бар;
oo Реостатты реттегіші бар;
1.3 Контактісіз:
oo Автотрансформаторы бар;
oo Басқарушы вентилі бар;
oo Айнымалы кернеу генераторы бар;
oo Магнитті күшейткіші бар;
oo Түзеткіштің біріншілік орамындағы,
oo Түзеткіштің екіншілік орамындағы;
1.4 Контакторлы:
oo айнымалы амплитуда мен период;
oo өзіндік реттеу, қосылу және өшірілу;
oo қанығуы бойынша реттеу;
oo ұзақ;
oo қысқа уақыттық;
1.5 Контакторсыз:
oo Тұрақты амплитуда мен период;
oo Дискретті реттеу τ1, τ2 бойынша;
oo τ1 τ2 тұрақты қатынастар;
2. Ток бойынша реттелетін қондырғылар.
Реттеудің көрсетілген әдісі техникалық түрде әртүрлі орындалуы мүмкін. Үздіксіз және дискретті, бір немесе көп сатылы бақылау және реттеу схемасы қолданылады, олар электромашиналы, электронды және магнитті реттегіштерді қолданып, контактті және контактсіз ток шектеуші элементтерде құрылады.
Қондырғының құрылымдық орындалуынан автоматты реттеу сенімділігі мен алынатын экономикалық эффект тәуелді.
2.2 Катодты қорғанышты автоматтандыру мәселесінің жалпы қойылымы
Электрохимиялық қорғанышты реттеудің барлық әдістерін салыстыра отырып, электрохимиялық процесті ескере отырып, реттеудің үздіксіз поляризация әдісі тиімді екені анықталды. Қарастырылған принциптердің біріншісі поляризациялық және изоляциялық тұрақтылық шарттарында ғана қорғаныштың нормаль жұмысын қамтамасыз етеді, сонымен қатар қоздырушы токтардың сыртқы өрісі әсер етеді. Реттеудің мұндай әдісі қойылған есеп талаптарына жауап бермейді, және қоздырушы токтары жоқ катодты немесе протекторлы қорғаныш қондырғылары үшін анод пен изоляцияның омдық кедергісін жоғарылату, ток көзінің ЭҚК-ін азайту арқылы ток өзгерісін компенсациялау үшін қолданылады.
Қорғаныш негізін элекродты потенциалдың тұрақтылығы бойынша реттеу көрсетеді. бұл жағдайда автоматты құрылғы сыртқы өрістердің барлық өзгерісін, сонымен қатар ток көзі мен анодтың күйімен анықталатын факторларын компенсациялайды. Сонымен қатар қорғаныш қабатының меншікті кедергісі мен металдың поляризациялылығының өзгерісі ескеріледі. Реттеудің осы принципі бойынша құрылған қондырғылар қоздырушы токтардың сыртқы өрісі әсері кезінде де жұмыс істей алады. Бірақ реттеудің бұл әдісі катодты-поляризациялық құрылғыда болатын электрохимиялық процестердің негізін ескерсе, жеңілдейді. Осындай қондырғыларды құру кезінде электродты потенциалды тұрақтандыру қажет. Бір ғана жартылай өткізгішті күшейткіші немесе магнитті күшейткіші бар қондырғылар электродты потенциалды реттеудің +-0,1-0,2 В шегінде тұрақтылығын қамтамасыз етеді.
+-0,02-0,08 В реттеу шегіне ауысу үшін жартылай өткізгішті магнитті реттегіші бар қондырғылар құру, екі ретке күшейтуді көтеру, станция қуаты мен кернеуін 2-3 есе жоғарылату керек. Бұл кезде қондырғыға қызмет көрсету және жөндеу қиындығы, сонымен қатар бағасы жоғарылайды. Негізінде потенциалдың тұрақтылығына қойылатын талаптар реттелетін процестерге сай келмейді. Мұндай реттеудің негізгі мәселесі изоляция күйіне қауіпті жоғары шама мен қорғаныш болмайтын төменгі шама шегінде потенциалды орнату болып табылады.
Зерттеулер бойынша қорғаудан кейін жалпы ұзақтығы астрономиялық уақыттың 13 тең коррозияның периодты әсері кезінде де коррозия тоқтатылады. Қара металдар үшін топырақтағы потенциалдың төменгі және жоғарғы шамалары 1,2 және -0,85 В болып табылатындықтан, ауытқуы бар потенциалды реттеу берілген шамадан +-0,1-0,2 В. Қорғанышы жоқ қоздырушы токтардың сыртқы өрісіндегі құрылғы потенциалының өзгерісі теріс немесе оң шама жағына қарай ондаған волтқа дейін жете алады.
Периодты поляризация арқылы реттеудің үшінші әдісі түрлі принциптерге негізделе алады. Жоғарғы және төменгі берілген потенциал кезіндегі бөлу әдісі қарапайым болып табылады. Сонымен қатар шектік потенциал кезінде токтық бөлумен жүйені поляризациялылығы бойынша реттеу ыңғайлы болып келеді.
Көрсетілген принцип бойынша реттеу басқа да электрохимиялық параметрлерге негізделе алады, мысалы метал мен орта шекарасындағы екі еселенген электрлік қабаттың сыйымдылығының өзгеруі, pH өзгерісі, диффузиялық өзгерісі және ттағы басқа. Реттеудің мұндай әдістері электрохимиялық қорғаныш кезінде метал мен орта шекарасында болатын құбылыстарды көрсетеді, және қорғанышты пайдалану арқылы тиімді экономикалық көрсеткіштерге жетуге болады. Қорғаныш әсерінің импульс ұзақтығы аз болса, экономикалық көрсеткіші жоғары болады. Автоматты реттеудің бұл әдісі қоздырушы тогы жоқ аймақта жұмыс істейтін құрылғылар үшін қолданылады, сонымен қатар ауыспалы сұйық ортамен әрекеттесетін құрылғыларда пайдаланылады.
Катодты қорғанышты реттеудің жалпы әдісі қорғалатын қондырғының электродты потенциалының өзгерісін туғызатын және сыртқы қоздырушы ток әсерінен туындайтын сыртқы өрістің өзгерісін туғызатын катодты қорғаныштың негізгі жұмыс тогы бар әдіс болып табылады. Мұндай әдіс автоматты қондырғыларды құруды қиындатады, себебі қондырғының негізгі жұмыс тогын реттеуді қажет етеді. Мұның басқа да шешімі ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz