Факторы, влияющие на скорость коррозионного разрушения.
Влияние реакции водной среды и температуры на интенсивность протекания коррозии проиллюстрировано на рис. 3.2. выделяются 3 области интенсивного протекания в зависимости от величины рН водной среды:
– рН <4,3 (сильнокислая среда) – скорость коррозии чрезвычайно быстро возрастает с понижением рН;
– 4,3 < рН < 9–10 – скорость коррозии мало зависит от рН.
– 9 – 10 < рН < 13 (сильнощелочная среда) – скорость коррозии убывает с ростом рН и коррозия стали практически прекращается при значении равном 13.
Повышение температуры ускоряет анодные, катодные процессы и скорость коррозии .
Содержание кислорода растворенного в воде – наиболее активный фактор, влияющий на протекание процесса коррозии. Присутствие кислорода приводит к перераспределению значимости вышерассмотренных факторов (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Зависимости интенсивности коррозии от величины рН
и температуры воды
Как было отмечено выше, при отсутствии в воде растворенного кислорода коррозия интенсивна в кислой среде (рН < 4) и практически прекращается при величине рН > 4,3 (рис. 3.2, кривая 4). В противном случае коррозия железа будет идти и в кислой, и в щелочной среде (рис. 3.2, кривые 1–3).
Рис. 3.2. Влияние кислорода на интенсивность коррозии
Парциальное давление СО2 оказывает огромное влияние на разрушение металла коррозией. Промысловые воды содержат значительное количество свободной углекислоты. При одинаковых величинах рН процесс коррозии в углекислотной среде протекает более интенсивно.
На основании исследований установлено, что системы с парциальным давлением СО2 менее 0,02 МПа считаются коррозионно-неопасными, в диапазоне 0,02 – 0,2 МПа – возможны средние скорости коррозии, а при парциальном давлении СО2 более 0,2 МПа среда является высоко–коррозионной.
Влияние СО2 можно объяснить двумя причинами:
– присутствие СО2 приводит к увеличению выделения водорода на катоде;
– происходит образование карбонатно-оксидных пленок на поверхности металла.
При взаимодействии Fe2+ c НСО3- или Н2СО3 образуется осадок карбоната железа (FeСО3):
Все исследователи обращают внимание на огромное влияние продуктов коррозии железа на скорость ее протекания. Эти осадки являются полупроницаемыми для коррозионно-агрессивных компонентов среды и замедляют скорость разрушения металла. Однако, в случае частичного отслоения отложений карбонатов и попадании в щелевое пространство агрессивной среды скорость коррозии резко возрастает.
Влияние минерализации воды. Растворенные в воде соли являются электролитами, поэтому увеличение их концентрации до определенного предела повышает электропроводность среды и, следовательно, ускорит процесс коррозии. С другой стороны увеличение минерализации приводит к уменьшению растворимости агрессивных газов в воде, возрастанию вязкости воды и затруднению диффузионного подвода кислорода к поверхности к катодным участкам металла, что уменьшает скорость коррозии.
Тип воды. Хлоркальциевый либо хлоридно-натриевый тип воды также оказывает влияние на процесс коррозии. Ионы хлора обладают высокой адсорбционной способностью по отношению к металлам и способны их активировать. Хлорид-ионы вытесняют пассиваторы (окисные пленки) с поверхности металла, способствуют растворению их и облегчают переход ионов металла в раствор.
Особенно большое влияние ионы хлора оказывают на растворение железа, хрома, никеля, алюминия.
Структурная форма потока. Выделяют семь основных структурных форм многофазного потока (рис. 3.3): пузырьковая, пробковая, расслоенная, волновая, снарядная, кольцевая и дисперсная. Каждая форма влияет на характер коррозионного процесса.
Вопрос о связи коррозионных процессов в трубопроводах со структурами потоков интересен, но корреляционные зависимости, пригодные для инженерной практики, отсутствуют. Известно, что кольцевая (дисперсно-кольцевая) структура снижает интенсивность коррозии. Снарядная (пробково-диспергированная) может способствовать коррозионно-эрозионному износу трубопровода по нижней образующей трубы на восходящих участках трассы. Расслоенная (плавная расслоенная) – способствует развитию общей и питтинговой коррозии в зоне нижней образующей трубы и в, так называемых, "ловушках" жидкости, особенно при выделении соленой воды в отдельную фазу.
Рис. 3.3. Структуры газожидкостных потоков в горизонтальных трубопроводах
Микробиологическая или биокоррозия – коррозия, вызванная жизнедеятельностью микроорганизмов, которые вырабатывают вещества, ускоряющие коррозионные процессы. В промысловых условиях наиболее распространены сульфат-восстанавливающие анаэробные бактерии, обычно обитающие в технических водах. В результате деятельности сульфат-восстанавливающих бактерий образуется сероводород Н2S, который хорошо растворяется в нефти и в дальнейшем взаимодействует с железом, образуя сульфид железа, выпадающий в осадок. Под влиянием Н2S поверхность металла становится гидрофильной и легко смачивается водой. На поверхности трубопровода образуется тонкий слой электролита, в котором и происходит накопление осадка сульфида железа.
Сульфид железа является стимулятором коррозии. Он участвует в образовании гальванической микропары «Fe-FeS», в которой является катодом, а разрушаться будет металлическое железо, которое играет роль анода.