Методы определения коррозионной активности грунтов
Наиболее точным методом могло бы явиться обследование коррозионных разрушений на существующем трубопроводе, проходящем но проектируемой трассе. Однако на практике близко расположенные параллельные линии встречаются редко, поэтому этим методом пользуются нечасто. Наибольшее распространение нашли методы, основанные на определении одного из наиболее важных факторов, обусловливающих коррозию. По месту выполнения методы делятся на лабораторные, полевые, лабораторно-полевые.
Лабораторные методы требуют отбора почв на трассе в выбранных точках с последующим лабораторным испытанием образцов. Полевые методы позволяют определить коррозионную активность грунтов непосредственно на трассе (без отбора проб) путем выполнения на месте необходимых измерений. Они не требуют большой затраты времени и получили наиболее широкое распространение. Лабораторно-полевые методы требуют отбора образцов почвы, но необходимые лабораторные работы настолько просты, что они могут быть выполнены непосредственно на трассе в передвижной лабораторной установке.
Коррозионную активность грунтов по отношению к углеродистой стали подземных металлических сооружений оценивают по удельному электрическому сопротивлению грунта, потере массы образцов и плотности поляризующего тока.
Полевой метод определения удельного электрического сопротивления грунта.
Измерение удельного электрического сопротивления грунта (УЭСГ) производят с целью получения необходимых данных для расчета эффективной электрозащиты пот сооружений, а также для выбора конструкции и расчета анодного заземления при катодной защите. На трассе проектируемых трубопроводов удельное электрическое сопротивление грунта измеряют по всей предполагаемой трассе на расстоянии 100—500 м между смежными точками измерения. На действующей сети трубопроводов измерения производят через каждые 100-200 м вдоль трассы на расстоянии 3—4 м от нее.
Для расчета зоны действия катодных установок при электрозащите магистральных трубопроводов необходимо знать среднее значение удельного электрического сопротивления грунтов по трассе проектируемого трубопровода. Исследованиями М. В. Кузнецова и П. И. Тугунова доказано, что интервал между смежными точками измерения можно увеличить до 2—4 км. При этом погрешность определения среднего удельного электрического сопротивления грунтов не превышает 10%.
Измерение удельного электрического сопротивления грунта рекомендуется производить с помощью симметричной четырехэлектродной установки (четырехэлектродный метод). Данный метод основан на определении кажущегося сопротивления почвы в общем слое до глубины заложения трубопровода. Для этого по одной линии над трубопроводом забивают в грунт четыре электрода. Между крайними электродами А и В включают источник постоянного тока, в качестве которого можно использовать аккумуляторную батарею напряжением 80 В. Возникающее между электродами А и В электрическое поле распространяется в земле на глубину, зависящую от расстояния между электродами. Рекомендуемое расстояние между питающими электродами А и В находится в следующих пределах:
2h
АВ4h,
где h — глубина прокладки подземного сооружения.
При помощи двух других электродов М и N определяют разность потенциалов в созданном электрическом поле. Зная разность потенциалов 
V (в В) и силу тока I (в А), можно найти величину кажущегося удельного электрического сопротивления грунта (в Ом
м)
где k - коэффициент, зависящий от расстояния между электродами, м.
При одинаковых расстояниях между электродами (AM=MN=NB=a) получим
В измеренное удельное электрическое сопротивление должна быть внесена поправка, учитывающая сезонные изменения влажности и температуры. Максимальные значения удельного электрического сопротивления почвы наблюдаются в июле, минимальные - в марте. Если измерения выполнены в мае, то для получения минимального значения удельного электрического сопротивления (характеризующего коррозионную активность) измеренная величина должна быть уменьшена с учетом коэффициента kmin =0,77, а для получения максимального (характеризующего сопротивление растекания тока с анодного заземлителя или протектора) - увеличена с учетом kmax=1,34.
min=kminизм;
max=kmaxизм.
Лабораторно-полевой метод определения коррозионной активности грунтов по потере массы стальных образцов.
Прибор, применяемый в этом случае (рисунок 9), состоит из жестяной банки 1 вместимостью около 0,55 л, диаметром 8 и высотой 12 см. В банку насыпают специально подготовленную почву 3, в которую помещают трубку 2, взвешенную на технических весах с точностью до 0,1 г. Диаметр трубки 19 мм, длина 10 см, масса около165 г. Трубку изолируют от банки с помощью резиновой пробки 6.
Рисунок 9 Схема лабораторно-полевой установки для определения коррозионной активности почвы
1- банка; 2 - трубка; 3 - почва; 4 - регулировочное сопротивление; 5 - источник постоянного тока; 6 – пробка
Подготовка образца почвы состоит в следующем. Из шурфа отбирают три пробы почвы общей массой 2кг, причем 70% ее - со дна его на глубине заложения трубопровода и по 15% — из двух мест по разрезу шурфа.
Затем пробы смешивают и высушивают на солнце или в сушильном шкафу при температуре не выше 105°С. Если почва содержит большое количество органических соединений, температура сушки не должна превышать 70°С. Сухую почву измельчают в фарфоровой ступке и просеивают через сито с отверстиями 0,5-1 мм. Подготовленную таким образом пробу насыпают в банку с установленной трубкой, одновременно увлажняя до насыщения. Вода должна быть дистиллированной или, по крайней мере, кипяченой и хорошо аэрированной. Насыщение определяют по небольшому избытку воды на поверхности почвы.
Заполнив пространство между трубкой и банкой увлажненной почвой (на 1—2 см ниже края банки), включают ток на 24 ч путем подключения к банке отрицательного полюса, а к образцу—положительного полюса источника постоянного тока напряжением б В. После отключения тока образец тщательно очищают от продуктов коррозии катодным травлением в 8%-ном растворе гидроокиси натрия при силе тока 2—3 А, промывают дистиллированной водой, высушивают и взвешивают с погрешностью не более 0,1 г. При испытании следует произвольно изменять размеры прибора, так в этом случае без специальных исследований новая шкала коррозионной активности почвы по потере в массе не может быть установлена.
Коррозионная активность грунтов по отношению к углеродистой стали в зависимости от потери массы образца:
Коррозионная активность Потери массы образца
Низкая .................................................................................До 1
Средняя ................................................................................Свыше 1 до 2
Повышенная ........................................................................ Свыше 2 до 3
Высокая………..................................................................... Свыше 3 до 4
Весьма высокая ..................................................................Свыше 4
Лабораторный метод определения коррозионной активности грунтов по отношению к стали по поляризационным кривым.
Пробу грунта и два стальных электрода помещают в фарфоровый стакан вместимостью 1 л (рисунок 10). Электроды представляют собой стальные прямоугольные пластины (25 X 25 мм) с припаянными контактными проводниками. Со стороны контакта пластины изолируют битумной мастикой, а обратную сторону их тщательно зачищают корундовой шкуркой и обезжиривают ацетоном.
 |
Рисунок 10 Схема лабораторной установки для определения коррозионной активности почвы по поляризационным кривым
Электроды помещают в стакан с грунтом неизолированными сторонами друг к другу. Один из образцов подключают к положительному, а другой — к отрицательному полюсам источника постоянного тока. Измерения разности потенциалов между электродами производят в момент разрыва поляризующей цепи при различных плотностях тока.
На основании полученных данных строят диаграмму в координатах «разность потенциалов — плотность поляризующего тока». По диаграмме определяют плотность тока, соответствующую разности потенциалов 0,5 В, а затем коррозионную активность грунтов.
Коррозионная активность грунтов по отношению к углеродистой стали в зависимости от плотности поляризующего тока:
Коррозионная активность Средняя плотность поляризующего тока, мА/см2
Низкая ........................................................................До 0,05
Средняя ....................................................................Свыше 0,05 до 0,2
Повышенная ............................................................Свыше 0,2 до 0,3
Высокая…………………….......................................Свыше 0,3 до 0,4
Весьма высокая ………………………………….....Свыше 0,4