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.