Почвенная электрохимическая коррозия

Мы живем в эпоху процветания нефтяной и газовой промышленности. Нефть играет в жизни человечества  колоссальную роль, ведь именно из нефти производятся очень много вещей, которые человек использует во всех сферах своей жизнедеятельности. Так же и природный газ служит для получения из него элетрической и тепловой энергии,так как он отлично вступает в химическую реакцию горения 
 Для  многих стран мира добыча и переработка нефтяного сырья является главным доходом, так как нефть- одно из самых популярных и ценных видов сырья ещё называемое « черным золотом». Именно  страны владеющие месторождениями этого сырья, можно сказать управляют мировой экономикой. Но и добывания газа является важной статьей дохода.
В сыром виде нефть,в отличии от газа, совсем не используется. После добывания нефть проходит должную переработку. Сначала сырье очищают. Потом  проводят первичную переработку, разделяя ее на фракции. Именно на этом этапе получают применяемые нами в быту различные виды топлива: бензин, дизельное топлево, солярку и др.Также в процессе переработки получают мазут, смазочные материалы, сжиженный газ. Так нефть стала неотъемлемой частичкой жизни человека. Но добыча и переработка нефти оказалось дорогим «удовольствием».
При добычи и переработке нефти и газа человек столкнулся с такой проблемой как коррозия. В химическом составе этого природного сырья есть такие вещества, которые  создают агрессивную среду для разрушения метала. В связи с этим огромные затраты уходят на замену и ремонт оборудования добычи, поэтому в наше время вопрос о борьбе с коррозией стоит очень остро и является глобальной проблемой.










Коррозия металлов
Когда на металл одновременно воздействует агрессивная среда и механические напряжения возникает коррозионное растрескивание. В металле появляются трещины, чаще всего приводящие к полному разрушению изделий. 
Термин коррозия происходит от латинского слова corrodere, что означает разъедать, разрушать.
Коррозия — это химический процесс самопроизвольного  разрушения материалов под воздействием окружающей среды.
Коррозия металлов — разрушение металлов вследствие физико-химического воздействия внешней среды, при котором металл переходит в окисленное (ионное) состояние и теряет присущие ему свойства.
Среда, в которой металл подвергается коррозии (коррозирует) называется коррозионной или агрессивной средой. По степени воздействия на металлы коррозионные среды целесообразно разделить на: 

неагрессивные; 

слабоагрессивные; 

среднеагрессивные;

сильноагрессивные.
Много  металлов  в природе присутствует в ионном состоянии: карбонаты, сульфиды, оксиды и тд. Называются они простыми рудами . Такое стояние характерно для соединений с наименьшим показателем внутренней энергией, из-за этого оно выгоднее. Это замечается при когда получают металлы из руды и при коррозии этих металлов. В процессе восстановления металла из соединений поглощенная энергия означает, что  металл в свободном виде обладает большим количеством  энергии, чем в этом соединении. Это приводит к тому, что металл, контактируя  с агрессивной средой, стремится к состоянию с меньшим запасом энергии, которое считается  энергетически выгодным .Явной  причиной коррозии металла считают термодинамическую непостоянность в этой среде.
     Коррозию можно поделить на сплошную и местную. Равномерной или сплошной  коррозию называют при равномерно распределенном коррозионном разрушении по всей поверхности металла. Она не представляет особой опасности для конструкций. Её последствия могут быть относительно легко учтены.Противоположной является местная коррозия. Это такая коррозии, при которой большая часть металла цела и лишь на некоторых участках есть повреждения. Она намного опаснее, хоть и несет маленькие потери металла. Она опасна тем, что, снижая прочность отдельных участков, она резко уменьшает надёжность аппаратов. 
Язвенная, точечная, щелевая, контактная, межкристаллическая коррозия —именно эти типы коррозии часто встречаются в практике.Одна из самых  опасных- точечная. Принцип этой коррозии состоит  в образовании сквозных поражений— питтингов.

Химическая и электрохимическая коррозию
Коррозия может быть спровоцирована химическим или  электрохимическим процессом. Следователь но различают , различают химическую и электрохимическую коррозию металлов.
Химическая коррозия
Химическая коррозия — взаимодействие  металлической поверхности  с коррозионно-активной средой, которое не сопровождается появлением на границе фаз электрохимическим процессом. Тогда  окисление металла и восстановление окислителя коррозионной среды протекают одновременно. Например, образование окалины при взаимодействии материалов на основе железа при высокой температуре с кислородом:
4Fe + 3O2 ? 2Fe2O3
При электрохимической коррозии  ионизация и восстановление атомов металла и  в окислительном компоненте агрессивной среды протекают не в одном акте и скорости коррозии ,а  зависят от электродного потенциала металла .
Электрохимическая коррозия 
Коррозия металлов под действием элементов возникающих в активной среда называют электрохимической коррозией. Но стоит это путать с обычным ржавлением железа. Так как при коррозии такого типа нужен электролит, взаимодействующий с разными элементами строения материала, или другие материалы, с разным окислительно-восстановительным потенциалом, которые будут соприкасаться. Процесс будет ускорятся при наличии в воде, допустим, ионов солей или кислот.
Такая коррозия называется внешней Ей чаще всего подвержены газопроводы, так как от внутреннего разрушения они не страдают,потому что при должной очистке газа он почти не является коррозионно-активной средой.
Почвенная электрохимическая коррозия
Коррозия трубопроводов, находящихся в земле, проходит по электрохимическому механизму, которые базируется на образовании разности потенциалов между разными трубопроводными  участками, и, следовательно, появлении тока коррозии. В итоге протекания тока коррозии участки металла, находящиеся на зонах анода, растворяясь, переходят в грунты, где дальше вступают в реакцию взаимодействия  с электролитами, находящимися в почве .В последствии они образуют ржавчину. Коррозия можeт происxодить как снaружи ,под дeйствием  элeктрoлита, находящегося в пoчве, так и внyтри трyбы ,из-за примесей содержащихся  в углeводородном сырье(сероводород, соли), которое транспортируют .

Механизм электрохимической коррозии 

Важнейшей особенностью трубопроводов, с точки зрeния кoррозии, считают их большую протяженность. За счет этой особенности эти линии, находящиеся в грунте, пролегают  через почвы самого разного строения и состава ,аэрации и влажности. Это все предшествует возможности появления внушительных разностей потенциалов между  различными частями подзeмной линии. Из-за того, что трубопроводы имеют большую проводимость, на них с легкостью образовываются коррозионные гальванопары, которые часто имеют протяженность в десятки метров и даже сотни.
Из-за этого часто образовываются высокие плотности тока на анодных участках, что сильно ускоряет коррозию. Весомым в развитии коррозии является еще и то, что подзeмные линии лежат на такой глубине, где всегда присутствует  определенная влажность, оснащающая  течение процессов  коррозии . На глубине прохождения трубопроводов температура почти не опускается ниже 00?С и это тоже содействует коррозии. Способствует прогрессированию коррозии также и присутствие на трубах прокатной окалины, которая часто не устраняется при чистке.
Доказано была прямая зависимость между площадью, которая подвергается  коррозии, и глубиной разрушения от коррозии. Это объясняется тем, что на большей поверхности металла существует большая возможность создания более тяжелых коррозионных условий. В частности, этим объясняется, что другие стальные подземные сооружения, помимо трубопроводов, при прочих равных условиях разрушаются электрохимической коррозией медленнее.
Агрессивность коррозии в почвах можно определить например их структурой ,важностью, химическим составом(например рН) ,проницаемостью воздухом. Но все это мелочи по сравнение с теми разрушениями которым подвергается углеродистая сталь в виде труб изнутри, то есть от сырья, которое по ней транспортируется.
Коррозия нефтегазопроводов  
Трубопроводы и оборудование в процессе эксплуатации подвергаются процессу коррозии. Больше всего от коррозии страдает нефтегазовая промышленность. Именно в этом добываемом сырье находятся химические  элементы ,вызывающие интенсивную коррозию оборудования и нефтегазопроводов.
Нефть имеет органическое происхождение. Это явление продолжительных процессов разложения и сложных химических превращений растительных и животных останков  ,протекающих в течении многих миллионов лет под действием разных факторов.
В итоге, по химическому составу нефть-это сложная смесь углеводородов с примесью, иногда значительной, серо-, кислород- , азотсодержащих и смолистых веществ. 
Нефти различных месторождений  различаются по фракционному составу,то есть по содержанию бензиновых  и керосиновых дистиллятов, а также по содержанию серы, смол, нафтеновых кислот и других веществ. Именно от содержания серосодержащих веществ(тиолов, тиофаны, тиофены) в сырье и зависит коррозионная активность нефти, которая является главной причиной разрушения оборудования. 
Разрушение  металлических конструкций наносит большой материальный и экономический ущерб. Она приводит к преждевременному износу агрегатов, установок, линейной части трубопроводов, сокращает межремонтные сроки оборудования, вызывает дополнительные потери транспортируемого продукта




Борьба с коррозией  
Ежегодно ,от разрушения оборудования под влиянием коррозии и от потери сырья, странны  терпят миллиарды убытков. Ущерб от коррозии нельзя определить просто подсчитав только стоимость замены  всего дорогостоящего оборудования, стоимость самой разрушенной конструкции  и затраты на антикоррозионные мероприятия. Наибольшие потери несут такие вещи ,как простои завода, во время замены вышедшего из строя оборудования. Страны имеющие месторождения нефти и газа очень сильно страдают в материально плане, именно поэтому решение задачи борьбы с коррозией является главной задачей.
Примерно на 80 % защита металлов состоит в правильно подготовленной поверхности и на 20 % от качества лакокрасочных материалов, использующихся для обработки, и от способа нанесения их.
Еще большим эффектом обладает   обработка поверхности субстрата  абразивоструйная очистка.
Также предотвратить появление коррозионного элемента может использование, в качестве материалов для оборудования, цветные металлы, нержавеющие и кортеновские стали. Или нанесение какого-то покрытия,  препятствующего образованию  коррозии.
Так можно выделить три метода защиты от коррозии:
1.  Конструкционный
2.  Пассивный 
3.  Активный
Например работа отстойников ,электродигидраторов без покрытия допускается только при малой обводненности нефти, отсутствии в пластовой воде сероводорода .А вот с поялением сероводорода в нефти, в процессе эксплуатации нефтяных месторождений, как раз необходимо применитьзвщитные покрытия.
Также повышение агрессивности пластовых вод происходит после обработки скважин кислотными растворами. В скважину вводят ингибированные растворы кислот, но значительная часть ингибитора оседает на твердых частицах пород. Это необходимо иметь ввиду, при использовании ингибиторной защиты при подготовке нефти на установках.
После такой кислотной обработки скважин особенно необходима нейтрализация среды. Для этой цели рекомендуется определенное значение рН пластовых вод , которое измеряется специальными приборами.
Еще  грязевые отложения на дне аппаратов могут  приводить к локальным разрушениям металла. Также коррозионный износ конструкций напрямую зависит от температуры нагрева нефти и от её состава.Поэтому на некоторых зарубежных установках температуру нефти поднимают постепенно ,по мере ее обессоливания .Скорость коррозии углеродистой стали в нейтральной пластовой воде составляет 0,01-0,05 мм в год ,при наличии в ней сероводорода скорость увеличивается до 1,0 мм в год, при наличии кислорода  на 0,3 мм в год ,а при одновременном их присутствии коррозия возрастает от 5,0 до 10,0 мм в год;наличие сульфида железа в пластовой воде вызывает локальную язвенную коррозию до 2,0-5,0 мм в год.Сульфид железа является стабилизатором водной эмульсии.Его присутствие приводит к нарушению режима работы отстойников и электордегидратора ,а также ухудшает качество обезвоживания  нефти.Таким образом проблема в том, что всяческая обработка  материала и конструкций не сможет быть эффективной в должной степени, если не подготовить сырье. 
Одно из важнейших мероприятий по уменьшению коррозии  оборудования и нефтепроводов – обессоливание нефти. Нефть поступающая на переработку на установке нефтеперерабатывающего завода проходит подготовку на промыслах, где её освобождают от попутного газа ,частей легких углеводородов ,значительного количества пластовой воды и механических примесей .Содержание солей в товарной нефти  не более 300 мг/л, а воды 1%.В процессе обессоливания из нефти сточные воды переходят в соли, некоторую часть соединений кислотного характера и соединения ванадия, мышьяка и никеля. Последние являются ядом катализатора. Кислотные соединения,такие как нафтеновые кислоты оказывают каталитичекое действие на степень разложения хлорорганических соединений  нефти с образование хлороводорода в технологических средах ,поэтому обессоливание нефти необходимо даже при малом содержании солей.
Хорошо обезвоженная и обессоленная нефть при температуре ниже 260?С практически не оказывает воздействие на металл .Некоторые нефти содержат одновременное присутствие в водной фазе сероорганическое  соединение и соединение хлороводорода,что приводит к усиленной коррозии оборудования  со скоростью0, 8 мм в год .В среднем скорость корродирования метала в год составляет 2-3 мм.
Уменьшить образование сероводорода с помошью химикотехнических   методов не представляется возможным ,поэтому удаление из нефти большого количества хлороводоро



.......................