Полевой метод определения предельного тока по кислороду в толще грунта

Доставка кислорода к корродирующей стальной поверхности в толще грунта определяется по значению предельного тока кислорода, измеренного с помощью зонда на уровне укладки подземного трубопровода. Общий вид зонда представлен на рис. 4.2.1.

Рис. 4.7. Коррозионно-индикаторный зонд для определения предельного тока кислорода в толще грунта на уровне укладки подземного трубопровода

Коррозионно-индикаторный зонд состоит из стального корпуса 1 с колпаком 2 и ручками 3. Содержит рабочий электрод 5, вспомогательным электродом служит наружная поверхность стального корпуса 1. Для облегчения ввода зонда в толщу грунта, основание корпуса заканчивается острым стальным наконечником 4. Рабочий электрод диаметром 3 … 6 мм из трубной сталь 17ГС герметично вмонтирован у основания корпуса. Выбор диаметра электрода обусловлен тем фактом, что при прочих равных условиях плотность предельного тока кислорода, измеряемая в толще грунта, существенно зависит от диаметра рабочего электрода. См. рис. 4.2.2.

Рис. 4.8. Потенциостатические катодные поляризационные кривые, снятые в торфяном грунте на платиновом электроде с различным диаметром: 1 – диаметр электрода 5,0 мм; 2 – 10,0 мм

Именно при этих диаметрах рабочего электрода 3…6 мм реализуется при прочих равных условиях в толще грунта максимальное значение предельного тока по кислороду. Расстояние между рабочим и вспомогательным электродами составляет 0,1…0,5 мм. Нижний предел ограничен тем, что при меньших расстояниях в толще грунта может наблюдаться пробой изоляционной втулки и рабочий и вспомогательный электроды окажутся короткозамкнутыми, а верхний - тем, что при больших расстояниях полярографическая волна кислорода в грунтах, имеющих, как правило, большое омическое сопротивление, сглаживается и даже исчезает. Вспомогательный электрод, которым является вся наружная поверхность коррозионно-индикаторного зонда, превышает по площади рабочий электрод, в зависимости от глубины погружения зонда в грунт, в 10^{6 3} раз. Это условие должно выполняться для того, чтобы полностью устранить влияние поляризации вспомогательного электрода на кинетику электрохимического восстановления кислорода на рабочем электроде.

При измерениях зонд устанавливают над подземным стальным сооружением (трубопроводом) и погружают на требуемую глубину в грунт, на уровень укладки подземного стального трубопровода путем вращения за ручки 3 или легкими ударами по колпаку 2 и подключают к измерительной установке (полевому полярографу). В отсутствии тока поляризации полевой полярограф регистрирует разность стационарных потенциалов рабочего и вспомогательного электродов. При пропускании тока поляризации потенциал вспомогательного электрода практически остается постоянным из-за ничтожно малой плотности тока на нем (его поверхность в 10^{6 3} раз превосходит площадь рабочего электрода) и измерение разности потенциалов между электродами происходит практически только за счет поляризации рабочего электрода, изготовленного из трубной стали. При катодной поляризации рабочего электрода снимается полярограмма кислорода, высота которой зависит от физико-химических свойств грунта в данной точке подземного стального сооружения и характеризует величину коррозионного тока в язвах, имеющих максимальную глубину, что подтверждают результаты, представленные на рис. 4.2.3.

Рис 4.9. Связь между плотностью коррозионного тока в язвах с максимальной глубиной и плотностью предельного тока кислорода (кривая 1): 11 – образцы не замкнуты; 111 – образцы короткозамкнуты: 1 – 1¹; 2 – 2¹; 3 – 3¹; 4 – 4¹.

В процессе дальнейшей работы не обязательно каждый раз снимать катодную полялограмму восстановления кислорода на рабочем электроде. Достаточно на рабочий электрод подать потенциал, соответствующий середине площадки предельного тока кислорода и зафиксировать значение предельного тока восстановления кислорода после его установления во времени (в среднем через 15 мин).

Показатели коррозионной активности обводненных высокоомных грунтов в зависимости от условий доставки кислорода представлены в таблице 4.2.1.

Таблица 4.2.1

Показатели коррозионной активности обводненных

слабоминерализованных грунтов

Коррозионная активность грунта	Плотность предельного тока по кислороду, А/м2	Скорость коррозии по максимальной глубине проникновения, мм/год
Низкая	< 0,07	< 0,05
Средняя	0,07…0,11	0,1
Высокая	> 0,11	>0,1

При увеличении плотности предельного тока по кислороду более 0,11 А/м² максимальная глубина проникновения коррозии увеличивается не более чем на (10…20)%, но при этом на корродирующей поверхности возрастает число коррозионных язв с максимальной глубиной. Причем, если при А/м² язвы с максимальной глубиной сосредоточены на отдельных участках стальной корродирующей поверхности трубопровода в грунте (ближе к краю сквозного дефекта изоляции), то при А/м² число коррозионных язв с максимальной глубиной проникновения увеличивается в 2…4 раза и они практически равномерно распределяются по всей корродирующей поверхности. При уменьшении плотности предельного тока по кислороду менее 0,07 А/м² коррозия трубной стали, независимо от типа грунта (торф, песок, глина) носит равномерный характер.

При потенциостатических измерениях в толще грунта, по мере облегчения доставки кислорода к рабочему электроду, разброс значений предельного тока увеличивается (см. табл.4.1.1). Это может быть объяснено, прежде всего, нестабильностью пленки влаги, покрывающей рабочий электрод зонда в грунте. При погружении зонда на глубину более 0,7 м плотность предельного тогда по кислороду меньше 0,1 А/м², условия контакта рабочего электрода с грунтом более стабильны и разброс результатов уменьшается.