Блуждающие токи. Коррозия блуждающими токами.
Разрушение металла в зависимости от почвы. Подземная коррозия трубопроводов.
Содержание
Металлические изделия служат нам не только в атмосферных условиях, но часто находятся в земле. Трубопроводы, по которым текут вода, газ, нефть, очень часто делают из металла и прокладывают под землей. Под землей также размещают кабели, по которым подают электрический ток или осуществляют телеграфно-телефонную связь. Почва, как вам известно, представляет собой смесь различных веществ. В ее состав входят минералы и различные органические вещества, являющиеся продуктами гниения. Почвенная вода всегда содержит растворы солей и кислот, т. е. она электролит. Вот почему так тщательно покрывают изоляционными материалами металлические трубы, прежде чем они будут зарыты в почву. Правда, по своим свойствам почва может быть различна. При раскопке трубопроводов в окрестностях Батуми, проложенных в 1878 г., т. е. труб, которые пролежали в почве около ста лет, выяснилась интересная картина. На отдельных участках не осталось и следа от металлических труб, так как они полностью были разрушены. В то же время в тех местах, где трубы проходили по глинистой почве, они полностью сохранились. Вид их был такой, как будто бы они только что были зарыты в землю. Следовательно, в глинистой почве не было доступа к металлу электролитов и кислорода, способствующих разрушению металла. Трубы здесь были изолированы самой почвой. Вот такую же роль играет покрытие труб различного рода смолами. Однако в больших городах такого рода покрытия не всегда сохраняют металл от разрушения. Коварную роль здесь играет электрический ток.
Причина попадания электрических токов в почву?
В основном электрические токи, или как их еще называют «блуждающие», появляются в больших городах, причинами попадания в почву являются:
— городской транспорт (трамваи, метро);
— заводы и предприятия, которые используют на своем производстве электросварочные аппараты, электролизные ванны.
В общем можно сказать, что блуждающие токи появляются там, где используют установки постоянного тока.
Находящиеся под землей кабельные сети, трубопроводы и разные металлические сооружения, подвергаются сильной коррозии, в районах расположения электротяговых устройств постоянного тока, поскольку в таких случаях в качестве обратного провода используют рельсы, зачастую не имеющие достаточной электрической изоляции относительно земли. Таким образом ток оказывается в почве.
Несмотря на то, что в почве находятся растворы солей, она оказывает хорошее сопротивление блуждающим токам. В случае же наличия металлических проводников, какими будут являться трубы, блуждающий ток устремляется в трубы. Ток не вызывает разрушении при входе в металлическую конструкцию под землей, а при выходе из нее, он разрушает металл.
Зоны блуждающих токов
Чтобы узнать, как ведут себя блуждающие токи, рассмотрим простую схему коррозии подземного трубопровода (рис. 1) в случае, когда обратный ток протекает по рельсам.
Рис.1. Коррозия трубопровода блуждающим током.
В рабочий воздушный провод поступает электрический ток от положительного полюса и по рельсам возвращается обратно к отрицательному полюсу. На некоторых участках пути, рельсы соприкасаются с почвой и часть тока уходит в почву. Также в случае пролегания вблизи рельс стального трубопровода, ток уже потечет не по почве, а по трубе. Итак, путь прохождения блуждающего тока делится на три части:
— Катодная зона, она не является опасной в коррозионном отношении, на этом участке блуждающий ток переходит на трубопровод из почвы.
— Зона, где ток протекает по трубопроводу. На этом участке нет переходов тока. Такая зона тоже не является опасной.
— Анодная зона. На этом участке происходит переход тока из металлического трубопровода в почву. Тут и возникает коррозия трубопровода, которая зависит от величины блуждающего тока. На этом участке возможно появление глубоких язв коррозии и даже разрывов в трубе.
Рис. 2. Чугунная труба, пострадавшая от коррозии вследствие блуждающих токов.
Известны случаи протекания по трубопроводу тока силой до 300 а. Зная силу тока, можно по закону Фарадея подсчитать разрушение металла. Так, например, ток силой до 1 а в течение года разрушает около 9 кг железа, 11 кг меди и 34 кг свинца. Эти цифры показывают, к какому разрушению подземных сооружений может привести блуждающий ток, учитывая, что радиус Действия блуждающего тока, входящего в землю с рельсов электрифицированных железных дорог, определяется иногда несколькими десятками километров. Вот почему в больших городах, где имеется много подземных сооружений, а также разветвленная система подземных сооружений и наземных проводников постоянного электрического тока, необходимо тщательно защищать подземное хозяйство от губительного действия блуждающих токов. Руководители городского хозяйства при постройке новых подземных сооружений должны строго учитывать этого врага металлических изделий, который может нанести непоправимый ущерб и даже бедствие городскому хозяйству. Например, разрушенная блуждающим током труба газопровода может вызвать выход газа из трубы, в которой он протекает, что связано с опасностью возникновения пожара. Нужно сказать, что такие случаи принесли большой ущерб не только городскому хозяйству, по и населению.
На рисунке 2 приведена фотография трубы, пострадавшей от коррозии блуждающим током. Как видите, блуждающий ток разрушил трубу так, что в ней образовались сквозные отверстия.
С действием блуждающих токов можно ознакомиться на простом опыте. Соберите установку по схеме,
изображенной на рисунке 3. Здесь медный провод АВ соединен с источником постоянного тока и погружен в 5-процентный раствор поваренной соли в таком количестве желатины, чтобы получилась студенистая масса. К желатине добавьте несколько капель концентрированного раствора красной кровяной соли. Ниже медного провода в желатину погрузите железную пластинку, как это показано на рисунке.
Рис.3. Лабораторный эксперимент для обнаружения блуждающих токов
В цепь постоянного тока включают сопротивление (реостат). Когда сопротивление проводника мало, то весь ток потечет к проводнику и не попадет на железную пластинку. Но если увеличить сопротивление проводника при помощи реостата, то часть тока пойдет по пути наименьшего сопротивления, т. е. через раствор и пластинку. На месте выхода блуждающего тока с железной пластинки обнаружится посинение, указывающее на разрушение железной пластинки, т. е. ее растворение, с образованием ионов железа, которые, взаимодействуя с красной кровяной солью, образует железосинеродистое железо, имеющее синюю окраску. Желатина вводится для того, чтобы образовавшееся синее пятно не расплывалось.
Защита от блуждающих токов при подземной коррозии.
Для борьбы с блуждающими токами в настоящее время разработан ряд мероприятий. Нетрудно понять, что эти мероприятия сводятся к сравнительно простым способам. К таким способам относится тщательная изоляция токонесущих систем, а с другой стороны — так называемый электродренаж. Он заключается в отводе тока по специальным проводам от подземных сооружений на отрицательный полюс электростанции.
Для защиты от коррозии трубопроводов, прокладываемых в земле, обычно применяют битумные покрытия, а для кабеля джутовую обмотку, пропитанную битумными составами.
Кроме этих методов, применяют так называемую катодную защиту.