ЧАСТЬ 1
Ход процесса и его механизм в значительной мере зависят от среды, в которой она протекает. Различают два основных вида коррозии - химическую и электрохимическую.
Сероводород обладает высокой химической активностью и вызывает коррозионные повреждения оборудования в результате электрохимической коррозии и водородного охрупчивания. Растворяясь в воде, он диссоциирует как слабая кислота на ионы
H2S = HS-- + H+ = S2- +2H+
В зависимости от величины рН среды равновесие реакций сдвигается вправо или влево: в нейтральных и щелочных средах содержится больше всего ионов гидросульфида, в кислых средах - молекулярный сероводород, в сильнощелочных электролитах появляются в небольших количествах ионы сульфида. В связи с хорошей растворимостью сероводорода в воде (около 3000 мг/л при 30°С) происходит уменьшение величины рН водной фазы, вследствие чего основная часть сероводорода, абсорбируемая водной и углеводородной фазой, находится не в ионной, а в молекулярной форме. По мнению Л.С. Саакиян с соавторами, реакция Fe + H2S → FeS + H2 упрощенная и не отражает полностью механизм сероводородной коррозии.
Представления о влиянии сероводорода на электродные реакции основаны на предположении образования промежуточных соединений, играющих роль поверхностных катализаторов. Так, усиление анодной реакции ионизации железа сероводородом, согласно механизму, предложенному 3. А. Иофа, описывается реакциями:
Fe + H2S + H2О = Fe(HS-)адс + H3О +
Fe(HS-)адс → (FeHS)+ + 2е
(FeHS)+ + H3О + → Fе2+ + H2S + H2О
Образующийся комплекс разлагается, и сероводород регенерируется. При образовании хемосорбированного катализатора Fe(HS-)адс на поверхности металла прочная связь атомов железа с серой приводит к ослаблению связи между атомами металла и облегчению их ионизации. К такому же результату приводит снижение приэлектродной концентрации ионов двухвалентного железа в результате взаимодействия их с сульфидами по реакции
Fe + HS- → FeS + H +
В некоторых работах отмечено, что при этом происходит смещение электродного потенциала железа в отрицательную сторону и увеличение скорости анодного процесса коррозии. Механизм действия сероводорода на катодный процесс представлен в виде следующих элементарных реакций:
Fe + HS- → Fe(HS-)адс
Fe(HS-)адс + H3О + ↔ Fe(H-S-H)адс + H2О
Fe(H-S-H)адс + e → Fe(HS-)адс + Hадс
Последняя реакция является наиболее медленной и лимитирует общую скорость катодного процесса. Сам сероводород непосредственно в катодной реакции не участвует, а является лишь катализатором, ускоряющим разряд ионов водорода. Восстановленные атомы водорода частично рекомбинируют и частично диффундируют в металл, вызывая водородную хрупкость.
Продукты коррозии железа, образующиеся в сероводородсодержащих средах, имеют общую формулу FeхSу и оказывают существенное влияние на кинетику коррозионного процесса. Структура и защитные свойства сульфидов железа зависят от условий образования, главным образом от парциального содержания сероводорода в среде. Во многих литературах имеются сведения о рентгеноструктурных и электронно-графических исследованиях, в результате которых установлено, что при низкой концентрации сероводорода (до 2,0 мг/л) сульфидная пленка состоит главным образом из троилита FeS и пирита FeS2 с размерами кристаллов до 20нм. При концентрации сероводорода от 2,0 до 20 мг/л дополнительно появляется небольшое количество кансита Fe9S8. При концентрации сероводорода выше 20мг/л в продуктах коррозии преобладает кансит и размеры кристаллов увеличиваются до 75 нм. Кансит имеет несовершенную кристаллическую решётку, поэтому он не препятствует диффузии железа и не обладает защитными свойствами. Поэтому устанавливается постоянная и довольно высокая скорость коррозии. Кристаллические решетки пирита и троилита имеют относительно небольшое число дефектов, тормозят диффузию катионов железа и оказывают некоторое защитное действие.
Сульфид железа является катодом по отношению к железу и стали и образует с ним гальваническую пару, разность потенциалов в которой может достигать 0,2-0,4 В. Способность сульфидов образовывать макрогальванические пары со сталью приводит к быстрому разрушению оборудования в результате образования глубоких язв.
Химическая коррозия характеризуется разрушением металла вследствие его непосредственной реакции со средой - неэлектролитом. Примерами коррозии такого рода служат разрушение лопаток и других элементов турбин, находящихся в контакте с горячими топливными газами, коррозия греющих элементов электрических печей, коррозия резервуаров, коммуникаций и химических реакторов, вызванная действием таких газов, как H2S, Н2, СО, СО2, С12, NН3, перегретый водяной пар, или жидких неэлектролитов, например нефти и продуктов ее переработки, расплавленной серы, органических соединений. Среди многих случаев химической коррозии наибольшее значение .с точки зрения наносимого экономике ущерба имеет газовая, коррозия, т.е. окисление металлов в атмосфере сухих газов при высокой температуре.
В практике чаще всего встречаются с примерами разрушений металлических конструкций вследствие электрохимической коррозии. Этот вид коррозии возникает в растворах электролитов, причем ему сопутствуют протекающие на поверхности металла электрохимические процессы: окислительный - растворение металла - и восстановительный - электрохимическое восстановление компонентов среды. На скорость электрохимической коррозии влияют особенности как самого металла (вид, структура, неоднородности, наличие пленок и покрытий), так и электролитической среды (состав, концентрация, температура, кислотность и т. д.). Влияют также условия эксплуатации металлической конструкции. Видами электрохимической коррозии являются: атмосферная, подземная, морская, биологическая, коррозия под действием блуждающих токов и др.
Атмосферной коррозией называется коррозии металла, находящегося в среде влажного воздуха. Такая коррозия встречается повсеместно.
Подземная коррозия происходит из-за агрессивного действия почвы.
Морская коррозия является следствием агрессивного действия морской среды - морской воды атмосферы (рисунок 2).
ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ.
Не забывайте ставить лайки.
Еще много интересного на моём канале.
Подписывайтесь.
