Водородные расслоения

1. Водородный показатель рН раствора .............. 341

Часто применяют объемные показатели электрохимической коррозии: а) водородный показатель — объем выделившегося водорода в процессе коррозии металла, отнесенный к единице поверхности металла и единице времени /Собъемн. н,, см3/(см2-ч); б) кислородный показатель коррозии — объем поглощенного кислорода в процессе коррозии металла, отнесенный к единице поверхности, металла и единице времени /(объемы, о, см3/(см2-ч).

1. ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ рН РАСТВОРА

Напомним, что для характеристики активности водородных ионов в растворе принят водородный показатель рН (307):

Из всего многообразия факторов, влияющих на электрохимический процесс коррозии, весьма важным является водородный показатель раствора электролита, т. е. характеристика активности в нем водородных ионов. Усиление или ослабление коррозионного процесса часто является функцией от активности ионов водорода в растворе. Уменьшение рН раствора, т. е. увеличение активности ионов Н+-приводит обычно к возрастанию скорости коррозии, так как потенциалы водородного и кислородного электродов делаются более положительными и катодные процессы водородной и кислородной деполяризации облегчаются. Примером такого влияния рН на скорость коррозии может СЛУЖИТЬ сильное ускорение растворения многих металлов (же-

Другой важной особенностью роста коррозионных трещин является то обстоятельство, что состав (в частности, водородный показатель среды рН) н электродный потенциал системы металл — среда в трещине и на гладкой поверхности Значительно отличаются. А поскольку наряду с коэффициентом интенсивности напряжений скорость роста трещины определяется электрохимической ситуацией в вершпне трещины, то представляется особенно важным ее изучение. Имеется несколько методик оценки электрохимического состояния в вершине трещины [114, 213, 256]. Результаты последних исследований указывают на его зависимость от уровня коэффициента интенсивности напряжений, длины трещины, внешней поляризации и частоты циклического нагруже-нпя [213, 257].

ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ рН -безразмерная величина, равная от-рицат. десятичному логарифму концентрации ионов водорода в р-ре, выраженной в моль/л: pH = -lg[H"1"]. В нейтральных водных р-рах при 25 °С рН = 7, в кислых средах рН < 7, в ще-

...МЕТР (от греч. metreo - измеряю) -часть сложных слов, означающая измерит, прибор (напр., термометр), дольную или кратную единицу длины в метрич. системе (напр., километр). рН-МЕТР - прибор для измерения концентрации водородных ионов, характеризующей степень щёлочности или кислотности р-ров (см. Водородный показатель). Состоит из электродной системы, усилителя, индикатора (или самописца), регулирующего устройства и исполнит, механизма. По принципу действия могут быть потенциометрическими (нуль-приборы) и с прямым отсчётом. Применяются для анализа природных вод, почвенных вытяжек, биол. систем и др.

ма, правило) автоматический -устройство (комплекс устройств), посредством к-рого осуществляется регулирование автоматическое. С помощью чувствит. элемента (датчика) Р. измеряет или регулируемую величину, или возмущающее воздействие и посредством преобразоват. или вычислит, устройства вырабатывает воздействие на регулирующий орган объекта регулирования. Регулирующее воздействие может подаваться на регулирующий орган объекта либо непосредственно с чувствит. элемен-таР.(Р. прямого действия), либо после предварит, усиления (Р. непрямого действия). Р. также могут содержать компенсирующие устройства, служащие для обеспечения устойчивости и требуемого качества процесса регулирования. РЕГУЛЯТОРЫ флотации - хим. соединения (гл. обр. неорганич. соли, к-ты, щёлочи), регулирующие водородный показатель и ионный состав жидкой фазы пульпы, а также адсорбирующиеся на поверхности минералов и обеспечивающие хемосорбцию собирателей или гидратацию поверхности и десорбцию собирателя. Р.-разновмдность флотационных реаген-тов. К Р. относятся также реагенты-пептизаторы (напр, силикат натрия), разобщающие частицы микронных размеров (тонких шламов), уменьшая их отрицат. действие на процесс флотации.

БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ, буферные систем ы,— р-ры, поддерживающие постоянный водородный показатель (рН) среды при разбавлении, концентрировании или добавлении к-т или щелочей (не превышая нек-рого предела). Примеры Б. р.: р-р уксусной к-ты и её натриевой соли, р-р борной к-ты и буры. Б. р. широко используются в хим. технологии, в аналитич. химии (процессы осаждения, экстракции, разделения и др.). Буферные системы имеют важнейшее значение для жизнедеятельности организмов; они определяют, напр., постоянство кислотности крови и лимфы.

ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ рН — величина, характеризующая концентрацию (точнее, термо-динамич. активность) ионов водорода в р-ре; численно равна отрицат. десятичному логарифму концентрации ионов водорода: рН = —lg [H+]. При темп-ре 25 °С в нейтральной среде рН = 7, в кислых средах рН < 7, в щелочных рН > 7. В. п. используют для контроля мн. хим. и биохим. процессов.

2.2. Особенности оценки работоспособности конструкций, имеющих водородные расслоения ............... 125

После 10-12-летней эксплуатации аппаратов УКПГ во многих из них стали появляться водородные расслоения, причем, по данным ПО "Оренбурггаздобыча", из 122-х обследованных в 1989 г. аппаратов в 67-ми обнаружено водородное растрескивание металла. Последнее обусловлено неэффективным ингиби-рованием наводороживающей рабочей среды и содержанием в металле аппаратов сульфидных включений [25]. Проведенный ВНИИнефтемашем ультразвуковой контроль позволил провести градацию аппаратов по группам пораженности и ввести критерии отбраковки. Особое внимание было уделено защите пораженных областей с помощью новой технологии ингибирования. Разработана система нанесения ингибирующей композиции

Рис. 15. Водородные расслоения в металле трубопровода ОГПЗ (х200)

Классификация отказов по периодам эксплуатации (рис. 196) и видам оборудования (рис. 19в и 20) показывает общую тенденцию к увеличению их количества в промежутке от 15 до 20 лет. Это объясняется повреждением насосно-компрессорных труб и их муфт в данный период времени (рис. 20а) и проведением большого объема вырезок дефектных участков соединительных трубопроводов, обнаруженных с помощью внутритрубной дефектоскопии. По мере накопления опыта обработки данных внутритрубной дефектоскопии и в результате разработки методики оценки потенциальной опасности дефектов количество вырезок из труб удалось уменьшить (рис. 206). После 10-15-летней эксплуатации аппаратов УКПГ при проведении комплексной диагностики в металле многих из них обнаружены водородные расслоения, что обусловило необходимость замены этих аппаратов. В период эксплуатации до 20 лет наблюдалось также повышенное количество отказов деталей аппаратов УКПГ и ОГПЗ (рис. 20в). Меньше отказов оборудования и трубопроводов было отмечено во временном интервале эксплуатации более 20 лет, что объясняется отсутствием полных данных, а также проведением эффективного ингибирова-ния коррозионных сред, своевременного контроля коррозионного состояния оборудования и выполнением планово-профилактических работ (ППР).

Средняя интенсивность отказов трубопроводов ОНГКМ, составляющая 1,3-10~3 год"1 (табл. 7), находится в пределах, характерных для величин потока отказов газопроводов и кон-денсатопроводов. Тот же показатель для насосно-компрессор-ных труб равен 1,8-10~3 год"1 (табл. 8). Средняя интенсивность отказов аппаратов ОГПЗ — 5-Ю"4 год"1 (табл. 9), что соответствует значениям этого показателя для энергетических установок АЭС. Средняя интенсивность отказов аппаратов УКПГ составляет 13-Ю"4 год"1 (табл. 10), что в 2,6 раза выше, чем для аппаратов ОГПЗ. Такая ситуация объясняется заменой аппаратов УКПГ, имеющих несквозные водородные расслоения.

Сравнительная оценка методов внутритрубной дефектоскопии позволяет рекомендовать УЗД в тех случаях, когда необходимо выявить дефекты металла труб (например, металлургические и водородные расслоения), то есть для трубопроводов, транспортирующих коррозионные среды.

Водородные расслоения

С целью установления критериев идентификации водородных расслоений их исследовали как методами внутритрубной УЗД (В- и С-сканы), так и методами наружного контроля и металлографии. В результате показано, что основными признаками, отличающими водородные расслоения металла от неметаллических включений, являются: наличие по контуру основного дефекта ступенчатых расслоений, приближающихся к внутренней или наружной поверхности трубы; общая или локальная коррозия (в форме утонения стенки) внутренней или наружной поверхности трубы в области водородного расслоения; возникновение над центральной частью расслоения вздутий или разрушений стенки трубы в случае, когда протяженность водородных расслоений составляет более 100 мм. Если при компьютерном анализе сканов дефектных участков трубопровода не обнаружены следы электрохимической коррозии металла стенок и ступенчатых микрорасслоений, приближающихся к наружной или внутренней поверхностям труб, то это свидетельствует о металлургической, а не об эксплуатационной природе данного вида дефектов.

имеющих водородные расслоения металла

Установлено [25], что два параллельных расслоения развиваются независимо и не взаимодействуют даже при небольших расстояниях между собой. Поэтому развитие каждого расслоения можно прогнозировать, используя, например, методы экстраполяции скорости роста расслоений по результатам периодического неразрушающего контроля. Однако по мере сближения водородные расслоения образуют область взаимодействующих расслоений с неустойчивым развитием и последующим слиянием. На завершающем этапе процесса размеры объединенных расслоений, развивающихся в срединных слоях металла, превышают критические величины. Происходит вскрытие расслоения со стороны одного из контуров, а развивающиеся расслоения на разных уровнях достигают критических размеров по высоте стенки конструкции, следствием чего является ее разгерметизация.

Условия неустойчивого распространения небольших расслоений (I, < 0,5^, где I — толщина стенки конструкции, а высота раскрытия расслоения 8 = 0,5-2,0 мм) в [25] анализировали на основе решения плоской задачи теории упругости (плоская деформация) для пластин с внешними границами, свободными от нагрузок. Расчеты проводили методом конечных элементов для пластин, имеющих изолированное расслоение в виде прямоугольной щели, а также несколько водородных расслоений, расположенных на разных уровнях по высоте пластины. Изолированными считали не взаимодействующие друг с другом водородные расслоения, расстояние между которыми в плане составляло более 2-12 мм в зависимости от длины расслоения Ь (табл. 12) при высоте сечения более (0,8-1,0)1.