Проведение лабораторной работы

 

Приборы и материалы:

− стеклянные стаканы;

− миллиамперметр;

− милливольтметр;

 

 

− рабочий раствор согласно индивидуального задания;

− цинковые и медные пластинки.

 

Описание работы: в работе используется гальванический элемент Zn – Сu. Форма пластинок одинаковая, а размеры разные. Пластинки зачищают наждачной бумагой с одной стороны, измеряют размеры и протирают бензином. Затем образцы укрепляют в клеммах текстолитовой крышки, подсоединяют проводами к миллиамперметру или милливольтметру как показано на (Рис.6) и погружают в стакан с раствором. Уровень раствора должен быть приблизительно на 1 см ниже верхнего края испытуемых материалов.

                   Рис. 6 – Схема подключения электродов

Задание 1. Определить влияние размеров электродов на силу коррозионного тока. Сила тока записывается в таблицу 1. Замеры проводятся до получения трёх одинаковых значений для каждой пары электродов.

 

                   Значения силы тока от времени                               Таблица 1.

Поверхность электродов, см		Сила тока, мА
		Время от начала измерений, мин
Анод	Катод	2	4	6	8	10	12	14	16	18
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Маленький	Маленький
Маленький	Средний
Маленький	Большой
Средний	Маленький
Средний	Средний
Средний	Большой
Большой	Маленький
Большой	Средний
Большой	Большой

 

Задание 2. Определить по силе коррозионного тока весовые потери материала и глубинный показатель коррозии на электродах одного размера. Показания прибора записывают в таблицу 2, проводя измерения в течении 30 минут. Первые 10 минут показания снимаются каждые 2 минуты, а затем - каждые 10 минут.

 

             Значения силы тока от времени испытания                               Таблица 2.

Сила тока, мА	Время от начала измерений, мин.

 

После окончания измерений измерить площадь цинковой пластинки. Весовые потери материала определить по формуле (6). Весовой показатель скорости коррозии определяется по формуле:

 

                                                                                                                    (6)

где Δ m - масса металла, г;

 S - площадь цинкового электрода;

  τ - общее время испытания, ч.

 

Глубинный показатель коррозии вычислить по формуле:

                                                                                                                                                    (7)

где К – скорость коррозии, г/м2 ·ч;

      ρ − плотность металла, г/см3.

 

Оформление результатов работы

 

Результаты задания 1 представляют в виде заполненной таблицы и графиков, показывающих зависимость установившейся силы тока исследуемого гальванического элемента от площади анода (при постоянном катоде) и площади катода (при постоянном аноде). В выводе по этому заданию описать влияние площади электродов на скорость коррозии с кислородной деполяризацией и объяснить причину.

Результаты задания 2 представляют в виде заполненной таблицы, графической зависимости силы тока от времени испытания и вычислений по формулам 5, 6 и 7.

 

 

 В выводе объяснить полученную графическую зависимость, используя факторы, влияющие на скорость коррозии с кислородной деполяризацией.

Требование к отчету: Отчет по выполненной работе должен содержать:

1. Название лабораторной работы и ее цель.

2. Схема лабораторной установки, ее описание.

3. Таблицу измеренных и рассчитанных параметров.

4. Анализ полученных результатов.

 

Контрольные вопросы

1. Механизм электрохимической коррозии.

2. Что собой представляет двойной электрический слой?

3. Явление кислородной деполяризации.

4. Факторы, влияющие на скорость протекания кислородной деполяризации.

Лабораторная работа №3

 

«ИЗМЕРЕНИЕ  РАЗНОСТИ  ПОТЕНЦИАЛОВ  МЕЖДУ  ТРУБОЙ И ЗЕМЛЕЙ»

Цель работы: Получить навыки измерения разности потенциалов между трубопроводом и землей для выявления участков трубопроводов, находящихся в зонах коррозийной опасности.

Основные положения

Трубопроводы, уложенные в грунт, защищены от воздействия агрессивной окружающей среды изоляционным покрытием. С течением времени изоляция стареет и разрушается, вследствие чего поверхность трубы в местах поврежденной изоляции начинает контактировать с почвенным электролитом. Поверхность трубопровода, как и любого другого металла, состоит из короткозамкнутых гальванических микроэлементов, которые при контакте металла с электролитом начинают действовать, что приводит к разрушению металла и образованию двойного электрического слоя вследствие перехода ионов металла в электролит или из электролита в металл.

Такой переход возможен до тех пор, пока не установится равновесие, которому соответствует определенный электрохимический потенциал. Электрохимический потенциал трубопровода измеряют с помощью электрода сравнения.

При помощи измерительного прибора невозможно определить потенциал одного электрода или металлического сооружения. Значение стационарного потенциала трубопровода представляет собой разность между его электрохимическим потенциалом и потенциалом электрода сравнения по отношению к грунту.

Для измерения потенциалов подземных сооружений относительно земли используются различные электроды сравнения (стальные, медно-сульфатные). Наибольшее распространение получили медно-сульфатные неполяризующиеся электроды сравнения различных конструкций. Устройство этих электродов представлено на (Рис. 1, 2, 3).

Медно-сульфатный электрод сравнения (МЭС) сохраняет свой потенциал при контакте с любым электролитом. Его постоянный скачок потенциала + 0,316В (по отношению к стандартному нормальному водородному электроду) сравнивается со скачком потенциала на границе защищаемого стального сооружения и окружающей почвы при помощи

 

 

приборных измерений. Замеры потенциалов по трассе магистрального трубопровода производятся в контрольно-измерительных колонках, расположенных вдоль трубопровода. МЭС применяют в тех случаях, когда амплитуда колебаний разности потенциалов не превышает 1 В.

   Стационарный потенциал «труба-грунт» зависит от состояния поверхности трубопровода и физико-химических свойств грунтов, обычно находится в пределах – 0,23... 0,72В по медно-сульфатному электроду сравнения (МЭС), в расчетах принимается равным – 0,55 В.

   В плотных, влажных, плохо аэрируемых глинистых грунтах стационарный потенциал более отрицателен, чем в песчаных почвах. В практике коррозионных обследований магистральных трубопроводов стационарный потенциал принято называть естественным потенциалом U _ест, подразумевая при этом отсутствие на трубопроводе блуждающих и других наведенных токов.

   Критерием защищенности металлического сооружения от коррозии является потенциал U _защ «труба-грунт», который устанавливается после включения станции катодной защиты. Практически считается, что подземные стальные сооружения защищены на 80 - 90% от коррозии при достижении разности потенциалов значения – 0,85 В.

Приборы и схема измерения потенциала «труба-грунт» на модели трубопровода (см. «Установка» - Рис 4).

 

                                      

Рис. 1. Неполяризующийся медно-сульфатный электрод сравнения ЭН-1:

1 – контакт; 2 – резиновая прокладка; 3 – пластмассовая крышка;

4 – пористая керамическая чашка; 5 – медный стержень

 

Рис..2. Медно-сульфатный электрод сравнения НМ-СЭ-58:

1 – медный электрод; 2 – корпус; 3 – кольцо; 4 – колпачок; 5 – диафрагма;

6 – резиновое кольцо; 7 – подвеска; 8 – пробка

 

 

 

 

Рис. 3. Стационарный медно-сульфатный электрод сравнения с датчиком

электрохимического потенциала

 

Установка

Рис. 4.

1 - модель трубопровода; 2 - милливольтамперметр М-231;

3 – медно-сульфатный неполяризующийся электрод сравнения ЭН-1;

4 - соединительные провода

 

Методика определения наличия блуждающих токов в земле:

1. Сущность метода

Сущность метода заключается в измерении на трассе проектируемого со­оружения разности потенциалов между двумя точками земли через каждые 1000 м по двум взаимно перпендикулярным направлениям при разносе измери­тельных электродов на 100 м для обнаружения блуждающих токов.

 

2. Аппаратура

Вольтметры с внутренним сопротивлением не менее 20 кОм на 1 В шка­лы с пределами измерений:

- 0,5-0-0,5 В;

- 1,0-0-1,0 В;

- 5,0-0-5,0 В или другими близкими к указанным пределам.

Медносульфатные электроды сравнения.

 

3. Проведение измерений

Измерительные электроды располагают параллельно будущей трассе со­оружения, а затем перпендикулярно к оси трассы.

Показания вольтметра снимаются через каждые 5-10 с в течение 10-15 мин. в каждой точке.

 

Если наибольший размах колебаний разности потенциалов (абсолютной разности потенциалов между наибольшим и наименьшим значениями) превы­шает 0,50 В, это характеризует наличие блуждающих токов.

Порядок проведения работы

     Схема собирается согласно (Рис.4). Перемещая магнит по поверхности трубы, проводят замеры стационарного потенциала «труба-грунт» в различных точках трубопровода по милливольтамперметру. Интервал между отсчетами принимают 5 - 10 сек. Определяют среднее значение потенциала. В работе следует проследить, как изменяется естественный потенциал в грунтах с различной влажностью и плотностью.

Требование к отчету

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1. Название лабораторной работы и ее цель.

2. Схема лабораторной установки, ее описание.

3. Таблицу измеренных и рассчитанных параметров.

4. Анализ полученных результатов.

Контрольные вопросы

1. Образование двойного электрического слоя.

2. Понятие электродного потенциала металла, нормального потенциала металла.

3. Образование потенциала «труба-земля».

4. Значение потенциалов, критерий защищенности сооружения от коррозии.

5. Электроды сравнения (норм. водородный, МЭС, стальной).

 

Лабораторная работа №4

 

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ  ГРУНТОВ»

  Цель работы:

1. Получить навыки измерения удельного электросопротивления грунтов различными методами.

2. Оценить коррозийную активность грунтов.

   

Основные положения

 

  Под удельным электросопротивлением почвы (r _r) принято понимать сопротивление растеканию электрического тока в условном почвенном проводнике площадью поперечного сечения 1 м² и длиной 1 м.

   Единица измерения удельного электросопротивления – Ом·м.

   Удельное электросопротивление почвы находится в зависимости от ее влажности и повышений солесодержания.

   По удельному электросопротивлению грунта можно оценить его коррозионную активность, получив таким образом сведения для расчета эффективной электрозащиты подземных сооружений, выбора конструкции и расчета анодного заземления при катодной защите.

     Коррозионная активность грунтов в зависимости от их удельного сопротивления по отношению к углеродистой стали приведена в таблице 1.

 

         Коррозийная активность грунтов   Таблица 1

Коррозийная активность	Ом·м
низкая	свыше 100
средняя	свыше 20 до 100
повышенная	свыше 10 до 20
высокая	свыше 5 до 10
весьма высокая	до 5