Кац Н.Г., Стариков В.П., Парфенова С.Н. Химическое сопротивление материалов и защита оборудования нефтегазопереработки от коррозии

Подождите немного. Документ загружается.

119

торых более нагретые участки будут выполнять роль анодов и под-

вергаться усиленному коррозионному разрушению [1].

Рис. 2.27. Зависимость скорости коррозии П железа

в воде от температуры:

1 – закрытая система; 2 – открытая система

Основные причины, которые ускоряют электрохимическую кор-

розию под влияние давления, следующие [24]:

1) изменение растворимости газов, участвующих в коррозионном

процессе;

2) облегчение процессов гидролиза растворенных в воде солей;

3) появление механических напряжений в металле.

При контакте двух металлов, имеющих разные электродные по-

тенциалы, скорости их коррозии изменяются по-разному, коррозия

более электроотрицательного металла увеличивается, а более элек-

троположительного – уменьшается. На рис. 2.28 показано влияние

контакта различных металлов на скорость коррозии дюралюминия в

морской воде [1].

Из рисунка видно, что для основного металла катодные контакты

могут быть опасными, а анодные – защитными.

Для борьбы с контактной коррозией металлов используют сле-

дующие методы [1, 13, 24]:

120

Рис. 2.28. Влияние контактов с другими металлами

на коррозию дюралюминия в морской воде

Рис. 2.29. Схема возникновения и механизм блуждающих токов

121

1) конструирование металлических сооружений без опасных

анодных деталей или участков с неблагоприятным отношением их

поверхности к катодной поверхности сооружения (



);

2) изолирование мест контакта разнородных металлов, например

с помощью прокладок;

3) нанесение на поверхность катодных металлов покрытий из

неопасных металлов;

4) применение защитного (анодного) контакта, например ис-

пользование протектора.

Блуждающие токи ускоряют скорость коррозионного процесса

[1, 24], так как они сначала попадают на металлическую конструкцию, а

затем стекают в электролит. Участки, где положительные заряды пере-

ходят из электролита в металл, являются катодами, их коррозионное

разрушение снижается (например, местное коррозионное разрушение

подземных стальных трубопроводов блуждающими постоянными тока-

ми) (рис. 2.29). Переменный блуждающий ток менее опасен, чем посто-

янный.

122

Глава 3

БИОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ

Биокоррозия – коррозия металлов под влиянием жизнедеятель-

ности микроорганизмов, выделяющих вещества, которые ускоряют

процесс коррозии. Известны случаи разрушения от биокоррозии бен-

зиновых насосов, бензиновых и нефтяных резервуаров, подземных

водопроводов. Наиболее опасными микроорганизмами являются бак-

терии, так как они быстро размножаются и легко приспосабливаются

к условиям окружающей среды. Существует особый вид бактерий –

железобактерии, которые усваивают железо в виде ионов и перера-

батывают их вместе с кислородом, что сопровождается выделением в

качестве продуктов коррозии нерастворимой пленки гидрооксида же-

леза (буро-красного цвета), трудно отделимой от поверхности метал-

ла. Бактерии биологически используют железо для получения энер-

гии, необходимой для их жизнедеятельности, они неподвижны, но

могут свободно перемещаться с водой и оседать на стенках.

Под влиянием микроорганизмов могут корродировать кроме же-

леза также медь и свинец. Латунь оказывает токсическое влияние на

микроорганизмы, а цинк бактериями не разрушается.

Наиболее благоприятной средой для жизнедеятельности бактерий

могут быть речная вода, сточные и грунтовые воды, почва, почвен-

ные удобрения, торф, шлаки. На рост бактерий и на интенсивность их

биокоррозии влияют такие факторы, как сезонные колебания влажно-

сти почвы и степень аэрации.

Плесень – одна из наиболее коррозионно-активных составляю-

щих биологической среды. Благоприятными условиями для развития

плесени является температура 25-35 °С и повышенная влажность воз-

духа, превышающая 75%. Грибковая плесень содержит 90-95% влаги.

Вследствие полярности волокон плесень впитывает влагу из окру-

жающего воздуха и поддерживает увлажненной поверхность изделия,

способствуя химическому разрушению материалов. Развиваясь на

123

поверхности металлов, грибковая плесень выделяет лимонную, щаве-

левую и другие органические кислоты, которые ускоряют протекание

коррозии.

Практика эксплуатации лакокрасочных покрытий в сильно ув-

лажненных помещениях показывает, что органические покрытия

также могут поражаться бактериями и плесневыми грибами.

Вследствие биокоррозии на металлических поверхностях могут

возникать дефекты: отдельные малозаметные углубления под шла-

мом и тонкими отложениями ржавчины, разъедания в виде оспин,

дырчатые углубления, сквозные повреждения.

3.1. Классификация микроорганизмов,

участвующих в биоповреждениях

Большинство микроорганизмов имеют одноклеточное строение,

например бактерии, микробактерии, дрожжи, простейшие животные

(Protozoa) и некоторые водоросли. В природе существуют также мик-

роорганизмы бесклеточной структуры – ультрамикроорганизмы, к

которым относят вирусы и фаги. Ряд нитчатых бактерий и многие

микрогрибы являются многоклеточными. Колонии микрогрибов раз-

растаются и достигают размеров, видимых невооруженным глазом.

Некоторые микроорганизмы занимают промежуточное положение

между перечисленными:

 риккетсии – между бактериями и вирусами;

 актиномицеты – между бактериями и микрогрибами;

 спирохеты – между бактериями и простейшими.

Значительная часть одноклеточных и многоклеточных микроор-

ганизмов принимает активное участие в процессах разрушения мате-

риалов конструкций и сооружений. Они стимулируют известные

процессы коррозии металлов и старения полимеров, а отдельные ви-

ды могут вызывать специфические разрушения – биоповреждения.

124

Бактерии по форме делят на три основные группы [52]: шаровид-

ные (кокки), палочковидные или цилиндрические (бактерии и бацил-

лы) и извитые (вибрионы и спириллы) (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Основные формы бактерий:

1 – микрококки; 2 – стрептококки; 3 – диплококки; 4 – стафилококки;

5 – сарцины; 6, 7 – палочковидные; 8 – вибрионы; 9 – спириллы;

10 – спирохеты

Кокки под действием факторов среды могут принимать эллипсо-

видную, овальную, коническую формы. В зависимости от располо-

жения клеток их можно разделить на следующие группы:

 микрококки – с обособленно размещенными клетками;

 диплококки – с клетками, соединенными попарно;

125

 тетракокки – сцепленные по четыре вследствие деления клетки

в двух взаимно перпендикулярных направлениях;

 сарцины – скопление кокков в виде пакетов из восьми и более

клеток, образующихся в результате деления клеток в трех взаимно

перпендикулярных направлениях;

 стрептококки, делящиеся в одном направлении и образующие

цепи из соединенных друг с другом клеток;

 стафилококки, расположенные в виде гроздьев винограда бла-

годаря делению клеток в различных направлениях.

Палочковидные бактерии состоят из удлиненных клеток. Те из

них, которые образуют споры, называют бациллами, те, которые не

образуют спор, – бактериями. Они, как и кокки, могут быть сдвоены –

диплобактерии и диплобациллы, или расположены цепочкой – стреп-

тобактерии, стерптобациллы. Если палочки укорочены так, что с тру-

дом можно различить длину и ширину, их называют коккобактерия-

ми.

Извитые бактерии имеют характерную изогнутую форму. У

вибрионов изгиб не превышает четверти оборота, спириллы изогнуты

так, что могут образовывать несколько витков. К извитым бактериям

можно отнести также спирохеты – тонкие длинные палочки с боль-

шим числом мелких завитков.

Размеры бактерий зависят от их формы. Кокки имеют диаметр

клеток 1,0-2,5 мкм; палочковидные бактерии – 1-10 мкм. Извитые

формы могут быть больших размеров. Серо- и железобактерии дости-

гают 50 мкм.

Подвижность бактерий также зависит от формы и строения. Кок-

ки обычно неподвижны, за исключением некоторых форм. Палочко-

видные и извитые обладают подвижностью. Перемещение их осуще-

ствляется с помощью жгутиков – тонких нитей белковой природы.

Длина жгутиков – 5-30 мкм, толщина – 0,02-0,05 мкм.

Известны два типа образования жгутиков: полярный, если они

расположены у полюсов клетки, и перитрихиальный, если они распо-

126

ложены по всей поверхности клетки (рис. 3.2). Бактерии с одним жгу-

тиком – монотрихи 1, с двумя на разных полюсах – амфитрихи 2, с

пучком жгутиков на одном из полюсов клетки – лофотрихи 3, с

большим числом жгутиков по всей поверхности клетки – перитрихи.

С помощью жгутиков бактерий могут закрепляться на твердых по-

верхностях [52].

Бактерии со своеобразной морфологией обнаружены в почве.

Они участвуют в превращениях железа и марганца и имеют особое

строение. Psedomicrobium состоят из круглых, овальных или палоч-

ковидных клеток, соединенных тонкими ветвящимися нитями. Selibe-

ria – спирально закрученные палочки, соединенные в звездчатые

комплексы. В почве и в водоемах обнаружены нитчатые бактерии,

состоящие из цепочек палочковидных клеток, окруженных общей

оболочкой или слизистым чехлом. Некоторые из них относят к груп-

пе серобактерий (Beggiatoa, Triothrix) или железобактерий (Leptothrix,

Grenothrix), стимулирующих процессы биокоррозии. Еще одной фор-

мой бактерий являются стебельковые. Они представляют собой клет-

ку палочковидной, удлиненной слегка изогнутой формы, которая

прикрепляется к субстрату с помощью стебелька, отходящего от од-

ного из полюсов клетки.

Рис. 3.2. Типы жгутикования бактерий:

а – полярное, б – перитрихиальное

127

В почвенных суспензиях обнаружены бактерии с придатками

другой формы: четковидными, лентовидными, фагоподобными, кор-

невидными. При попадании на поверхности конструкций с частицами

почвы они могут участвовать в процессах биоповреждений.

Размножение бактерий происходит в основном вегетативно би-

нарным делением клетки: путем образования поперечных стенок у

грамположительных или перетяжек у грамотрицательных бактерий.

Для некоторых видов характерно почкообразование, а также конъю-

гация клеток.

Миксобактерии представляют особую группу микроорганизмов

– слизистые бактерии. Большинство из них – сапрофиты. Клетки

имеют вид палочек с заостренными концами размером 1-10 мкм.

Миксобактерии двигаются реактивным способом, выделяя слизь в

одну сторону. Жгутиков они не имеют. Клетки миксобактерии лише-

ны плотной оболочки, но имеют оформленное ядро. Размножаются

перетяжкой с одновременным делением ядра. Миксобактерии живут

только при доступе свободного кислорода. Оптимальные условия

развития: температура ~30 °С, высокая влажность и нейтральная сре-

да. Миксобактерии сохраняются и при повышенной кислотности и

щелочности. Они активно разрушают различные органические веще-

ства, включая клетчатку. Могут участвовать в почвенной коррозии,

стимулируя процесс разрушения покрытий (металлических, конвер-

сионных и органических).

Актиномицеты (лучистые грибы) по строению клетки и химиче-

скому составу напоминают бактерии, а по способности образовывать

мицелий и по характеру размножения – грибы. Это одноклеточные

микроорганизмы, представляющие собой тонкие ветвящиеся нити –

гифы 0,5-1,2 мкм в сечении различной длины. Некоторые из них не

образуют гиф, клетки – палочковидной формы с небольшими боко-

выми выростами. Размножение происходит оидиями (фрагменты рас-

павшегося мицелия) или спорами, легко прорастающими на пита-

тельных средах. Колонии актиномицетов представляют сложную сис-

тему гиф, часть которых проникает в субстрат, а другая свободно

128

ветвится на воздухе и образует бархатистый или мучнистый налет из

воздушного мицелия.

Грибы (Mycota или Fungi) представляют собой сообщество рас-

тительных организмов, включающее более 100 тыс. видов. Они не

имеют хлорофилла и не могут синтезировать органические вещества

из углекислого газа. Грибы можно разделить на две большие группы:

макрофиты и микрофиты.

Микроскопические грибы обычно растут на поверхности суб-

страта в виде пушистых, паутинообразных и ватоподобных образова-

ний, а некоторые – в виде тонких налетов и пленок. В почве их ог-

ромное количество. С глубиной количество грибов резко уменьшает-

ся. Грибы участвуют в разложении клетчатки, в превращениях азота,

в структурообразовании почвы.

Рис. 3.3. Строение вегетативных органов размножения микрогрибов:

а – мицелий одноклеточного гриба Mucor;

б – мицелий многоклеточного гриба Penicillium;

в – конидии у Aspergillus (2); у Penicillium (1);

споры у Mucor (3)