Результат интеллектуальной деятельности: Способ идентификации коррозии стальных оцинкованных труб в системах водоснабжения

Способ идентификации коррозии относится к методам периодического мониторинга технического состояния систем холодного и горячего водоснабжения жилых, общественных и производственных зданий, выполненных из стальных оцинкованных труб.

Известен способ контроля за коррозией внутренней поверхности трубопроводов систем холодного и горячего водоснабжения, при котором в пробе воды, отобранной из системы водоснабжения, измеряют содержание элемента, входящего в материал трубы и поступающего в воду в результате коррозии [П.А. Акользин. Предупреждение коррозии оборудования технического водо- и теплоснабжения. Москва, "Металлургия", 1988 г.].

Недостатком известного способа является незначительное увеличение концентрации измеряемого элемента в пробе воды, сопоставимое с погрешностью измерения концентрации этого элемента существующими методами контроля.

Известен способ контроля за состоянием металлических трубопроводов, заключающийся в том, что на внешней стороне трубопроводов размещают ультразвуковые датчики для измерения толщины стенки трубы в местах, где имеется риск внутренней коррозии [Pipeline Corrosion. Final report. Submitted to U.S. Department of Transportation Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration Office of Pipeline Safety Integrity Management Program Under Delivery Order DTRS56-02-D-70036, Submitted by Michael Baker Jr., Inc. Contributing Author Raymond R. Fessler, Ph.D. BIZTEK Consulting, Inc. November 2008.].

Недостаток данного способа заключается в том, что контроль за наличием общей или питтинговой коррозии осуществляется на незначительном и, как правило, только на доступном для установки датчиков участке трубопровода.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ идентификации коррозии, предусматривающий установку и периодический контроль извлекаемых металлических индикаторов коррозии (индикаторных образцов) в трубопроводах и оборудовании, подверженных внутренней коррозии [Справочник химика. Химия и химическая технология. Кислородная коррозия оборудования химических производств, 1985 г.]. Согласно этому способу скорость коррозии определяют по потере веса индикаторного образца. Индикаторный образец выполняют в виде предварительно очищенных от продуктов коррозии и окисной пленки пластин или отрезков труб и размещают в трубопроводе.

К недостаткам способа следует отнести ограниченную область применения, так как его преимущественно используют для контроля за коррозией стальных труб без защитного покрытия. Кроме того, способ требует длительной экспозиции индикаторного образца в обследуемом трубопроводе и продолжительного времени на его установку и демонтаж.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность его применения непосредственно с начала эксплуатации системы водоснабжения и сокращение времени для идентификации наличия коррозии трубопроводов с защитным покрытием и оборудования в ходе продолжительной эксплуатации.

Способ позволяет уменьшить время выявления начальных проявлений интенсивной коррозии, снизить затраты на определение состояния труб, арматуры и водонагревателей и, как следствие, принять своевременные меры по предотвращению дальнейшего развития коррозионных процессов.

Поставленная цель достигается тем, что предварительно подготовленный стальной индикаторный образец помещают в емкость под струю холодной или горячей воды (т.е. осуществляется раздельная проверка систем холодного и горячего водоснабжения) в исследуемой системе водоснабжения, выполненной из стальных оцинкованных труб (в том числе включающую содержащие медь арматуру и теплообменники), выдерживают под струей индикаторный образец до образования на поверхности прочно прикрепленных продуктов коррозии (осадка), время контакта примерно 2-6 часов, далее индикаторный образец извлекают из емкости, высушивают и определяют состояние системы водоснабжения по результатам измерения элементного состава осадка, выделяемого при коррозии из материала трубы. Емкость, в которую помещаются индикаторные образцы, обеспечивает полное погружение индикаторного образца в воду и его постоянный контакт с проточной водой. Материал, из которого выполнена емкость, не должен вступать в химическую реакцию с водой (стекло, керамика, пластик и т.д.). В качестве индикаторов коррозии (индикаторных образцов) используют пластины из углеродистой стали без следов коррозии, поверхность которых обрабатывают шлифовальной бумагой для удаления окисной пленки и проводят измерение элементного состава металла на сканирующем электронном микроскопе с использованием метода энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, в том числе определяют содержание элементов, например, цинка и/или меди, которые могут поступать в воду при наличии коррозии в трубопроводе, запорной арматуре или в оборудовании.

Для идентификации коррозии стальных оцинкованных труб в системах водоснабжения может использоваться один предварительно подготовленный индикаторный образец, который последовательно помещается сначала под струю холодной, а затем горячей воды, с проведением промежуточного анализа содержания цинка и/или меди в осадке на поверхности образца.

Пример реализации способа:

1. Подготовка индикаторного образца. Для выполнения предложенного способа идентификации коррозии из новой стальной неоцинкованной трубы (диаметром 40 мм) вырезают две пластины, имеющие размеры примерно 3x5 см и площадь 15 см². Для удаления ржавчины и оксидной пленки, которая образуется на поверхности трубы на воздухе, образцы с внутренней стороны шлифуют наждачной бумагой без использования воды до металлического блеска, После этого определяют элементный состав материала трубы и содержание исследуемого элемента, например, цинка и/или меди, на поверхности трубы с использованием сканирующего электронного микроскопа и метода энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, которое затем принимается за фоновое содержание.

2. Подготовленный индикаторный образец помещают в емкость под струю холодной водопроводной воды с минимальным расходом воды, обеспечивающим образование неразрывной струи - 15-25 л/ч на 2-6 часов. Струя должна падать с высоты 20-30 см в центр образца со стороны внутренней поверхности, которая в дальнейшем подвергается анализу. Второй образец также помещают под струю горячей воды с минимальным расходом воды, обеспечивающим образование неразрывной струи - 15-25 л/ч на 2-6 часов. В процессе коррозии образцов на их поверхности образуются анодные и катодные участки и выпадает осадок. Интенсификация коррозии обеспечивается за счет повышения содержания кислорода в падающей струе воды при ее контакте с окружающим воздухом. При наличии коррозии в обследуемых трубопроводах положительные ионы цинка и/или меди, выделяющиеся с поверхности оцинкованных труб и теплообменников, будут осаждаться на свежеобразованных оксидах железа на катодных участках. После экспозиции образцы извлекают из воды, с образцов удаляют рыхлый осадок под сильной струей воды и высушивают.

3. Элементный состав осадка на поверхности образцов определяют на электронном сканирующем микроскопе с использованием метода энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Затем сравнивают результаты с фоновыми значениями, которые были определены после подготовки образцов. Результаты анализа для трех обследованных объектов приведены в таблицах 1 и 2. (Таблица 1 - Количественные результаты по идентификации коррозии стальных оцинкованных труб в системе горячего водоснабжения с использованием индикаторов коррозии и метода энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии; Таблица 2 - Количественные результаты по идентификации коррозии стальных оцинкованных труб в системе холодного и горячего водоснабжения с использованием одного индикатора коррозии).

4. При превышении показателя по содержанию цинка и/или меди в осадке на поверхности образца делают заключение об интенсивности коррозии.

Примечание. Wt% - весовые проценты, At% -атомные проценты.