CC BY
13
92
AZЭRBAYCAN К1МУА JURNALI № 2 2013
УДК 621.643:620,197.6
КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ БОЛТОВ ОТ БЛУЖДАЮЩИХ ТОКОВ И.Ф.Мамедъярова, Д.Г.Селимханова, Т.М.Асадов, Д.А.Бахышова
Институт химических проблем им.акад. М.Ф.Нагиева Национальной АН Азербайджана
itpcht@itpcht.ab.az
Поступила в редакцию 20.10.2011
Разработан в качестве изоляционного покрытия химический состав на основе местных природных ресурсов для защиты крепежных болтов от коррозии блуждающими токами. Выявлено, что покрытие является водоотталкивающим и электронепроницаемым изолирующим материалом, обладающим адгезионной способностью. Испытания в натурных условиях болтов для крепления рельс к шпалам Бакинского метрополитена с применением покрытия показали, что срок их службы увеличивается в несколько раз (от 3-5 до 18 месяцев), предотвращая коррозионные разрушения почвы.
Ключевые слова: коррозия, блуждающие токи, болт, покрытие, химический состав. Подземные металлические сооружения подвергаются коррозионным разрушениям под влиянием так называемых блуждающих токов, распространяющихся на большие расстояния в почве, основными источниками которых являются утечка электрического тока с рельсов электротранспорта (метро, трамвай и др.). Рельс (рисунок) состоит из головки, непосредственно воспринимающей давление колес, шейки и пяты ("башмак", составляющий нижнюю опорную часть рельса, посредством которого производится прикрепление рельсов к шпалам с помощью путевых костылей - болтов - и рельсовых прокладок).
Подземные металлические сооружения: 1 - рельс, 2 -шпала, 3 - прокладка, 4 -болт, 5 - "башмак", 6 - почва.
Первые сообщения о коррозионных разрушениях, вызванных блуждающими токами, были опубликованы в печати в конце XIX века. Вопросы утечки токов из рельсов в почву и усовершенствование способов увеличения переходного сопротивления рельсов были рассмотрены в середине прошлого столетия. Еще член-корреспондент АН Азерб.ССР В.Ф.Негреевым наблюдалось соответствие между коррозионной активностью почв отдельных участков трассы трубопроводов и замерными величинами электросопротивлений почв на этих участках. Низкое омическое сопротивление свидетельствует о коррозионной опасности почв. Показано, что количество аварий на магистральном трубопроводе находится в прямой связи с электросопротивлением почв [1, 2].
Коррозионные процессы, вызываемые блуждающими токами, накладываются на процесс, обусловленный почвенной коррозией. Обычно интенсивность коррозии блуждающими токами намного больше, чем интенсивность почвенной коррозии. В этих случаях на подземных металлических конструкциях возникают электрические напряжения, опасные для обслуживающего персонала, создаются условия для искрообразования, процесса электрохимической коррозии. Авторами работ [3, 4] предложены различные схемы дренажного метода для защиты блуждающих токов в условиях городского транспорта (трамвай, электропоезд).
Блуждающие в земле токи, ответвляющиеся от рельсов электрофицированных железных дорог, метро и других видов электротранспорта, работающих на постоянном токе, встречают на своем пути металлические сооружения (кабели, тепловые и другие трубопроводы), проходят по ним и возвращаются к источнику постоянного тока. Часть металлического подземного сооружения, из которого постоянный электрический ток выходит на землю по направлению к рельсам, яв-
шшятжшшшш^ хш'; шшшшшш м 6
КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ БОЛТОВ ОТ БЛУЖДАЮЩИХ ТОКОВ 93
ляется анодом, а та часть сооружения, в которую входит блуждающий ток - катодом. И тогда при прохождении тока во влажной земле происходит электролиз, и на проводнике являющемся анодом, выделяется кислород, который окисляет и разъедает металл (электрохимическая коррозия) [5, 6].
Существуют различные способы, обеспечивающие защиту подземных металлических сооружений от проникновения в них блуждающих токов. Эти способы защиты разделены на две группы: 1) обеспечивают уменьшение или полное устранение возникновения блуждающих токов в земле (их утечки в грунт) из окружающий среды от различных источников; 2) обеспечивают защиту изоляции контакта с окружающей средой подземных металлических сооружений от проникновения в них блуждающих токов [7]. Последние реализуются непосредственно на подземных конструкциях, подверженных действиям блуждающих токов (электрические меры защиты): а) дренажная защита подземных металлических сооружений (отвод блуждающих токов рельсовых путей к источнику этих токов); б) электрохимическая защита (катодная или протекторная).
Бесперебойная работа защитных устройств, используемых для защиты от блуждающих токов, во многом зависит от совершенства их конструкции, качества изготовления, монтажа. Недооценка значений метода организации защиты снижает ее эффективность и уменьшает межремонтный период [8].
Из-за интенсивного воздействия блуждающих токов подвергаются коррозионным разрушениям и подземные металлические конструкции Бакинского метрополитена [9].
Многолетние наблюдения за коррозионным состоянием металлических болтов для крепления рельсов непосредственно к шпалам на путях Бакинского метрополитена показали, что они разъедаются от воздействия блуждающих токов, проникающих через шпалы из почвы из-за низкого омического сопротивления [9].
Обнаружено, что эти крепежные болты подвергаются сильным коррозионным разрушениям в виде общей коррозии, в результате чего их приходится менять через каждые 3-5 месяцев.
Для защиты этих металлических болтов дренажный метод, широко используемый на других объектах, в условиях Бакинского метрополитена не пригоден. Поэтому для защиты конкретно этих болтов нами разработан в качестве изоляционного покрытия экологически безвредный химический состав на основе природных местных ресурсов.
Полученная механическим перемешиванием двухкомпонентная смесь по предъявляемым требованиям должна быть однородной с равномернораспределёнными составляющими, т.е. без сгустков, комков и скоплений.
Это было достигнуто нами смешением продукта нефтеперерабатывающего завода - дистиллированной нафтеновой кислоты (ДНК) с молекулярным весом 300-400, ГОСТ 13302-67 с минеральным наполнителем - цементом (Ц) марки 400, ГОСТ В-970-42, необходимого для полного скорого высыхания исходного продукта (ДНК).
В лабораторных условиях проводилось определение коррозионной защиты покрытиями крепежных болтов (160^20 мм), отвинченных непосредственно со шпал Бакметрополитена, разработанными смесями. Окунанием болтов в смесь получали однородное (без пузырей) покрытие толщиной до 0.5 мм, определенной микрометром типа МК-0.25. Затем болты выдерживали в атмосфере воздуха при температуре 20 + 20С до полного высыхания покрытия на поверхности.
Методом подбора соотношения (вес.%) компонентов ДНК:Ц (0.5:1, 1:1, 2:1) определена оптимальная концентрация указанных компонентов для защиты от коррозии. Затем по свечению контрольной лампы (табл.1) проверялась электропроводимость, обуславливающая пористость нанесенного покрытия и характеризующая его защитные свойства, подачей тока под напряжением 220 В.
Таблица 1. Свечение контрольной лампы в зависимости от соотношения компонентов.
вес. % ДНК:Ц, Подача тока, контрольная лампа
без/покрытия светит
0.5:1 п "
1:1 не светит
2:1 п "
94
И.Ф.МАМЕДЪЯРОВА и др.
Таким образом, обнаружено, что оптимальная защита от проникновения тока проявляется при нанесении смеси в соотношении 1:1. Дальнейшее увеличение количества ДНК сохраняет тот же эффект. Покрытие является электронепроницаемым изолирующим материалом, обладающим адгезионной способностью. Последнее объясняется тем, что гидрофильные частицы минерального сырья наполнителя, состоящего в основном (до 80%) из силикатов кальция, образуют с ДНК поверхностные химические соединения - кальциевые мыла, которые, гидрофобизируя поверхность, улучшают смачиваемость, т.е. прилипаемость [9]. Покрытие не содержит летучие растворители, что очень важно при применении в условиях эксплуатации во влажной атмосфере метрополитена.
Разработанное покрытие испытывалось совместно с сотрудниками "Служба защиты от коррозии в туннелях" Бакметрополитена в натурных условиях на рельсовых путях заливанием непосредственно в пазы-отверстия влажного грунта без предварительной обработки, куда затем через шпалы завинчивались крепёжные болты.
Систематический контроль, проводившийся нами и сотрудниками "Службы защиты" за состоянием защитного изоляционного покрытия и болтов, осуществлялся внешним - визуальным осмотром по всей длине рельсовых путей на перегоне станции метро "28 мая-Низами" помещения 1 пути рК 207+42-рК207+46.
Обнаружено, что в местах, где из-за коррозионных повреждений от действия блуждающих токов болты менялись каждые 3-5 месяцев, в случае использования разработанного изоляционного покрытия время смены болтов увеличивалось в несколько раз и достигало 12-18 месяцев (табл.2).
Таблица 2. Срок службы болтов в зависимости от состава покрытия
Соотношение ДНК:Ц Смена болтов, месяц
без/покрытия 3-5
0.5:1 6-8
1:1 12-18
2:1 12-18
Показано, что болты находились в хорошем состоянии: микротрещины, отслаивание, ржавые точки и другие коррозионные разрушения по всей поверхности не обнаружены.
Увеличение срока служба крепежных болтов в эксплуатации объясняется высокой сопротивляемостью полученного нами изоляционного покрытия. Существенным фактором при этом является ограничение поступления блуждающих токов на крепежные болты. В этом случае нате-кание тока может уменьшаться в сотни и более раз.
Это свидетельствует о том, что применение покрытий для подземных металлических объектов является одним из самых эффективных средств ограничения и защиты натекания блуждающих токов на объект (в данном случае болтов) эксплуатации в условиях влажной почвы Бакинского метрополитена.
Выражаем глубокую благодарность к.х.н. А.М.Кязимову за активное участие в данной работе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Негреев В.Ф., Аллахвердиев Г.А. Методы определения коррозионной активности почв. Баку: Изд-во АН Азерб.ССР, 1953. 90 с.
2. Негреев В.Ф. // Тр. Научно-технич. совещ. по защите трубопроводов и кабелей от коррозии. Л.: ГОСЭнергоиздат, 1953. С. 60.
3. Спирин А.А., Кальман В.С., Салам-заде М.М., Цекун Н.А. Методика электрических исследований коррозионного состояния трубопроводов кабелей. Баку: АзНефтеиздат, 1954. 178 с.
4. Цекун Н.А. // Тр. Всесоюз. межвузовской научн. конф. по борьбе с коррозией. М.: Гостоп-техиздат, 1962. С. 134.
5. Стрижевский И.В., Зиневич А.М., Никольский К.К. Защита металлических сооружений от подземной коррозии. М.: Недра, 1981. 292 с.
6. Стрижевский И.В. Подземная коррозия и методы защиты. М.: Металлургия, 1986. 110 с.
7. Schwabe Robert J., Poliakov Alexey V. // РЖКорр. 2003. № 2. 03.02-66.244П.
8. Sokolski W. // РЖКорр. 2003. № 2. 03.02-66.704 П.
КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ БОЛТОВ ОТ БЛУЖДАЮЩИХ ТОКОВ 95
9. Kazimov A.M., Mammadyarova i.F., Salimxanova D.H. //"Azarb. alimbrinin sosiyal-iqtisadi inki§afda rolu" elmi praktiki konfransin materiallari. Baki: ismayil, 2005. 518 s.
METROPOLiTENDO METAL BOLTLARIN AZMI§ COROYANLARLA KORROZIYASI VO ONUN ORTUKLO MUHAFiZOSi
LF.Mammadyarova, D.H.Salimxanova, T.M.Osadov, D.A.Baxi$ova
§pallara barkidan boltlarin azmi§ carayanlarin tasirindan toratdiyi korroziyanin aleyhina ortuk tatbiq edilib. Ortuyun tarkibina neftayirma zavodundan karbohidrogenlardan (qudron va ya bitum) va mineral doldurucu istifada olunur. A§kar olunmu§dur ki, tarkib olunan ortuk suitalayicidir, elektrik carayanin qoruyucusu kimi adgeziyaya malikdir. Boltlar bakimetropolitenda har 3-5 aydan bir dayi§ilirdisa izolyasiya ortuklarin istifadasi naticasinda boltlarin dayi§ma muddati 12-18 aya kimi uzadilmi§dir.
Agar sozlzr: korroziya, azmi§ carayanlar, bolt, ortuk, kimyavi tarkib.
CORROSION IN SUBWAY METAL BOLTS, CAUSED BY STRAY CURRENT AND PROTECTION OF IT WITH A COVERING
I.F.Mamedyarova, D.H.Selimkhanova, T.M.Asadov, D.A.Bakhishova
The chemical composition has been elaborated as isolation covering on the base of the local natural resources for protection of fastening bolts against corrosion by stray currents. It was revealed that the covering is water-repellent and dielectric isolating material possessing adhesiveness. The tests of the bolts for fastening the rails to the sleepers of Baku subway with the use of the covering under natural conditions showed that there exploitation term increases several times (from 3-5 to 12-18 months) preventing the corrosive destruction of soil.
Keywords: corrosion, stray currents, bolt, covering, chemical composition.
