Методические указания к лабораторной работе с элементами научных исследований по курсу «Коррозия и защита металлов» для студентов направления 550800 “Химическая технология и биотехнология”

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

_____________________________________________________________________

«УТВЕРЖДАЮ»

Декан ХТФ

______В.М. Погребенков

«____» __________2008г.

К А Ф Е Д Р А О Б Щ Е Й Х И М И Ч Е С К О Й Т Е Х Н О Л О Г И И

Контактная коррозия стальных труб в водопроводной воде и воде отопления

Методические указания к лабораторной работе с элементами научных исследований по курсу «Коррозия и защита металлов» для студентов направления 550800 – “Химическая технология и биотехнология”

Томск 2008г.

УДК 620. 197

Контактная коррозия стальных труб в водопроводной воде и воде

отопления

Методические указания к выполнению лабораторной работы с элементами научных исследований по курсу «Коррозия и защита металлов» для студентов направления 550800 – «Химическая технология и биотехнология». Томск, изд. ТПУ, 2008г.- 6с.

Составитель доцент, к.т.н. О.И. Налесник

Рецензент: доцент, к.х.н. Ю.Н. Обливанцев

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры общей химической технологии ХТФ «_____» _____________ 2007г.

Зав. каф. ОХТ доцент В.В.Коробочкин

1. КОРРОЗИЯ СТАЛИ В КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩЕЙ ВОДЕ

Металлические трубы водопроводных сетей подвергаются постоянному коррозионному воздействию кислорода, растворённого в воде. Согласно электрохимическому механизму коррозии анодному окислению стали (анодная кривая 1 на рисунке 1)

Fe → Fe²⁺ + 2е

соответствует восстановление кислорода, растворённого в воде (катодная кривая 2)

½ О₂ + Н₂О +2е→ 2ОН^-

и последующее образование продуктов коррозии

Fe²⁺ + 2ОН^- → Fe(OH)₂;

Fe(OH)₂ → FeO + H₂O ;

2Fe(OH)₂ +½ О₂ + H₂O → 2Fe(OH)₃ ;

2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O ;

Рис.1 Коррозионная диаграмма для стали в кислородсодержащей воде:

1- поляризационная кривая анодного процесса; 2- поляризационная кривая катодного процесса.

Большой проблемой в коммунальном хозяйстве городов в настоящее время стало использование в системах водоснабжения и отопления труб и изделий из новых материалов. Бесконтрольная и произвольная установка их ведёт к возникновению гальванических пар и дополнительной коррозии стальных труб с преждевременным выходом их из строя.

2. КОРРОЗИЯ СТАЛИ, КОНТАКТИРУЮЩЕЙ С БОЛЕЕ

ЭЛЕКТРОПОЛОЖИТЕЛЬНЫМ МЕТАЛЛОМ

Э.д.с. гальванической пары разных изделий зависит от потенциалов металлов в воде. Два разных металла будут иметь разные потенциалы коррозии, но одинаковый коррозионный ток в кислородсодержащей воде (см. рисунок 2).

При контакте разных металлических изделий, соединённых резьбой, пайкой, сваркой) на их поверхностях будет реализоваться суммарный удвоенный ток ионизации кислорода. В 2 раза будет увеличено анодное окисление более электроотрицательного металла, а его потенциал примет значение E

без учёта падения напряжения в электролите и E при учёте его.

E

и E - потенциалы коррозии стали и другого металла в воде;

E

- потенциалы коррозии стали, короткозамкнутой с другим металлом;

E

- потенциалы коррозии стали с учётом падения напряжения в воде под действием коррозионного тока.

Таким образом, контакт стальной трубы с деталями из другого более электроположительного металла приведёт к увеличению анодного окисления стали (сталь выполняет роль протектора по отношению к другому металлу).

Рис.2 Коррозионная диаграмма для двух контактирующих металлов в кислородсодержащей воде.

1-анодная поляризационная кривая стали; 2- анодная поляризационная кривая для другого металла; 3- катодная поляризационная кривая восстановления кислорода на каждом из металлов; 4- суммарная катодная кривая на контактирующих металлах.

3.ЦЕЛИ РАБОТЫ

- Измерение потенциалов различных изделий и труб в водопроводной воде или воде отопления;

- Измерение тока коррозии гальванической пары и его изменение от скорости течения воды и времени.

4. ХОД РАБОТЫ

1.В стакане с водопроводной водой или с водой из системы отопления измерить потенциалы стальной и медной трубы, а также различных соединительных муфт из латуней и бронз.

Электрод сравнения – хлорсеребряный. Измерение потенциала выполнять цифровым вольтметром типа Щ – 4313.

2.Соединить стальную и медные трубки (отрезки) резиновой трубкой с минимальным зазором между ними в 1 – 2 мм.

3.Подсоединить и наполнить собранную систему водопроводной водой или водой из системы отопления, открыв соответствующий кран.

4.Измерить с помощью электрода сравнения потенциалы стальной и медной трубы в зависимости от скорости протока воды. Скорость протока воды (л/мин.) регистрировать с помощью мерной посуды.

5.Замкнуть гальваническую пару накоротко с помощью миллиамперметра М – 253 и измерить ток. Проследить за изменением тока от скорости протока воды и от времени.

Рис.3 Схема измерения потенциалов труб и тока гальванической пары:

1-кран; 2,3-медная и стальная трубки; 4-резиновые соединительные трубки; 5-пробка с наконечником; 6-резиновая сливная трубка; 7-стакан; 8-электрод сравнения; 9-миллиамперметр; 10-вольтметр.

5.ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЁТУ

Отчёт состоит из двух частей:

1) Измерение потенциалов различных металлов и изделий;

2)Изучение работы гальванической пары медь – железо.

В первой части отчёта рассмотреть коррозионную диаграмму металла в кислородсодержащей воде. Затем привести таблицу измерений потенциалов разных металлов и изделий. Полученные результаты нанести на ось потенциалов и дать коррозионную диаграмму для стальной и медных трубок. Вычислить э.д.с. гальванических пар всех металлов и изделий со стальной трубой. В выводах указать наиболее опасные гальванические пары.

Во второй части отчёта рассмотреть коррозионную диаграмму гальванической пары медь-сталь в кислородсодержащей воде. Привести ход и результаты измерения потенциалов металлов в водопроводной питьевой воде и в воде из системы отопления в зависимости от скорости протока и времени. Дать пояснения к графикам Е-а (Vцирк) и Е-f (τ). Привести ход и результаты измерения тока гальванической пары в зависимости от скорости протока воды и времени. Результаты представить в виде таблиц и графиков. Дать пояснения. Сделать выводы по работе.

Контактная коррозия стальных труб в водопроводной воде и воде

отопления

Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Основные направления технологии неорганических веществ и электрохимических производств для студентов специальности «Технология неорганических веществ»» – Томск: Изд. ТПУ. 2008 – 6с.

Составитель к.т.н., доц. каф. ОХТ О. И. Налесник

Рецензент к.х.н., доц. каф. ОХТ Ю. Н. Обливанцев

Подписано к печати 13.03.08.

Формат 60х84/16. Бумага офсетная.

Печать RISO. Усл. печ. л. . Уч.-изд. л.

Тираж экз. Заказ Цена свободная.

Издательство ТПУ. 634050, Томск, пр. Ленина 30.