Особенности развития питтинговой коррозии стальных труб систем водоснабжения

Введение. Исследована питтинговая коррозия, предшествующая появлению свищей в стальных и чугунных трубопроводах систем водоснабжения. Процесс образования свищей включает следующие фазы: формирование бугорков, концентрирование электролита внутри бугорков, зарождение и развитие стабильных питтингов на поверхности корродирующего металла под бугорками с дальнейшим образованием отверстий в стенках труб.

Материалы и методы. Предметом изучения служили образцы осадка из корродированных труб, находящиеся в сухом виде. Исследование направлено на изучении роли, которую играет один из четырех структурных элементов бугорков — плотный слой. Выявлено двойственное влияние плотного слоя на коррозию. С одной стороны, наличие плотного слоя защищает металл от дальнейшей коррозии, с другой — способствует созданию условий, при которых коррозия из равномерной превращается в питтинговую (точечную).

Результаты. Экспериментально установлено, что в процессе коррозии внутри бугорков постепенно растет концентрация раствора, содержащего как компоненты корродирующего металла (катионы), так и находящейся в трубах воды (анионы). Для объяснения коррозии, протекающей в бугорке, проведено сравнение плотного слоя бугорков с анионообменной мембраной, обладающей селективными свойствами, в результате чего в структуре бугорков повышается концентрация агрессивных хлорид-ионов. При этом за счет гидролиза образовавшегося хлорида железа и снижения рН скорость коррозии значительно возрастает. Также рассмотрены вопросы формирования кристаллических форм продуктов коррозии, которые образуются после извлечения труб из системы водоснабжения.

Выводы. Выявлена определяющая роль, которую играет один из четырех структурных элементов коррозионных бугорков — плотный слой. Предложенная методика изучения коррозионного осадка может быть использована для оценки действия различных ингибиторов коррозии.

1. Delaunois F., Tosar F., Vitry V. Corrosion behaviour and biocorrosion of galvanized steel water distribution systems // Bioelectrochemistry. 2014. Vol. 97. Pp. 110–119. DOI: 10.1016/j.bioelechem.2014.01.003

2. Zhong H., Tang Y., Yan H., Zhang Y., Dong L., Wang B. Corrosion of pipelines in urban water systems: Current research status and future trends based on bibliometric analysis // Journal of Water Process Engineering. 2023. Vol. 56. P. 104288 DOI: 10.1016/j.jwpe.2023.104288

3. Abdalsamed I., Amar I.A., Sharif A., Ghanem M.A., Farouj A.A., Kawan J.A. Scale corrosion of metallic materials in water systems : a review // Journal of Chemical Reviews. 2022. Vol. 4. Issue 1. Pp. 67–80. DOI: 10.22034/JCR.2022.326770.1141

4. Chukhin V.A., Andrianov A.P. Formation mechanism of iron tubercles during corrosion of water supply pipes // International Journal of Corrosion and Scale Inhibition. 2022. Vol. 11. Issue 2. DOI: 10.17675/2305-6894-2022-11-2-24

5. Saadawy M. Kinetics of Pitting Dissolution of Austenitic Stainless Steel 304 in Sodium Chloride Solution // ISRN Corrosion. 2012. Vol. 2012. Pp. 1–5. DOI: 10.5402/2012/916367

6. Guo H., Chen H., Zhang H., Liu X., Chen Y., Tian Y. et al. Study on Growth of Corrosion Scale on Various Iron Based Materials (Grey cast iron/Carbon steel/Ductile Iron) in Water Distribution Systems // International Journal of Electrochemical Science. 2020. Vol. 15. Issue 9. Pp. 8479–8497. DOI: 10.20964/2020.09.80

7. Biryukov A.I., Kozaderov O.A., Galin R.G., Zakharyevich D.A., Zhivulin V.E. Details of the mechanism of dissolution of iron–zinc coatings based on the δ-phase in acidic media // International Journal of Corrosion and Scale Inhibition. 2020. DOI: 10.17675/2305-6894-2020-9-4-18

8. Martins C.M. B., Moreira J.L., Martins J.I. Corrosion in water supply pipe stainless steel 304 and a supply line of helium in stainless steel 316 // Engineering Failure Analysis. 2014. Vol. 39. Pp. 65–71. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2014.01.017

9. Li K., Sun L., Cao W., Chen S., Chen Z., Wang Y. et al. Pitting corrosion of 304 stainless steel in secondary water supply system // Corrosion Communications. 2022. Vol. 7. Pp. 43–50. DOI: 10.1016/j.corcom.2021.11.010

10. Zhao L., Liu D., Zhang H., Wang J., Zhang X., Liu S. et al. Study on electrochemical reduction mechanisms of iron oxides in pipe scale in drinking water distribution system // Water Research. 2023. Vol. 231. P. 119597. DOI: 10.1016/j.watres.2023.119597

11. Durrani F., Wesley R., Srikandarajah V., Eftekhari M., Munn S. Predicting Corrosion rate in Chilled HVAC Pipe Network: Coupon vs Linear Polarisation Resistance method // Engineering Failure Analysis. 2020. Vol. 109. P. 104261. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2019.104261

12. Zhao L., Liu D., Zhang H., Wang J., Zhang X., Liu S. et al. Study on electrochemical reduction mechanisms of iron oxides in pipe scale in drinking water distribution system // Water Research. 2023. Vol. 231. P. 119597. DOI: 10.1016/j.watres.2023.119597

13. Swietlik J., Raczyk-Stanisławiak U., Piszora P., Nawrocki J. Corrosion in drinking water pipes: The importance of green rusts // Water Research. 2012. Vol. 46. Pp. 1–10. DOI: 10.1016/j.watres.2011.10.006

14. Smith F., Brownlie F., Hodgkiess T., Toumpis A., Pearson A., Galloway A.M. Effect of salinity on the corrosive wear behaviour of engineering steels in aqueous solutions // Wear. 2020. Vol. 462–463. P. 203515. DOI: 10.1016/j.wear.2020.203515

15. Hasan B. Effect of salt content on the corrosion rate of steel pipe in turbulently flowing solutions // Al-Nahrain Journal for Engineering Sciences. 2010. Vol. 13. Issue 1. Pp. 66–73.

16. Hu J., Dong H., Xu Q., Ling W., Qu J., Qiang Z. Impacts of water quality on the corrosion of cast iron pipes for water distribution and proposed source water switch strategy // Water Research. 2018. Vol. 129. Pp. 428–435. DOI: 10.1016/j.watres.2017.10.065

17. Soltis J., Krouse D., Laycock N. Localised dissolution of iron in buffered and non-buffered chloride containing solutions // Corrosion Science. 2011. Vol. 53. Issue 6. Pp. 2152–2160. DOI: 10.1016/j.corsci.2011.02.037

18. Lytle D.A., Tang M., Francis A.T., O’Donnell A.J., Newton J.L. The effect of chloride, sulfate and dissolved inorganic carbon on iron release from cast iron // Water Research. 2020. Vol. 183. P. 116037. DOI: 10.1016/j.watres.2020.116037

19. Chen X., Liu H., Sun X., Zan B., Liang M. Chloride corrosion behavior on heating pipeline made by AISI 304 and 316 in reclaimed water // RSC Advances. 2021. Vol. 11. Issue 61. Pp. 38765–38773. DOI: 10.1039/D1RA-06695A

20. Biryukov A.I., Zakharyevich D.A., Galin R.G., Batmanova T.V., Zhivulin V.E., Ulyanov M.N. et al. Corrosion of diffusion zinc coatings in neutral chloride solutions // International Journal of Corrosion and Scale Inhibition. 2024. Vol. 13. Issue 1. DOI: 10.17675/2305-6894-2024-13-1-17

21. Soltis J. Passivity breakdown, pit initiation and propagation of pits in metallic materials : review // Corrosion Science. 2015. Vol. 90. Pp. 5–22. DOI: 10.1016/j.corsci.2014.10.006

22. Li K., Sun L., Cao W., Chen S., Chen Z., Wang Y. et al. Pitting corrosion of 304 stainless steel in secondary water supply system // Corrosion Communications. 2022. Vol. 7. Pp. 43–50 DOI: 10.1016/j.corcom.2021.11.010

23. Heurtault S., Robin R., Rouillard F., Vivier V. On the propagation of open and covered pit in 316l stainless steel // Electrochimica Acta. 2016. Vol. 203. Pp. 316–325. DOI: 10.1016/j.electacta.2016.01.084

24. Lin H., Hu Y. Impact of different source-water switching patterns on the stability of drinking water in an estuarine urban water distribution system // Environmental Science and Pollution Research. 2022. Vol. 29. Issue 32. Pp. 49059–49069. DOI: 10.1007/s11356-022-19117-x

25. Чухин В.А., Андрианов А.П. Волновая природа бугорковой коррозии в стальных и чугунных трубах систем водоснабжения // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. № 3 (114). С. 385–399. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.3.385-399

26. Azamian I., Allahkaram S.R., Rezaee S. Autonomous-healing and smart anti-corrosion mechanism of polyurethane embedded with a novel synthesized microcapsule containing sodium dodecyl sulfate as a corrosion inhibitor // RSC Advances. 2022. Vol. 12. Issue 22. Pp. 14299–14314. DOI: 10.1039/d2ra01131j

27. Андрианов А.П., Чухин В.А. Анализ морфологии, состава и условий формирования коррозионных отложений в водопроводных трубах // Вода и экология: проблемы и решения. 2016. № 3 (67). С. 18–34. EDN WMFKNH.