СРЕДСТВО ДЛЯ ИНГИБИРОВАНИЯ БИОКОРРОЗИИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
BIO-CORROSION INHIBITOR FOR METAL OBJECT

Изобретение относится к защите металлических объектов от биокоррозии и может применяться, в первую очередь, для защиты подземных трубопроводов.
Практика эксплуатации металлоизделий, конструкций и сооружений показывает, что скорость коррозии металлов возрастает в десятки и сотни раз, если в процессы коррозии включаются микроорганизмы.
Наибольшее распространение получили химические методы борьбы с биокоррозией путем введения в систему бактерицидных добавок как органических, так и неорганических, подавляющих рост и развитие или уничтожающих сульфатредуцирующие бактерии.
Например, известна «Биоцидная синергическая композиция для борьбы с биокоррозией» по патенту RU 23070571 С2, 2009 г.
Известно также применение с указанной целью лаковых покрытий, например, из патента RU 2458095 С2, 2012 г. «Покрытие для резервуаров и труб для снижения или предотвращения образования биопленок».
За наиболее близкий аналог изобретения можно принять «Средство для ингибирования биокоррозии металла, содержащее 1,9-нонандиаль и/или 2-метил-1,8-октандиаль в качестве активного ингредиента, при этом средство помещают в среду, в которой присутствуют микроорганизмы, вызывающие биокоррозию - RU 2689291 С1, 2019 г.
Способы введения различных химических средств в среду расположения микроорганизмов, вызывающих биокоррозию, отличаются либо видом покрытия защищаемого металла, либо введением в место его нахождения средств защиты путем их пролива, распыления и т.п.
Однако все эти методы обладают недостатками, заключающимися или в их недолговечности, или неустойчивости, или ненадежности, или применении высоких ударных доз биоцида, что несет угрозу экологической безопасности окружающей среде, или экономической нецелесообразности.
Существует принципиальная возможность подавления биокоррозии трубопроводов катодной защитой, однако для угнетения активности микроорганизмов требуется повышение анодного тока в 6-7 раз по отношению к номинальному, что вызывает наводороживание и охрупчивание металла.
В связи с указанными недостатками известных средств защиты от биокоррозии, в изобретении предлагается дозированный способ доставки биоцидов в коррозионную среду, содержащую сульфатредуцирующие, денитрифицирующие и железобактерии при помощи электромагнитных полей.
Техническая задача изобретения - разработка нового высокоэффективного и экологически безопасного средства для борьбы с биокоррозией металлических объектов.
Эта задача решена средством для ингибирования биокоррозии металлического объекта, которое размещено в среде присутствия микроорганизмов, вызывающих биокоррозию, и представляет собой протяженный биологически активный электрод, содержащий биоциды и состоящий из металлической жилы в основной электропроводящей полимерной оболочке с углеродными наполнителями.
Конкретные реализации средства могут заключаться в следующем:
- биоциды содержатся в основной электропроводящей полимерной оболочке;
- в качестве углеродных наполнителей используют технический углерод, графит, кокс, шунгит, углеграфитовые волокна и/или их комбинации;
- содержится дополнительная электропроводящая полимерная оболочка из электропроводящего полимера, например, углеграфитовой ткани, между основной полимерной оболочкой и дополнительной размещена электропроводящая углеродная и/или шунгитовая засыпка, в которой содержатся биоциды;
- дополнительно содержится общая электропроводящая полимерная оболочка с электропроводящей засыпкой, внутри которой размещены дополнительные одна или более соответствующих электропроводящих полимерных оболочек, каждая из которых содержит различные биоциды;
- применяют органические и/или неорганические биоциды;
- подключение любого металлического объекта к протяженному биологически активному электроду осуществляют через регулируемый преобразователь переменного тока в постоянный;
- металлический объект, для которого используют средство для ингибирования биокоррозии, представляет собой трубопровод.
На фиг. 1 приведено средство для ингибирования биокоррозии металлического объекта в виде протяженного биологически активного электрода с биоцидами в основной электропроводящей полимерной оболочке с разрезом вдоль и поперек электрода; на фиг. 2 приведен вариант конструкции электрода с дополнительной электропроводящей полимерной оболочкой, между которой и основной оболочкой имеется электропроводящая углеродная и/или шунгитовая засыпка с биоцидами (также показаны разрезы вдоль и поперек электрода); на фиг. 3 приведен поперечный разрез варианта конструкции электрода с общей электропроводящей полимерной оболочкой и электропроводящей засыпкой, внутри которой размещены, как частный случай, три электропроводящих полимерных оболочки с различными биоцидами; на фиг. 4 и 5 проиллюстрированы два варианта укладки электрода на дно траншеи в непосредственной близости от защищаемого сооружения (трубопровода) в биологически активной коксовой засыпке; на фиг. 6 - схема подключения электрода к катодной защите трубопровода.
Самая простая конструкция биологически активного электрода по фиг. 1 содержит металлическую жилу 1 и основную электропроводящую полимерную оболочку 2 с углеродными наполнителями, в которой содержатся биоциды 3. В качестве углеродных наполнителей оболочки 2 используют технический углерод, графит, кокс, шунгит, углеграфитовые волокна и/или их комбинации.
Эта конструкция, являясь универсальной, может использоваться для защиты любых видов подземных металлических объектов от биокоррозии.
Вариант конструкции электрода по фиг. 2 содержит дополнительную электропроводящую полимерную оболочку 4 из электропроводящего полимера или углеграфитовой ткани, между которой и основной оболочкой 2 имеется электропроводящая углеродная и/или шунгитовая засыпка 5 с биоцидами 3.
Преимущество данной конструкции заключается в повышенной скорости перехода биоцидов в коррозионно-активную среду за счет полимерной оболочки 4, которая может быть выполнена из влагопроницаемой углеграфитовой ткани.
Возможность использования в одной конструкции электрода различных биоцидов приведена на фиг. 3, где имеется общая электропроводящая полимерная оболочка 6 и содержащаяся внутри нее электропроводящая засыпка 7, внутри которой размещены, как частный случай, три электропроводящих полимерных оболочки 8, 9, 10 с различными биоцидами 3. Электропроводящих полимерных оболочек с соответствующими металлическими жилами (внутренних электродов) может быть столько, сколько необходимо для использования разных видов органических и/или неорганических биоцидов в конкретной среде, зараженной микробным сообществом, в составе которого имеются сульфатредуцирующие, денитрифицирующие и железобактерии.
Иллюстрации вариантов укладки электродов 11 в траншею 12 на фиг. 4 и 5 даны лишь для двух случаев, но этих вариантов может быть множество, что обусловлено типом выявленных бактерий в местах размещения защищаемых металлических объектов, например, трубопроводов 13.
На фиг. 4 укладку электродов 11 на дно траншеи 12 осуществляют в непосредственной близости от трубопровода 13 в песчаную подушку 14. Этот вариант предпочтителен для анаэробных бактерий, работающих без доступа кислорода, например, сульфатредицирующих.
Диагональная укладка по отношению к трубопроводу 13 электродов 11 по фиг. 5 в траншею 12 предпочтительна для разного вида бактерий, работающих как без доступа кислорода так и тех, которые работают ближе к поверхности траншеи 12, например, денитрифицирующих.
Подключение любого металлического объекта к протяженному биологически активному электроду 11 осуществляют через регулируемый преобразователь переменного тока в постоянный. Пример подключения показан на фиг. 6, где в качестве металлического объекта показан трубопровод 13, а в качестве преобразователя переменного тока в постоянный - управляемый выпрямитель 15 катодной защиты трубопровода 13.
Дозирование при доставке биоцидов 3 в коррозионную среду траншеи 12, содержащую сульфатредуцирующие или другие виды бактерий, при использовании управляемого выпрямителя 15 катодной защиты, осуществляется с помощью регулятора тока (не показан) управляемого выпрямителя 15.
Работа биологически активного электрода 11, включенного в цепь регулятора тока управляемого выпрямителя 15 катодной защиты трубопровода 13, осуществляется следующим образом.
Подключение к управляемому выпрямителю 15 катодной защиты осуществляется по традиционной схеме: активный электрод 11 «+» - цепь регулятора тока управляемого выпрямителя 15 катодной защиты - защищаемый трубопровод 13 «-» (фиг. 6).
В процессе работы происходит электрохимическое растворение наполненной биоцидами оболочки 2, или 4, или 6, 8, 9, 10 (в соответствии с применяемой конструкцией электрода по фиг. 1-3) и элиминирование биоцидов в зараженную бактериями коррозионную среду - траншею 12 (показано стрелками). В процессе происходит подавление сульфатредуцирующих, и/или денитрифицирующих, и/или железобактерий.
При этом включенным в цепь управляемого выпрямителя 15 катодной защиты регулятором тока изменяют плотность анодного тока (удельную токовую нагрузку на электрод 11), таким образом регулируя расход электропроводящей засыпки соответствующей конструкции электрода с биоцидами и, следовательно, изменяя скорость анодного растворения полимерной оболочки, т.е. регулируя количество биоцидов, перешедших в биологически активную коррозионную среду.
Совмещение в конструкции по фиг. 3 электропроводящих полимерных оболочек 8, 9, 10 с биоцидами различных классов позволяет, при заражении микробным сообществом грунта, в составе которого имеются, например, сульфатредуцирующие, денитрифицирующие и железобактерии, работать устройство путем избирательного включения, этих, по-сути, внутренних электродов например, через клеммную колодку.
При таком подключении биологически активного полимерного электрода 11, приведенного на фиг. 3, осуществляется селективная работа по доставке в зараженную среду или, при подключении одного (двух) внутренних электродов того вида биоцида, который ингибирует заданный вид бактерий или, при подключении одновременно трех внутренних электродов, усилению ингибирующего эффекта.
После подавления активности микробного сообщества, протяженный электрод 11 может продолжить работу в штатном режиме или может быть отключен от катодной защиты для подключения к ней других видов электродов.
Изобретение представляет конкретную реализацию дозированного способа доставки биоцидов в коррозионную среду, содержащую бактерии разных видов, при помощи электромагнитных полей. Предлагаемое средство реализации для борьбы с биокоррозией металлических объектов является высокоэффективным и экологически безопасным.