Development of pitting corrosion of steel pipes of water supply systems

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. A research was conducted to study pitting corrosion, which precedes the appearance of fistulas in steel and cast-iron pipelines of water supply systems. The process of fistula formation includes the following phases: the formation of tubercles, the concentration of electrolyte inside the tubercles, the origin and development of stable pitting on the surface of corroding metal under the tubercles with further formation of holes in the walls of pipes.Materials and methods. The study was aimed at studying the role played by the dense layer that is one of the four structural elements of the tubercles. The dual effect of the dense layer on corrosion revealed. On the one hand, the presence of a dense layer protects the metal from further corrosion, on the other hand, it helps to create conditions under which corrosion turns from uniform to pitting.Results. It was experimentally established that during the corrosion process inside the tubercles, the concentration of the solution containing both components of the corroding metal (cations) and water in the pipes (anions) gradually increases. To explain the corrosion process occurring in the tubercle, a comparison of a dense layer of tubercles with an anion exchange membrane with selective properties was carried out, as a result of which the concentration of aggressive chloride ions increases in the structure of the tubercles. At the same time, due to the hydrolysis of the formed iron chloride and a decrease in pH, the corrosion rate increases significantly. The paper also discusses the formation of crystalline forms of corrosion products that are formed after removing pipes from the water supply system.Conclusions. The determining role played by one of the four structural elements of corrosion tubercles — a dense layer — was revealed. The proposed method for studying the corrosive sludge can be used to evaluate the effect of various corrosion inhibitors.

About the authors

V. A. Chukhin

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: sigma85@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4616-2489

N. A. Makisha

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: makishana@mgsu.ru
ORCID iD: 0000-0003-2567-4450

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».