Математическая модель электрохимической коррозии токоведущих элементов с учетом локальных параметров среды животноводческих комплексов

Высокая скорость коррозии электрооборудования на животноводческих комплексах (ЖК) является серьезной проблемой. Для прогнозирования остаточного ресурса электрооборудования ЖК необходимо учитывать пространственно-временную неоднородность концентрации аммиака и сероводорода, температуру и влажность. Исследования направлены на разработку комплексной математической модели, позволяющей прогнозировать скорость электрохимической коррозии токоведущих элементов (меди и алюминия) с учетом меняющихся параметров микроклимата. Предлагаемая модель основана на системе уравнений, объединяющей электрохимические, электрические и тепловые процессы. Для верификации модели использовали установку с климатической камерой, системой точного контроля температуры и влажности, газовым дозатором и газоанализатором «ОКА-Т-Н₂S-NH₃». Проверка адекватности модели заключалась в сравнении расчетных значений скорости коррозии с экспериментальными данными, не использовавшимися при калибровке модели. Исходные данные модели включали в себя физико-химические свойства материалов и значения скорости коррозии меди и алюминия, полученные в климатической камере при варьировании концентраций аммиака (0…50 ppm) и сероводорода (0…20 ppm), температуры (20…30°C) и относительной влажности (70…90%). Установили, что повышение относительной влажности с 70 до 90% приводит к увеличению скорости коррозии в 1,6…2,3 раза в зависимости от материала и состава газовой среды. Выявили чувствительность скорости коррозии меди к концентрации сероводорода (порядок реакции – 0,85) и алюминия к концентрации аммиака (порядок реакции – 0,72). При концентрации аммиака 0…50 ppm и фоновом содержании сероводорода 10 ppm скорость коррозии меди возрастает с 0,11 до 0,26 мм/год, алюминия – с 0,105 до 0,225 мм/год. Для сероводорода в диапазоне 0…20 ppm и фоновом содержании аммиака 20 ppm скорость коррозии меди изменяется от 0,16 до 0,35 мм/год, алюминия – от 0,063 до 0,142 мм/год. Коэффициент детерминации 0,92 свидетельствует о высоком уровне соответствия модели экспериментальным данным. Разработанная модель позволит выявлять остаточный ресурс электрооборудования, прогнозировать рост сопротивления контактов и перейти к предиктивной системе технического обслуживания.

1. Oki M., Anawe P.A. A review of corrosion in agricultural industries. Physical Science International Journal. 2015;5(4):216-222. https://doi.org/10.9734/PSIJ/2015/14847

2. Князева Л.Г., Дорохов А.В., Курьято Н.А., Прохоренков В.Д. Влияние агрессивных атмосфер животноводства на коррозию металлов // Наука в центральной России. 2020. № 1 (43). С. 69-80. https://doi.org/10.35887/2305-2538-2020-1-69-80

3. Князева Л.Г., Дорохов А.В., Курьято Н.А. О коррозионных проблемах в сельскохозяйственном производстве // Наука в центральной России. 2021. № 5 (53). С. 79-90. https://doi.org/10.35887/2305-2538-2021-5-79-90

4. Александров Д.В., Юферев Л.Ю. Энергосберегающая система защиты от коррозии металлоконструкций сельскохозяйственных объектов // Вестник ВИЭСХ. 2016. № 1 (22). С. 25-29. EDN: VRWBTT

5. Вигдорович В.И., Князева Л.Г., Зазуля А.Н. и др. Использование летучих ингибиторов типа «ИФХАН» для защиты стального оборудования в атмосфере животноводческих помещений // Российская сельскохозяйственная наука. 2017. № 1. С. 55-58. EDN: XTDNYH

6. Вигдорович В.И., Князева Л.Г., Цыганкова Л.Е. и др. Влияние летучего ингибитора ИФХАН-114 на эффективность работы ряда контактных гальванических пар металлов и скорость коррозии их составляющих в атмосфере животноводческих помещений // Российская сельскохозяйственная наука. 2018. № 6. С. 65-69. https://doi.org/10.31857/S250026270001841-0

7. Кузьмичев А.В., Тихомиров Д.А., Хименко А.В. Выбор потолочных вентиляторов в системе микроклимата животноводческих помещений // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2025. Т. 19, № 1. С. 69-76. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2025-19-1-69-76

8. Довлатов И.М., Юрочка С.С. Разработка энергоэффективной системы микроклимата для беспривязного содержания дойного стада // Сельскохозяйственные ма шины и технологии. 2021. Т. 15, № 3. С. 73-80. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2021-15-3-73-80

9. Muley N.S., Parihar R.T. Corrosion in Agriculture Instruments and Equipments: Reasons and Solutions. Journal of Emerging Technologies and Innovative Research (JETIR). 2022;9(5):477-484

10. Adel O., Mohamed M.E., Khamis E. Thermodynamic, electrochemical and surface characterization of copper corrosion inhibition in acidic solution using rice straw extract. Scientific Reports. 2025;15(1):27753. https://doi.org/10.1038/s41598-025-12482-w

11. Кирсанов В.В., Довлатов И.М., Юрочка С.С., Комков И.В. Разработка параметрической модели определения газового состава воздушной среды (аммиак, сероводород, углекислый газ) животноводческого помещения // Агроинженерия. 2023. Т. 25, № 3. С. 13-22. https://doi.org/10.26897/2687-1149-2023-3-13-22

12. Брюханов А.Ю., Васильев Э.В., Егоров С.А. Техническое решение для очистки выбросов климатически активных газов // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2024. Т. 18, № 2. С. 103-110. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2024-18-2-103-110

13. Юферев Л.Ю. Применение энергосберегающего ультрафиолетового электрооборудования в сельском хозяйстве // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2022. Т. 16, № 2. С. 69-75. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2022-16-2-69-75

14. Bard A.J., Faulkner L.R., White H.S. Electrochemical methods: Fundamentals and Applications. John Wiley & Sons, 2022. 805 р.

15. Шибков А.А., Кочегаров С.С. Компьютерное и физико-химическое моделирование эволюции фрактального коррозионного фронта // Компьютерные исследования и моделирование. 2021. Т. 13, № 1. С. 105-124. https://doi.org/10.20537/2076-7633-2021-13-1-105-124