Оценка коррозионного состояния тепловых сетей. Наблюдения за коррозионным состоянием трубопроводов. Состав комплексного обследования

Диагностика - это часто встречающееся слово в современном мире. Оно так крепко вжилось в наш ежедневный словарный круговорот, что мы и не обращаем на него никакого особого внимания. Сломалась стиральная машина - диагностика, обслуживание в сервисе любимого авто - диагностика, поход к врачу - диагностика. Эрудированный человек скажет: диагностика с греческого - «способность распознавать». Так что же нам, собственно, необходимо распознать в техническом состоянии металлического объекта, подвергающегося коррозии и в системах электрохимической (в основном катодной) защиты при их наличии на объекте? Об этом мы кратко и расскажем в данном обзоре.

В первую очередь договоримся о терминах. Когда употребляется термин коррозионная диагностика (обследование) в 90 % случаев идет речь о наружной поверхности рассматриваемого объекта. Диагностика выполняется, например, на наружной поверхности подземных трубопроводов, резервуаров, других металлоконструкций, подверженных почвенной коррозии или коррозии блуждающими токами, наружной поверхности причальных сооружений, корродирующих под влиянием соленой и пресной воды и т.д. Если мы говорим об анализе коррозионных процессов на внутренней поверхности тех же трубопроводов или резервуаров, то вместо терминов «диагностика» или «обследование» обычно применяется термин «мониторинг». Разные термины подразумевают разные принципы обеспечения коррозионной безопасности - исследование коррозионного состояния наружной поверхности обычно проводится дискретно, 1 раз в 3-5 лет, а мониторинг коррозионных процессов внутри исследуемого объекта осуществляется или непрерывно, или с небольшим интервалом (1 раз в месяц).

Так с чего же начать при диагностике коррозионного состояния рассматриваемого объекта? С оценки потенциальной опасности и текущего положения вещей. Если объект, например, подводный, то на первом этапе потенциально возможно провести визуальный контроль наличия коррозионных дефектов и следов коррозии, и при их наличии оценить текущую и прогнозируемую опасность. В местах, где визуальный контроль невозможен, оценка потенциальной опасности проводится по косвенным признакам. Рассмотрим ниже основные диагностируемые параметры потенциальной коррозионной опасности и их влияние на процесс коррозионного разрушения:

Помимо указанных выше основных факторов, при проведении диагностики коррозионного состояния, в зависимости от характеристик объекта, изучают большое количество дополнительных параметров, таких как: водородный показатель (pH) грунта или воды (особенно при потенциальной опасности коррозионного растрескивания под напряжением), наличие коррозионно-опасных микроорганизмов, содержание солей в грунте или воде, возможность аэрации и увлажнения объекта и т.д. Все эти факторы могут при определенных условиях резко увеличивать скорость коррозионного разрушения объекта обследования.

После изучения параметров потенциальной коррозионной опасности часто проводят прямые измерения глубины коррозионных повреждений на объекте. Для этих целей используется весь спектр методов неразрушающего контроля - визуальный и измерительный контроль, ультразвуковые методы, магнитометрический контроль и т.д. Места контроля выбираются исходя из их потенциальной опасности по результатам выполненной оценки на первом этапе. Для подземных объектов для обеспечения доступа непосредственно к объекту выполняют шурфование.

На финальном этапе могут быть выполнены лабораторные исследования, например оценка скорости коррозии в лабораторных условиях или металлографические исследования состава и структуры металла в местах коррозионных дефектов.

Если диагностика выполняется на объекте, который уже оснащен системами противокоррозионной электрохимической защиты, то помимо исследования коррозионного состояния самого объекта выполняется диагностика исправности и качества работы существующей системы ЭХЗ, т.е. ее работоспособность в целом и значения выходных и контролируемых параметров в частности. Опишем наиболее важные параметры системы ЭХЗ, которые необходимо контролировать при проведении комплексного обследования систем ЭХЗ.

1. Катодный потенциал . Главный параметр работоспособности систем катодной и протекторной защиты. Определяет степень защищённости объекта от коррозии средствами ЭХЗ. Нормативные значения задаются основополагающими нормативными документами по противокоррозионной защите: ГОСТ 9.602-2005 и ГОСТ Р 51164-98. Измеряется как на стационарных пунктах (КИП и КДП), так и по трассе методом выносного электрода.
2. Состояние средств ЭХЗ: станций катодной, протекторной и дренажной защиты, анодных заземлений, КИП, изолирующих фланцев, кабельных линий и т.д. Все характеристики обследуемого оборудования должны быть в рамках значений, заданных в проекте. Дополнительно следует выполнить прогноз работоспособности оборудования на период до следующего обследования. Например, станции катодной защиты должны иметь запас по току для возможности регулирования защитного потенциала объекта при неминуемом старении изоляционного покрытия. Если запаса по току нет, следует запланировать замену станции катодной защиты на более мощную и/или ремонт анодного заземления.
3. Влияние системы ЭХЗ на сторонние объекты . В случае ошибок проектирования систем ЭХЗ возможно их вредное влияние на сторонние металлические сооружения. Особенно часто это бывает на трубопроводах месторождений нефти и газа, промышленных площадках, объектах внутри плотной городской застройки. Механизм такого влияния подробно описан . Оценка такого влияния обязательно должна проводиться в рамках диагностики систем ЭХЗ.

По результатам обследования должен быть подготовлен технический отчет, который должен содержать все числовые данные произведенных замеров, графики защитных потенциалов и так называемые трассовки, описание выявленных недостатков и дефектов, подробные фотоматериалы и т.д. Также в отчете должен быть сделан вывод по коррозионной опасности объекта с локализацией мест повышенного риска и разработаны технические решения по противокоррозионной защите.

Итак, по выполнении всех этапов диагностики заказчик получает отчет, в котором содержится подробная информация по коррозионному состоянию объекта и состоянию системы ЭХЗ. Но добытая диагностическими бригадами (порой с большим трудом, учитывая особенности местности и климата) информация просто пропадет, станет неактуальной, если в течение определенного времени ее не отработать, т.е. своевременно не устранить дефекты, которые были выявлены в ходе обследования, или не оборудовать объект обследования дополнительными средствами противокоррозионной защиты. Коррозионная ситуация на объекте постоянно меняется и если сразу не отработать полученную диагностическую информацию она может сильно устареть. Поэтому если владелец заботится о коррозионной безопасности своих объектов, то их система противокоррозионной защиты регулярно модернизируется по результатам так же регулярно выполняемых диагностических обследований, и риск коррозионного отказа на таких объектах минимален.

Тэги: блуждающие токи, диагностика коррозии, диагностика коррозионного состояния, изоляционное покрытие, индукционное влияние, источники переменного тока, коррозионная опасность, коррозионно-опасные микроорганизмы, коррозионное обследование, коррозионное растрескивание под напряжением, коррозионное состояние, сопротивление электролита, состояние изоляционного покрытия, электрохимическая защита, электрохимический потенциал, ЭХЗ

Федотов С.Д., Улыбин А.В., Шабров Н.Н.

инженер С. Д. Федотов;
к. т. н., доцент А. В. Улыбин *;
д. ф.- м. н., профессор Н. Н. Шабров,
ФГБОУ ВПО Санкт - Петербургский государственный политехнический университет

Ключевые слова: коррозионный износ; стальные конструкции; ультразвуковая толщинометрия; обследование строительных конструкций

Хорошо известно, что коррозионные потери металлических конструкций приносят большой экономический ущерб. Коррозионное разрушение элементов стальных конструкций и арматуры в железобетоне является одним из основных факторов, приводящих к недопустимому и аварийному состоянию конструкций . Скорость коррозии изменяется в широких пределах от 0,05 до 1,6 мм в год и зависит от коррозионной стойкости металла, параметров агрессивной среды, наличия и состояния антикоррозионной обработки, конструктивного решения и прочих факторов.

Определение фактического коррозионного износа эксплуатируемых стальных конструкций необходимо как для контроля их технического состояния и своевременного восстановления, так и для предотвращения аварий (отказов и обрушений).

В современных нормативах по обследованию, технической литературе и научных трудах вопрос правильного определения коррозионного износа раскрыт не полностью. Из имеющихся указаний не всегда четко понятно, чем и как измерять потери, какие участки выбирать и как их подготавливать. Нет однозначного мнения о том, как отображать результат измерений. Таким образом, необходимо обобщить имеющиеся в литературе данные и разработать методику контроля с учетом современного приборного обеспечения.

Контроль коррозионных потерь на практике сводится к двум основным задачам:

1) определение фактического остаточного сечения металлического элемента;

2) сравнение фактической толщины с изначальной (либо измеренной на предыдущем этапе обследования).

Казалось бы, обе указанные задачи весьма легко решаются. Однако на практике возникают проблемы как при измерении толщины поврежденной конструкции, так и при сопоставлении ее с изначальной. Также не всегда очевидно, как наиболее удобно и информативно отобразить результат исследования. Решению данных проблем, схематично представленных на рис.1, посвящена данная статья.

Рисунок 1. Методы определения коррозионных потерь

В статье рассмотрены основные методы контроля, реализуемые при наличии сплошной коррозии металла. Вопросы измерения местной коррозии (язвенной, питтинговой, межкристаллитной и др.) в данном материале не рассматриваются.

Измерение остаточной толщины механическим методом

Прежде чем рассматривать вопрос толщинометрии, необходимо отметить, что обмеры металлических конструкций требуют максимальной точности измерений по сравнению с конструкциями из других материалов. Согласно нормативно - методическим документам и технической литературе точность измерения должна быть не менее 0,05-0,1 мм.

Наиболее простым и требующим минимальных затрат на оборудование способом является определение фактической толщины элементов стальных конструкций с помощью различных механических измерительных приборов. Для реализации указанных целей с обеспечением необходимой точности рекомендуется использовать штангенциркули, микрометры и механические толщиномеры, а также измерительные скобы .

На практике применение наиболее доступных из указанных средств, а именно штангенциркулей, не всегда удобно, а иногда невозможно. Объясняется это тем, что измерение штангенциркулем можно осуществить только на открытых участках профилей (перья уголков, полки двутавров и швеллеров и др.) (рис. 2). Особенно часто возникает необходимость измерения остаточной толщины более тонкого элемента сечения, которым является стенка в швеллерах и двутаврах. В большинстве случаев свободный конец профиля (на участках опирания) недоступен и, соответственно, измерение выполнить невозможно. Вторым существенным ограничением является длина губок штангенциркуля. При этом имеется возможность измерения толщины металла только на участках, расположенных вдоль края исследуемого профиля в пределах полосы, равной длине губок.

Рисунок 2. Измерение остаточной толщины штангенциркулем

Рисунок 3. Измерение остаточной толщины ИЧТ со скобой

Рисунок 4. Микрометр - толщиномер

Более удобными средствами измерения являются толщиномеры со скобой. Применяя их, возможно выполнить измерение толщины на локальных участках, расположенных на отдалении от краев исследуемого элемента. При неравномерном коррозионном повреждении данное преимущество будет решающим в сравнении со штангенциркулем. Помимо этого, при использовании толщиномера с мессурой (рис. 3) может быть увеличена точность измерения по сравнению с механическим штангенциркулем до 0,01 мм и более. С другой стороны, применение механических толщиномеров в виде скоб сопровождается теми же ограничениями, что и у штангенциркулей.

Очевидно, что применение вышеуказанных механических средств измерения невозможно на элементах замкнутого профиля - трубах, которые применяются с каждым годом все в больших объемах. Единственно возможный способ механического измерения толщины замкнутого профиля заключается в сверлении отверстия и измерении специализированным микрометром (рис. 4). При этом точность измерения и производительность контроля резко снижаются.

Измерение остаточной толщины физическим методом

Для определения толщины, сплошности и других параметров изделий и покрытий, выполненных из различных материалов, используется широкий спектр физических методов неразрушающего контроля (НК). Среди них можно отметить магнитные, вихретоковые, радиоволновые методы и др. .

Одним из наиболее успешно применяемых физических методов контроля толщины и других параметров стальных конструкций является ультразвуковой метод. Подтверждением тому стало повсеместное изучение и применение ультразвуковых приборов (толщиномеров и дефектоскопов) в отечественной и зарубежной практике . Данный метод основан на способности ультразвуковых волн отражаться на границе раздела сред . Необходимо отметить, что для целей, описываемых в настоящей работе, ультразвуковой эхо - метод является единственно применимым среди физических методов НК .

Основные преимущества использования современных приборов, реализующих ультразвуковой метод толщинометрии:

Возможность контроля при одностороннем доступе;

Работа на участках, удаленных от края конструкции (без наличия открытых краев);

Высокая производительность;

Достаточная точность измерений;

Относительно простые требования по предварительной подготовке участка измерения.

В России широко применяются ультразвуковые толщиномеры как отечественных, так и зарубежных производителей (ООО «АКС», ООО «Технотест», ЗАО «Константа», « Olympus » и др.). Наиболее удобными для работы в полевых условиях являются приборы - моноблоки (рис. 5).

Рисунок 5. Измерение толщины с помощью ультразвукового прибора

Безусловно, у них есть и недостатки, среди которых ограниченный диапазон измеряемых толщин, меньшая емкость аккумулятора и другие.

Для использования большинства ультразвуковых толщиномеров необходима подготовка поверхности стали путем зачистки или (предпочтительно) шлифовки участка измерения. С одной стороны, данное обстоятельство снижает производительность контроля, а в случае отсутствия источника электроснабжения - весьма существенно. С другой стороны, подготовка участка измерения также необходима для обеспечения нормальной точности контроля механическими толщиномерами. Кроме того, доступность портативных аккумуляторных инструментов для механической обработки поверхности металла в наши дни практически устраняет эту проблему.

Учитывая вышесказанное, можно сделать вывод о том, что преимущество ультразвуковых приборов перед механическими толщиномерами очевидно.

Определение начальной толщины сечения

Чтобы понять, каковы потери металла, необходимо знать его начальную толщину. Самым простым и достоверным способом является измерение толщины исследуемого элемента в неповрежденном сечении. В случае неограниченного (в пространстве) и продолжительного доступа агрессивной среды к открытым элементам зачастую вся площадь элемента имеет коррозионное повреждение. В данном случае определить изначальную толщину элемента прямым измерением невозможно.

В такой ситуации параметры сечения элементов определяют либо по проектной документации, либо по сортаменту металлопроката. Данный подход имеет невысокую достоверность и в ряде случаев невозможен (отсутствие документации, применение нестандартных сварных профилей и пр.). Если же проектная документация доступна для анализа, вероятность определения искомых параметров выше. Однако нет гарантии того, что возведенные конструкции полностью соответствуют проектному решению, а в реалиях отечественного строительства - исполнительной документации.

Выявление толщин элементов по сортаменту путем определения общих габаритов сечения (высоты и ширины) также не всегда возможно. Если конструкции выполнены из швеллеров и двутавров, для решения задачи необходимо наличие сортаментов, соответствующих периоду изготовления профилей. Однако при обследовании конструкций не всегда удается определить соответствие профилей конкретному сортаменту. При обследовании труб и уголков использование сортамента для определения начальной толщины невозможно, так как одним и тем же габаритам сечений соответствует большой диапазон толщин. Например, равнополочный уголок № 50 по ГОСТ 8509-93 может иметь начальную толщину от 3,0 до 8,0 мм с шагом 1,0 мм.

Косвенный метод контроля коррозионных потерь

В нормативах и технической литературе по обследованию зданий можно встретить рекомендации применять для приблизительной оценки величины коррозионных потерь косвенный метод. Суть его заключается в измерении толщины слоя продуктов коррозии и в оценке величины повреждения, равной 1/3 толщины коррозионных окислов.

Достоверность такого подхода с нашей точки зрения весьма сомнительна по следующим причинам. В основу идеи, вероятно, положен тот факт, что продукты коррозии имеют плотность существенно меньшую, чем разрушенный металл. Можно предположить, что для достоверной реализации метода плотность коррозионных окислов должна быть в 3 раза меньше плотности стали. Однако по результатам измерений, выполненных авторами на различных объектах, отношение плотностей продуктов коррозии (без учета объема открытых пор и воздушных прослоек) и стали изменяется в диапазоне 2,1...2,6 раза (табл. 1).

Таблица 1. Плотность коррозионных окислов

Можно было бы опровергнуть данные утверждения тем, что именно за счет наличия пор и воздушных прослоек толщина продуктов коррозии как раз в три раза больше поврежденного слоя металла. Однако в этом и заключается вторая причина невозможности реализации косвенного подхода. Плотность «упаковки» продуктов коррозии (соотношение воздушных прослоек и пор с объемом окислов) зависит от разных факторов. К ним в разной степени относятся вид агрессивной среды, периодичность доступа среды к материалу, наличие микроорганизмов, являющихся катализатором процесса , и другие. В большей степени играет роль конструктивное решение, а именно наличие прилегающих к корродирующему элементу других конструкций, препятствующих свободному накоплению продуктов коррозии.

Авторам не раз приходилось наблюдать при обследовании однотипных конструктивных элементов различные по своей структуре продукты коррозии. Например, в одном из зданий постройки конца XIX века плотность коррозионных окислов, зафиксированных на стенках балок перекрытий, отличалась в разы. Причиной высокой плотности окислов являлось межбалочное заполнение в виде кирпичных сводиков, препятствующих свободному накоплению коррозионных слоев. На другом перекрытии того же здания коррозионные «пироги» вдоль стенок двутавровых балок имели суммарную толщину 5,0-7,0 см при толщине потерь стали 5,0-7,0 мм (рис. 6). В данном случае заполнение между балками было сделано в виде деревянного наката.

Рисунок 6. Слоистые коррозионные окислы, отобранные с балок перекрытия

Подводя итоги, необходимо отметить, что указанный косвенный метод мог бы быть реализован только в случае, когда продукты коррозии накапливаются за весь коррозионный период и не удаляются с места образования. В условиях открытых элементов (металлические фермы, колонны и пр.) невозможно однозначно определить суммарную толщину продуктов коррозии, которые могли либо быть счищены во время эксплуатации, либо просто упали с конструкции под собственным весом.

Представление результатов измерения

Еще одной проблемой, не освещенной в литературе, является вопрос о том, как представлять результат измерения износа. Имеются следующие варианты: в абсолютных единицах (мм, мкм); в процентах от толщины отдельного элемента сечения (полки, стенки); в процентах от площади всего сечения. Необходимо отметить, что аварийный критерий коррозионного износа, имеющийся в документах , выражается в процентах от площади сечения. Как правило, износ, нормируемый как аварийный, составляет 25% площади.

Для выполнения поверочных расчетов мало иметь информацию о потере площади сечения (либо о фактической площади остаточного сечения). Такая информация может быть достаточной только для расчета растянутых элементов. Для расчета сжатых и изогнутых элементов необходимо знать фактические габариты всех элементов сечения (полок, стенок, перьев уголков и др.). Поэтому представление результатов измерений в процентах от площади сечения недостаточно информативно. Установить процент потери площади сечения прямым измерением не представляется возможным, так как данный параметр можно определить только пересчетом. Это утверждение обосновывается следующим: в случае одинаковой скорости коррозии всех элементов сечения величина потерь будет одинакова по абсолютной величине (мм), при этом износ в процентах будет равен только для элементов с одинаковой начальной толщиной. Однако случаи равномерной коррозии всех элементов сечения с одинаковой скоростью встречаются редко.

Часто ошибка исследователей связана с тем, что потери измеряются только в одном из элементов сечения, по которому и делают вывод о коррозионном износе сечения в целом. Такой подход ошибочен, так как в зависимости от пространственного расположения, типа сечения, доступа агрессивной среды и других факторов износ разных частей сечения будет различным . Характерным примером является коррозия двутавровых балок в воздушной среде. При равномерном доступе агрессивной среды большему износу будут подвергаться верхняя поверхность горизонтально расположенных частей сечения (например, полок). Это происходит за счет скопления на них влаги, пыли, продуктов коррозии, ускоряющих процесс разрушения.

При определенных условиях, связанных, как правило, с доступом агрессивной среды, глубина коррозионных потерь сильно изменяется даже в пределах одного элемента сечения. В качестве примера на рис. 7. представлено сечение двутавровой балки надподвального перекрытия с коррозионными потерями. Как видно из рисунка, максимальные повреждения имеются на краях нижней полки и достигают 100% толщины. При этом по мере приближения к стенке процент износа уменьшается. Принять по измерению на краях, что полка, а тем более все сечение полностью утрачено, было бы в корне неправильным.

Рисунок 7. Неравномерное коррозионное повреждение нижней полки двутавровой балки надподвального перекрытия

Исходя из вышесказанного, для качественного выполнения обследования и представления его результатов необходимо:

Производить измерение остаточной толщины во всех элементах сечения, имеющих признаки повреждения;

При неравномерном коррозионном повреждении в пределах части сечения определять минимальные и максимальные толщины, а также выявлять зоны максимальных потерь (строить конкретный профиль остаточного сечения);

При определении потери площади сечения производить ее расчет по данным толщинометрии каждого из элементов сечения.

Практический пример

Для иллюстрации описанного выше приведем результаты обследования, задачей которого было определение процента коррозионного износа ферм покрытия.

Обследуемые металлические фермы (рис. 8) расположены в производственном корпусе кирпичного завода и перекрывают пролет 36 м. Элементы поясов и решеток ферм преимущественно выполнены из спаренных уголков, образующих тавровое сечение (рис. 9). Верхний пояс в крайних панелях выполнен из сварного двутавра с различной шириной полок. Соединения элементов выполнены на сварке с фасонками. Согласно проектной документации элементы ферм изготовлены из разных марок стали: элементы решетки из ВСтЗпс 6 по ГОСТ 380-71, элементы поясов из 14 Г 2 по ГОСТ 19281-73, фасонки из ВСтЗспб по ГОСТ 380-71.

Рисунок 8. Общий вид обследованных ферм

Рисунок 9. Сечение одного из элементов фермы

Зачистка поверхности в зазоре между уголками весьма трудоемка, а использование механических толщиномеров без удаления продуктов коррозии приводит к значительной погрешности измерения. Для решения поставленной задачи был использован ультразвуковой толщиномер А 1207 с рабочей частотой 2,5 МГц. Диапазон устанавливаемых скоростей варьируется от 1000 до 9000 м / с, что позволяет производить калибровку прибора для различных конструкционных сталей.

Рисунок 10. Коррозионное повреждение элемента фермы

В ходе обследования выполнен визуальный осмотр металлических элементов ферм, в результате которого установлены наличие повсеместного износа защитных окрасочных покрытий и сплошная коррозия металлических элементов (рис. 10). Измерения остаточной толщины выполнялись на наиболее поврежденных по визуальным признакам участках элементов ферм.

Ввиду длительной эксплуатации без своевременных периодических ремонтов и восстановления защитных покрытий элементы ферм на всей площади имели коррозионное повреждение.

Таким образом, определение начальной толщины сечения по измерению на неповрежденном участке не представлялось возможным. С учетом этого была предпринята попытка сопоставления фактических габаритов сечений с ближайшим большим (по толщине профиля) сечением по сортаменту. Определенные таким образом коррозионные потери составили 25-30%, что, согласно требованиям норматива , является аварийным признаком.

После первоначального анализа (сопоставления с сортаментом) заказчиком была найдена и предоставлена проектная документация. В результате анализа проекта установлено, что часть элементов фермы была выполнена из профилей большего сечения (по толщине и габаритам), чем указано в проекте. С учетом изначального применения профилей большего сечения и их коррозионного износа было выявлено, что фактические толщины данных элементов превосходят проектные. Таким образом, несущая способность, предусмотренная проектом для данных элементов, обеспечена. Коррозионные потери той части элементов, сечение которых соответствует проектным данным, оказались не столь существенными (не более 10%).

Итак, при определении коррозионного износа на основе сравнения с проектной документацией было выявлено, что его величина не превышает 10% площади сечения некоторых элементов. При отсутствии проектной документации и использовании в качестве изначальных сечений по сортаменту техническое состояние конструкций ошибочно могло быть признано аварийным.

Заключение

В качестве выводов по изложенному материалу можно выделить следующее.

1. Показано, что наиболее удобным и производительным, а иногда и единственно возможным методом для определения остаточной толщины стальных конструкций является ультразвуковой эхо - метод. Использование механических толщиномеров можно рекомендовать только в случае отсутствия или невозможности применения ультразвуковых толщиномеров (например, при низких температурах воздуха).

2. Обосновано, что косвенный метод по определению коррозионных потерь на основе измерения толщины продуктов коррозии неприменим ввиду недостоверности получаемых результатов.

3. Представление коррозионных потерь металла в процентном выражении дает качественную оценку состояния конструкции, а также позволяет оценить скорость коррозии.

4. Состояние конструкций в большинстве случаев необходимо определять поверочным расчетом. Для этого необходимо иметь информацию об остаточных геометрических характеристиках поврежденного сечения.

5. Разработан алгоритм определения коррозионного износа, который рекомендуется применять в практике обследования объектов (рис. 11).

6. Требуется обновление разделов нормативных документов, регламентирующих инструментальную оценку коррозионного износа и классифицирующих техническое состояние металлических конструкций с учетом предлагаемой методики.

Рисунок 11. Алгоритм оценки коррозионного износа (* при сплошной коррозии металла)

Литература

1. Пузанов А. В., Улыбин А. В. Методы обследования коррозионного состояния арматуры железобетонных конструкций // Инженерно - строительный журнал. 2011. № 7(25). С. 18-25.

2. Добромыслов А. Н. Диагностика повреждений зданий и инженерных сооружений. М.: АСВ, 2006. 256 с.

3. Пособие по обследованию строительных конструкций зданий. М.: АО «ЦНИИПРОМЗДАНИЙ», 1997. 179 с.

4. Ремнев В. В., Морозов А. С., Тонких Г. П. Обследование технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений: Учебное пособие для вузов ж.- д. транспорта. М.: Маршрут, 2005. 196 с.

5. Пособие по контролю состояния строительных металлических конструкций зданий и сооружений в агрессивных средах, проведению обследований и проектированию восстановления защиты конструкций от коррозии (к СНиП 2.03.11-85). М.: ГОССТРОЙ СССР, 1987. 23 с.

6. Гуревич А. К. [и др.] Таблица: Методы и задачи толщинометрии // В мире НК. 2008. № 2(40). С. 4.

7. Юнникова В. В. Исследование и разработка методов и средств повышения достоверности ультразвукового контроля толщины: дис.... канд. техн. наук. Хабаровск, 1999. 107 с.

8. Юнникова В. В. О достоверности ультразвукового контроля толщины // Контроль и диагностика. 1999. № 9. С. 31-34.

9. Broberg P., Runnemalm A., Sjodahl M. Improved corner detection by ultrasonic testing using phase analysis// Ultrasonics. 2013. № 53(2). Pp. 630-634.

10.Xiong R., Lu Z., Ren Z., Xu C. Experimental research on small diameter concrete-filled steel tubular by ultrasonic detection // Applied Mechanics and Materials. 2012. Vol. 226-228. Pp. 1760-1765.

11. Tang R., Wang S., Zhang Q. Study in ultrasonic flaw detection for small-diameter steel pipe with thick wall // International Journal of Digital Content Technology and its Applications. 2012. № 6(16). Pp. 17-27.

12. Самокрутов А. А., Шевалдыкин ВТ. Ультразвуковая эхо - томография металлоконструкций. Состояние и тенденции // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. № 1. С. 50-59.

13. Данилов В. Н., Самокрутов А. А. Моделирование работы пьезопреобразователей с сухим точечным контактом в режиме излучения // Дефектоскопия. 2003. № 8. С. 11-23.

14. Introduction to Phased Array Ultrasonic Technology Applications: R/D Tech Guideline. Quebec: R/D Tech inc., 2004. 368 p.

15. Samokrutov A. A., Kozlov V. N., Shevaldykin V. G. New approaches and hardware means of ultrasonic thickness measurement with the usage of one-element single probes // 8th European conference on Non-Destructive Testing, Barcelona, 17-21 June, 2002. Pp. 134-139.

16. Самокрутов А. А., Шевалдыкин В. Г., Козлов В. Н, Алёхин С. Т., Мелешко И. А., Пастушков П. С. А 1207 - Ультразвуковой толщиномер нового поколения // В мире НК. 2001. № 2(12). С. 23-24.

17. Fowler K.A., Elfbaum G. M., Smith К. A., Nelligan T. J. Theory and application of precision ultrasonic thickness gaging [Электронный ресурс]. URL: http://www.ndt.net/article/w... (дата обращения: 09.01.2013).

18. Сорокин Ю. Н. Ультразвуковые методы неразрушающего контроля // Сб. ВИНИТИ. Итоги науки и техники: Метрология и измерительная техника. 1979. Т.4. С.253-290.

19. Гмырин С. Я. Влияние шероховатости контактной поверхности на показания ультразвуковых толщиномеров // Дефектоскопия. 1993. № 10. С. 29-43.

20. Гмырин С. Я. К вопросу о толщине стенок изделия и погрешности ее измерения в ультразвуковой толщинометрии в случае значительной коррозии поверхности ввода // Дефектоскопия. 1996. № 11. С. 49-63.

21. Землянский А. А., Вертынский О. С. Опыт выявления дефектов и трещин в крупноразмерных резервуарах для хранения углеводородов // Инженерно - строительный журнал. 2011. № 7(25). С. 40-44.

22. ГОСТ Р 53778-2010. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. Введ. 01.01.2011. М., 2010. 60 с.

23. Старцев С. А. Проблемы обследования строительных конструкций, имеющих признаки биоповреждения // Инженерно - строительный журнал. 2010. № 7(17). С. 41-46.

24. ТСН 50-302-2004. Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт - Петербурге. Введ. 05.08.04. СПб., 2004. 57 с.

25. Прищепова Н. А. Долговечность стальных ферм покрытий промзданий предприятий цветной металлургии на крайнем севере: автореф. дис.... канд. техн. наук. Норильск.: Норильский индустр. инст - т, 1997. 25 с.

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
АКЦИОНЕРНАЯ КОМПАНИЯ
ПО ТРАНСПОРТУ НЕФТИ «ТРАНСНЕФТЬ»
ОАО «АК «ТРАНСНЕФТЬ»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
РЕГЛАМЕНТЫ

ПРАВИЛА ПРОВЕДЕНИЯ ОБСЛЕДОВАНИЙ
КОРРОЗИОННОГО СОСТОЯНИЯ
МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ

Москва 2003

Регламенты, разработанные и утвержденные ОАО «АК «Транснефть», устанавливают общеотраслевые обязательные для исполнения требования по организации и выполнению работ в области магистрального нефтепроводного транспорта, а также обязательные требования к оформлению результатов этих работ.

Регламенты (стандарты предприятия) разрабатываются в системе ОАО «АК «Транснефть» для обеспечения надежности, промышленной и экологическом безопасности магистральных нефтепроводов, регламентации и установления единообразия взаимодействия подразделений Компании и ОАО МН при ведении работ по основной производственной деятельности как между собой, так и с подрядчиками, органами государственного надзора, а также унификации применения и обязательного исполнения требований соответствующих федеральных и отраслевых стандартов, правил и иных нормативных документов.

ПРАВИЛА ПРОВЕДЕНИЯ ОБСЛЕДОВАНИЙ
КОРРОЗИОННОГО СОСТОЯНИЯ
МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПРАВИЛ

1.1. Правила обследования распространяются на магистральные нефтепроводы подземной прокладки, имеющие систему активной защиты от коррозии и тип изоляционного покрытия, соответствующий .

1.2. При разработке правил использованы нормативные документы:

Сооружения стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии.

Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии.

РД 153-39.4-039-99 «Нормы проектирования ЭХЗ магистральных трубопроводов и площадок магистральных нефтепроводов».

2. ЗАДАЧИ ОБСЛЕДОВАНИЯ

Основными задачами обследования являются:

2.1. Оценка коррозионного состояния нефтепроводов.

2.2. Оценка состояния противокоррозионной защиты.

2.3. Своевременное обнаружение и устранение коррозионных повреждений.

2.4. Разработка и проведение мероприятий по повышению эффективности защиты, оптимизации работы средств ЭХЗ.

3. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПО ПРОТИВОКОРРОЗИОННОМУ ОБСЛЕДОВАНИЮ

3.1. Комплексное противокоррозионное обследование должно проводиться производственными лабораториями ЭХЗ при ОАО МН или специализированными организациями, имеющими разрешение (лицензию) Госгортехнадзора на проведение данных работ.

3.2. Обследование должно проводиться:

Не позднее чем через 6 месяцев после ввода в эксплуатацию системы электрохимической защиты вновь построенных нефтепроводов с обязательной выдачей сертификата соответствия качества противокоррозионной защиты государственным стандартам;

Не реже 1 раза в 5 лет для нефтепроводов, проложенных на участках с высокой коррозионной опасностью по ;

Не реже 1 раза в 10 лет на остальных участках.

Внеочередное обследование при обнаружении в процессе эксплуатации вредного влияния от систем ЭХЗ вновь построенных близлежащих и пересекающих подземных коммуникаций и от электрифицированных железных дорог.

3.3. В соответствии с периодичностью обследования по п. в ОАО МН должна быть разработана программа противокоррозионного обследования на ближайшие 10 лет.

3.4. Ежегодно до 1 января следующего года Программа должна корректироваться с учетом выполненных в текущем году работ по обследованию.

3.5. Обследование должно проводиться с использованием полевых лабораторий ЭХЗ и современного измерительного оборудования, как отечественного, так и импортного.

3.6. Методика обследования должна соответствовать РД «Инструкция по комплексному обследованию коррозионного состояния магистральных нефтепроводов».

3.7. Договоры на обследование со сторонними организациями должны быть заключены до 1 апреля текущего года.

3.8. Обязательным приложением к договору является «Программа коррозионного обследования нефтепровода», составленная на основании «Инструкции по комплексному обследованию коррози онного состояния МН», с учетом особенностей коррозионного состояния и коррозионных факторов обследуемого участка.

3.9. Окончательный срок выдачи результатов по коррозионному обследованию сторонней организацией должен быть не позднее 1 апреля следующего года. Информационный отчет с предварительными, наиболее важными результатами должен быть выдан до 1 ноября текущего года для своевременного включения в план следующего года мероприятий, требующих капитальных затрат.

4. СОСТАВ КОМПЛЕКСНОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ

4.1. Анализ коррозионной опасности по трассе нефтепроводов проводится на основе данных коррозионной опасности грунтов, в том числе и микробиологической, наличию и характеру блуждающих токов, наличию участков, длительное время находившихся без защиты.

4.2. Сбор и анализ статистических данных об условиях эксплуатации противокоррозионной защиты обследуемого участка нефтепровода за весь предшествующий комплексному обследованию период: технологических характеристик средств ЭХЗ, сведений о работе средств электрохимической защиты за прошедший период эксплуатации, сведений по состоянию изоляции.

4.3. Проведение комплекса электрометрических работ:

По локализации дефектов и оценке переходного сопротивления изоляционного покрытия методом градиента потенциала, методом выносного электрода и другими методами;

По измерению защитного потенциала по протяженности, а в зонах блуждающих токов - по протяженности и по времени;

По измерению коррозионных характеристик почвы - удельного сопротивления грунта, поляризационных характеристик почвы.

4.4. Определение коррозионно-опасных мест на основе обработки и анализа данных обследования.

4.5. Вскрытие нефтепровода в коррозионно-опасных местах в процессе обследования с составлением актов шурфовки, устранение дефектов изоляции и коррозионных повреждений силами эксплуатационных служб.

4.6. Решение расчетно-аналитических задач по обеспечению коррозионной безопасности нефтепровода:

4.6.1. Оценка состояния изоляции, в том числе:

Прогнозирование изменения ее физико-химических свойств во времени;

Оценка остаточного ресурса изоляции;

Определение оптимального срока и очередности ремонта изоляции участков.

4.6.2. Определение технического состояния средств ЭХЗ:

Соответствие параметров установок нормативным документам;

Техническое состояние элементов установок ЭХЗ;

Прогнозирование изменения параметров установок ЭХЗ во времени;

Выработка мероприятий по оптимизации работы и срокам проведения ремонта средств ЭХЗ.

4.6.3. Оценка коррозионного состояния нефтепровода.

4.7. Составление отчета по проведенному обследованию с выдачей рекомендаций по совершенствованию комплексной защиты нефтепроводов.

4.8. При необходимости разработка проекта ремонта и реконструкции средств ЭХЗ на основе рекомендаций обследования.

4.9. Результаты обследования должны быть представлены на бумажных и магнитных носителях.

4.10. Служба ЭХЗ ОАО МН после получения отчета должна использовать результаты обследования для пополнения эксплуатационной и архивной базы данных о состоянии противокоррозионной защиты.

5. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ ОБСЛЕДОВАНИЯ

5.1. Анализ коррозионной опасности по трассе нефтепровода

5.1.2. Оценку коррозионной опасности по трассе нефтепровода производят с целью выделения участков, требующих первоочередного обследования с расширенным перечнем электрометрических работ.

5.1.3. Оценка коррозионной опасности не производится в том случае, когда коррозионно-опасные участки установлены ранее.

5.1.4. Измерение удельного электрического сопротивления грунта производится по четырехэлектродной схеме Веннера.

5.1.5. Коррозионную опасность от биологической коррозии определяют с помощью микробиологического анализа грунтов по существующим методикам.

5.1.6. Коррозионную опасность от блуждающих токов рассчитывают по формулам с учетом расстояния между электрифицированной ж/д и нефтепроводом, расстояния между тяговыми подстанциями и рода тока ж/д (постоянный, переменный).

5.1.7. Общая коррозионная опасность рассчитывается с учетом величин, указанных в пп. - . По результатам оценки коррозионной опасности определяют очередность и объем обследования участков нефтепроводов.

5.2. Анализ данных по условиям эксплуатации противокоррозионной защиты за предыдущий период.

5.2.1. Цель анализа:

Определение опасных в коррозионном отношении участков нефтепровода;

Интегральная оценка сопротивления изоляции по участкам за весь период эксплуатации.

5.2.2. Для анализа необходимо обобщить данные:

По результатам осмотра нефтепровода в шурфах по представленным актам шурфовки;

По внутритрубной дефектоскопии;

По коррозионным отказам нефтепроводов;

По проводившимся ранее замерам защитного потенциала и режимам работы установок ЭХЗ.

5.2.3. Участки, имевшие коррозионные поражения, подлежат детальному изучению. Все коррозионные поражения следует сопоставить с оценкой коррозионной опасности, определенной на первом этапе обследования.

5.2.4. Ретроспективная оценка состояния изоляции производится по сопротивлению изоляции, рассчитанному по эксплуатационным данным установок ЭХЗ и распределению разности потенциалов вдоль трубопровода.

5.3. Проведение электрометрических работ

5.3.1. Поиск дефектных мест в изоляции производят одним из следующих методов:

Выносного электрода;

Градиента напряжения постоянного тока;

Продольного градиента;

Поперечного градиента.

5.3.2. Измерение защитного потенциала по протяженности определяют по поляризационному потенциалу.

5.3.3. Поляризационный потенциал измеряют по методикам в соответствии с и НТД.

5.3.4. Сплошные измерения защитного потенциала могут быть выполнены следующим образом:

Методом выносного электрода;

Методом интенсивных измерений с использованием отключения средств ЭХЗ.

5.3.5. На основании замеров составляется график распределения защитного потенциала вдоль нефтепровода.

5.4. Решение расчетных задач по обеспечению коррозионной безопасности

5.4.1. При оценке текущего состояния изоляции и прогнозировании изменения ее параметров решают следующие задачи:

Дают интегральную оценку по сопротивлению ее постоянному току;

Определяют физико-химические свойства изоляции;

Рассчитывают остаточный ресурс изоляции;

Определяют оптимальный срок переизоляции нефтепровода.

5.4.2. Определение параметров средств ЭХЗ и прогнозирование изменения ее параметров во времени.

Расчеты производятся на основании исходных данных:

Электрических параметров катодных и протекторных установок;

Паспортных характеристик средств ЭХЗ;

Конструктивных и электрических параметров анодных заземлений;

Данных периодического контроля установок ЭХЗ.

5.4.3. Оценка остаточного ресурса элементов установок ЭХЗ производится:

Для установок катодной защиты:

Анодного заземления;

Катодного преобразователя;

Дренажной линии;

Защитного заземления.

Для установок дренажной защиты:

Дренажа;

Дренажной линии;

Для протекторных установок - протекторов.

5.4.4. Комплексная оценка состояния ЭХЗ нефтепровода осуществляется в соответствии с по следующим критериям:

Общая защищенность;

Защищенность трубопровода по протяженности;

Защищенность трубопровода по времени.

5.5. Оценка коррозионного состояния нефтепровода производится с целью выявления наиболее опасных в коррозионном отношении участков нефтепроводов

5.5.1. Оценка производится путем обобщения всех данных обследования и данных по наличию коррозионных повреждений. Сводные данные по коррозионному состоянию заносятся в форму, определяемую НТД по противокоррозионному обследованию.

5.5.2. Коррозионную опасность определяют по сумме баллов, которыми оцениваются влияние различных коррозионных факторов.

5.6.2. На основании анализа данных о состоянии изоляционного покрытия и расчетов остаточного ресурса изоляции должны быть выделены участки и сроки ремонта изоляции.

5.6.3. На основании данных о работе средств ЭХЗ и технико-экономических расчетов по остаточному ресурсу и оптимизации должны быть определены мероприятия по совершенствованию системы ЭХЗ для обеспечения требуемой защиты по протяженности и по времени.

480 руб. | 150 грн. | 7,5 долл. ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников

Аскаров Герман Робертович. Оценка влияния нестабильного температурного режима на коррозионное состояние газопроводов большого диаметра: диссертация... кандидата технических наук: 25.00.19 / Аскаров Герман Робертович;[Место защиты: Уфимский государственный нефтяной технический университет].- Уфа, 2014.- 146 с.

Введение

1. Современные представления о температурном влиянии на коррозионное состояние газопровода 8

1.1 Краткая характеристика коррозионных процессов в трубопроводном транспорте 8

1.1.1 Характерные коррозионные дефекты на стальной трубе 10

1.2 Нарушение защитных свойств изоляционного покрытия 11

1.3 Коррозионная агрессивность грунтов 15

1.4 Причины формирования коррозионных элементов на наружной поверхности газопровода 19

1.4.1 Условия формирования макро-коррозионных элементов на наружной поверхности газопровода 19

1.4.2 Изменение электрического сопротивления грунта, прилегающего к трубопроводу, при движении влаги в коррозионно-активном слое грунта 23

1.5 Влияние температуры и колебаний температуры на коррозионное состояние газопровода 31

1.6 Диагностика газопроводов с использованием внутритрубных снарядов. 32

1.7 Модели для прогнозирования коррозионных процессов 34 Выводы к главе 1 40

2. Оценка импульсного воздействия влажности и температуры на коррозионную активность грунтов, окружающих газопровод 42

2.1 Физическое моделирование и выбор управляющих параметров. 42

2.2 Краткое описание экспериментальной установки. 45

2.3 Результаты опытов и эффект повышения коррозионной активности грунтов при импульсном температурном воздействии 48

2.4 Исследование влияния частоты колебаний температуры и тепловых параметров на коррозионную активность грунтов 58

2.5 Зависимость скорости коррозии от средней температуры при нестабильном теплообмене 67

Выводы к главе 2 70

3. Прогноз коррозионного состояния газопровода на основе данных внутритрубной дефектоскопии 71

3.1 Критерии оценки коррозионной опасности. 71

3.2 Анализ коррозионного состояния участка газопровода по данным внутритрубной дефектоскопии 74

3.2.1 Характеристика участка газопровода 74

3.2.2 Анализ результатов ВТД. 75

3.3 Образование и скорость развития коррозионных очагов на трубопроводах с пленочной изоляцией. 80

3.4 Коррозионный прогноз дефектности труб большого диаметра. 85

Выводы к главе.3 . 100

4. Разработка метода ранжирования участков газопроводов по степени опасности для вывода в ремонт 102

4.1. Методика ранжирования участков газопроводов по степени опасности 101

4.1.1 ВТД газопроводов при ранжировании по степени опасности 101

4.1.2 Уточняющие интегральные показатели для определения выводимых в ремонт участков газопроводов. 103

4.2 Комплексная диагностика изоляционного покрытия и средств ЭХЗ 104

4.2.1 Факторы опасности коррозионного повреждения трубопроводов. 105

4.2.2 Пример расчета комплексного показателя коррозионной активности 106

4.3 Учет колебаний температуры на газопроводах больших диаметров 107

4.4 Суммарный интегральный показатель. 109

4.4.1 Пример расчета суммарного интегрального показателя. 110

4.5 Эффективность разработки 113

Выводы к главе 4 . 115

Литература 117

Введение к работе

Актуальность работы

Общая протяжённость эксплуатируемых в системе ОАО «Газпром» подземных магистральных газопроводов составляет около 164,7 тыс. км. Основным конструкционным материалом для сооружения газопроводов в настоящее время является сталь, которая обладает хорошими прочностными свойствами, но низкой коррозионной стойкостью в условиях окружающей среды – грунта, который при наличии влаги в поровом пространстве является коррозионно-активной средой.

После 30-ти и более лет эксплуатации магистральных газопроводов изоляционное покрытие стареет и перестает выполнять защитные функции, вследствие чего коррозионное состояние подземных газопроводов существенно ухудшается.

Для определения коррозионного состояния магистральных газопроводов в настоящее время используется внутритрубная дефектоскопия (ВТД), которая с достаточной точностью определяет местоположение и характер коррозионных повреждений, что позволяет отслеживать и прогнозировать их образование и развитие.

Значительную роль в развитии коррозионных процессов играет наличие грунтовых вод (почвенного электролита), причем следует отметить, что скорость коррозии в большей степени возрастает не в постоянно обводненном или сухом грунте, а в грунте с периодическим увлажнением.

Предшествующими исследованиями установлена связь между импульсным изменением температуры газопровода и колебанием влажности в коррозионно-активном слое грунта. Однако не были определены количественные параметры импульсного температурного воздействия на активизацию коррозионных процессов.

Исследование коррозионной агрессивности грунтов на участках пролегания магистральных газопроводов при импульсном тепловом воздействии и прогноз коррозионного состояния трубопроводов являются актуальными для газотранспортной отрасли.

Цель работы

Разработка и совершенствование методов определения коррозионного состояния участков магистральных газопроводов для своевременного вывода их в ремонт.

Основные задачи :

1 Определение изменения удельного электрического сопротивления грунта вокруг магистрального газопровода и анализ особенностей коррозионных процессов в трубопроводном транспорте.

2 Исследование в лабораторных условиях влияния импульсного теплового воздействия перекачиваемого газа и влажности на коррозионную активность грунта, окружающего подземный газопровод.

3 Исследование образования и развития коррозионных дефектов на магистральном газопроводе и прогноз его коррозионного состояния по данным внутритрубной дефектоскопии.

4 Разработка методики ранжирования участков магистральных газопроводов на основе прогноза их коррозионного состояния для вывода в ремонт.

Научная новизна

1 Определено изменение и построены эпюры удельного электрического сопротивления грунта в зависимости от влажности по периметру подземного газопровода большого диаметра.

2 Экспериментально доказан факт активизации коррозионных процессов при импульсном изменении температуры перекачиваемого газа по сравнению со стабильным температурным воздействием, а также определен диапазон температур, в котором при нестабильном (импульсном) температурном воздействии развивается максимальная скорость коррозии.

3 Определена функциональная зависимость для прогноза образования и развития коррозионных дефектов на магистральных газопроводах.

Практическая ценность работы

На основании проведенных исследований разработан стандарт предприятия РД 3-М-00154358-39-821-08 «Методика ранжирования газопроводов ООО «Газпром трансгаз Уфа» по результатам внутритрубной дефектоскопии для вывода их в ремонт», согласно которому проводится ранжирование участков магистральных газопроводов между крановыми узлами с целью определения последовательности вывода их в ремонт.

Методы исследований

Поставленные в работе задачи решались с использованием теории подобия путем моделирования условий теполомассообмена подземного газопровода с окружающим грунтом.

Результаты диагностических работ обрабатывались по методу наименьших квадратов с проведением корреляционного анализа. Расчеты проводились с использованием пакета прикладных программ «StatGrapfics Plus 5.1».

На защиту выносятся :

Результаты исследований изменения удельного электрического сопротивления грунта в зависимости от влажности по периметру магистрального газопровода;

Результаты лабораторных исследований импульсного теплового воздействия на активизацию коррозионных процессов на стальном трубопроводе;

Метод ранжирования участков магистральных газопроводов для вывода их в ремонт.

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 30 научных трудах, из них четыре статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем работы

Условия формирования макро-коррозионных элементов на наружной поверхности газопровода

Коррозионные разрушения металла происходят на наружной поверхности газопровода в местах нарушения изоляционного покрытия, несмотря на наличие катодной защиты газопровода. Часто эти явления наблюдаются на начальных участках газопроводов (10-20 км после выхода с компрессорной станции), с пересеченной местностью, приуроченых к оврагам, балкам, местам с периодическим увлажнением.

Анализ и обобщение многочисленных материалов показывает, что на активацию коррозионных процессов влияет поведение грунтовых вод под тепловым воздействием газопровода, которое усиливается по мере совместного влияния (или совпадения) как минимум трех факторов:

Импульсного изменения температуры газопровода;

Нарушения изоляционного покрытия газопровода;

Большой диаметр трубопровода.

1. Принципиальное отличие начального участка от конечного (при отсутствии или стабильности отборов газа по трассе) в том, что именно на начальном участке газопровода максимально ощущаются колебания или импульсное изменение температуры газа. Эти колебания происходят как из-за неравномерности газопотребления, так и по причине несовершенства системы воздушного охлаждения газа, подаваемого в газопровод. При использовании аппаратов воздушного охлаждения погодные колебания температуры воздуха вызывают аналогичные колебания температуры газа и как по волноводу передаются непосредственно на начальный участок газопровода (особенно это явление проявляется на первых 20…30 км газопровода).

В опытах Исмагилова И.Г. было зарегистрировано, что температурная волна в 5 0С, искусственно созданная отключением АВО газа на КС Полянская, прошла до следующей станции КС Москово со снижением амплитуды до 2 0С. На нефтепроводах, где скорости движения потоков на порядок меньше, в силу инерционности продукта перекачки, такого явления не наблюдается.

2. При нарушении изоляционного покрытие происходит формирование макрокоррозионных элементов на наружной поверхности трубопровода. Как правило, это происходит на участках с резким изменением параметров окружающей среды: омического сопротивления грунтов и коррозионных сред (рисунок 1.3 и рисунок 1.4).

3. Эффект «большого диаметра». Геометрические параметры горячего трубопровода таковы, что и температура, и влажность грунта, а следовательно и прочие характеристики: омическое сопротивление грунта, свойства грунтовых электролитов, поляризационные потенциалы и т. д. – меняются по периметру. Влажность по периметру меняется в пределах от 0,3 % до 40 % и до полного насыщения. Удельное сопротивление грунта при этом изменяется в 10 …100 раз.

Рисунок 1.4 – Модель макрокоррозионных элементов Исследования показали, что температура перекачиваемого газа влияет на катодную поляризацию трубной стали в карбонатных растворах. Зависимость потенциалов максимума анодного тока от температуры линейна. Увеличение температуры ведет к возрастанию тока растворения и смещает интервал потенциалов анодного тока в отрицательную область. Увеличение температуры приводит не только к изменению скорости электрохимических процессов, но и изменяет значения рН раствора.

С ростом температуры карбонатного раствора потенциал максимума анодного тока, связанного с образованием оксида, при возрастании температуры на 10 С смещается в сторону отрицательных значений потенциала на 25 мВ . Вследствие неоднородности грунта, изменения его влажности и аэрации, неравномерного уплотнения, оглеения и др. эффектов, а также дефектов самого металла, возникает большое количество макрокоррозионных элементов. При этом коррозионному разрушению в большей степени подвергаются анодные участки, имеющие более положительный потенциал, по сравнению с катодными, чему способствует импульсное тепловое воздействие газопровода на миграционные процессы в грунтовом электролите.

Колебательные процессы температуры и влажности в грунте провоцирует общую коррозию. Макрокоррозионные элементы, локализованные на поверхности, развиваются по сценарию КРН или очагами язвенной коррозии. На общность электрохимического процесса, приводящего к образованию коррозионных язв и трещин, указывается в .

Именно неравновесные термодинамические процессы происходят более интенсивно и с максимальным эффектом проявления основных признаков. При импульсном температурном воздействии на грунт, почти синхронно, меняются параметры, определяющие его коррозионную активность. Так как этот процесс происходит на протяжении всего времени эксплуатации газопровода под сильным воздействием доминирующих параметров, то место локализации макроэлемента становится вполне определенным, зафиксированным по отношению к геометрическим отметкам.

Как показано в непрерывное колебательное движение грунтовой влаги, которое можно объяснить с позиций термокапиллярно-пленочного механизма движения происходит на протяжении всего времени эксплуатации газопровода.

Таким образом, даже при наличии катодной защиты газопровода, в местах повреждения изоляционного покрытия газопровода большого диаметра вследствие неравномерности распределения влажности грунта по периметру трубы неизбежно возникают макрокоррозионные элементы, провоцирующие почвенную коррозию металла трубы.

Одним из важных условий протекания коррозионных процессов является наличие в почвенном электролите диссоциированных ионов.

Ранее не принимаемый к рассмотрению фактор, определяющий протекание неравновесных процессов, импульсное температурное воздействие газа на стенку трубопровода и импульсное изменение влажности грунта, прилегающего к трубопроводу.

Результаты опытов и эффект повышения коррозионной активности грунтов при импульсном температурном воздействии

График кинетической кривой активности коррозионных процессов во времени. основываясь на физических представлениях процесса (рисунок 1.9) и используя закономерности кинетической кривой, экстраполировать результаты внутритрубной дефектоскопии по выявленным в различные периоды эксплуатации максимальным и средним дефектам. Но это вряд ли позволит прогнозировать динамику количественного роста коррозионных дефектов.

Представленные модели, описывают коррозионные процессы в рамках конкретных ситуаций, при соблюдении определенных условий, химической среды, температуры, сталей различных марок, давления и т.п. Особый интерес представляют модели, описывающие коррозионные процессы аналогичных систем (магистральных трубопроводов) с изоляционным покрытием, работающих в схожих условиях с газопроводами и регистрация результатов также на базе внутритрубной диагностики. Например, в методике проведения факторного анализа на магистральных нефтепроводах, независимо от диаметра и вида изоляционного покрытия авторами предлагается модель: где L-коэффициент затухания коррозионного процесса; Н – глубина коррозионного повреждения, мм; Но – толщина стенки трубы, мм; t – время эксплуатации, год.

Из приведенной формулы 1.6 видно, что авторами принято утверждение, что в начале эксплуатации трубопроводов коррозия имеет наиболее интенсивный рост, а затем носит затухающий характер вследствие пассивации. Вывод и обоснование формулы (1.6) приводятся в работе .

Утверждение, что коррозионные процессы стартуют с началом эксплуатации трубопровода, является довольно спорным, т.к. новое изоляционное покрытие обеспечивает защиту значительно надежней, чем со временем, когда изоляция стареет и теряет свои защитные свойства.

Несмотря на обилие исследований, ни одна из моделей, предложенных для прогнозирования коррозионных процессов, не позволяет в полной мере учитывать влияние температуры на скорость коррозии, т.к. не учитывают ее импульсное изменение в процессе эксплуатации.

Это утверждение позволяет сформулировать цель исследований: экспериментально доказать, что нестабильный температурный режим газопровода является первопричиной активации коррозионных процессов на наружной поверхности газопровода.

1. Проведен анализ литературных источников с целью раскрытия влияния температуры газа на коррозионное состояние газопровода:

1.1. Рассмотрены особенности коррозионных процессов в трубопроводном транспорте;

1.2.Определена роль коррозионной активности грунтов при утере изоляционным покрытием защитных свойств. 1.3. Изучена техническая возможность внутритрубной дефектоскопии по оценке дефектности трубопроводов.

1.4. Рассмотрены модели других исследователей по прогнозированию коррозионных процессов.

2. Исследованы причины формирования макрокоррозионных элементов на наружной поверхности трубопровода.

3. Доказано, что при движении влаги в коррозионно- активном слое грунта происходит изменение электрического сопротивления грунта, прилегающего к трубопроводу.

Анализ коррозионного состояния участка газопровода по данным внутритрубной дефектоскопии

На то, что периодическое увлажнение грунта ускоряет коррозионные процессы, указывает практика эксплуатации магистральных газопроводов.

Изучая это явление, Исмагилов И.Г. доказал, что магистральный газопровод большого диаметра является мощным источником тепла, оказывающим импульсное температурное воздействие на грунт и вызывающий колебательные движения влаги в коррозионно – активном слое грунта .

Однако, высказанное им предположение, что импульсное температурное воздействие усиливает коррозионную активность слоя грунта, прилегающего к трубопроводу, нуждается в экспериментальном подтверждении.

Поэтому целью исследования является постановка эксперимента для изучения и оценки коррозионной активности грунтов при импульсном температурном воздействии.

Задачи исследования коррозионных процессов обычно решаются экспериментальным путем. Существуют различные методы оценки влияния коррозии, в т. ч. и ускоренных коррозионных испытаний .

Таким образом, необходимо смоделировать условия тепломассообмена с окружающим грунтом, характерные для участка газопровода, пересекающего овраг, по дну которого протекает ручей и определить в какой степени изменяется коррозионная активность грунта при импульсном воздействии температуры и влажности.

Наиболее точно исследовать воздействие каждого фактора (импульсной температуры и влажности) возможно в лабораторных условиях, где фиксировано и с высокой точностью регулируется параметры процесса коррозии. Импульсный температурный режим газопровода при квазистационарном теплообмене моделировался для газопроводов, проходящих по территории Башкортостана и сходных с ним регионов. Согласно теории подобия, при равенстве чисел подобия, характеризующих процесс теплообмена, с соблюдением геометрического подобия, процессы теплообмена можно считать подобными .

Грунт, использованный в эксперименте, взят с трассы газопровода «Уренгой – Петровск» участка Поляна – Москово с позиций 3 часа, 12 часов и 6 часов по периметру газопровода. Теплофизические свойства грунта, использованного в лабораторных исследованиях, одинаковые с натурными, т.к. образцы грунтов отобраны с коррозионно-активного участка действующего газопровода. Для одинаковых грунтов автоматически выполнилось равенство чисел Лыкова Lu и Ковнера Кв для натуры и модели:

При соблюдении равенства температурных напоров, идентичности грунтов и одинаковом уровне их влажности выполнялось равенство чисел Коссовича Ко и Постнова Pn.

Таким образом, задача моделирования условий тепломассообмена, в данном случае, сводилась к такому подбору параметров установки, чтобы обеспечивалось равенство чисел Фурье Fo и Кирпичева Ki для натуры и модели.

При соответствии чисел Фурье Fo = ax/R годовому периоду эксплуатации трубопровода диаметром 1,42 м, при равенстве коэффициентов температуропроводности а = а, на основании (2.5) получаем для модели:

Так, при диаметре опытной трубы 20 мм годовой период на установке должен «проходить» за 1,7 ч.

Условия теплообмена моделировались критерием Кирпичева

При глубине заложения газопровода до оси трубы Н0 = 1,7 м и Н0/Rтр = 2,36 (относительная глубина заложения газопровода на участке Поляна – Москово), на основании равенства (2.6), получаем для модели:

Для моделирования «ручья» необходимо выдержать равенство чисел Рейнольдса для натуры и модели:

Так как жидкость одна и та же, вода - то на основании (2.12) и с учетом геометрического подобия, получаем равенство:

Соответствующие расчеты с учетом (2.13) показывают, что подача воды, имитирующей ручей на данной установке, должна быть капельной.

Так как в процессе эксперимента необходимо менять температуру стенки трубы в пределах реального ее изменения 30...40С , и регулировать, поддерживая импульсный режим, то в качестве управляющего параметра была выбрана температура tтр наружной поверхности стальной трубки - образца Ст. 3.

Для определения относительной коррозионной активности грунта при импульсном температурном воздействии, по сравнению со стабильным температурным воздействием, был выбран ускоренный метод испытания , на основании которого коррозионная активность грунтов определяется по потере массы стальных образцов.

Уточняющие интегральные показатели для определения выводимых в ремонт участков газопроводов

С целью проведения анализа коррозионного состояния и изучения динамики роста коррозионных дефектов на действующем магистральном газопроводе диаметром 1420 мм, рассмотрены результаты диагностики его технического состояния. Одним из ключевых направлений диагностики является ВТД, которая в настоящее время является наиболее оперативным и информативным методом диагностики магистральных газопроводов.

В таблице 3.1 приводятся общие критерии выделения участков магистральных газопроводов высокой, повышенной и умеренной коррозионной опасности по глубине коррозии. Согласно к участкам с высокой коррозионной опасностью (ВКО) относят участки со скоростью коррозии более 0,3 мм/год и глубиной более 15% от толщины стенки трубы.

Критерии оценки по глубине коррозионных поражений (в процентах от толщины стенки) применяют к трубопроводам с периодом эксплуатации, приближающимся к 30% амортизационного срока службы (11 лет и более).

Необходимым и достаточным условием для отнесения любого участка магистральных газопроводов к одной из трех степеней коррозионной опасности является соответствие хотя бы одному из трех указанных критериев.

Согласно к зонам повышенной коррозионной опасности относятся участки магистральных трубопроводов диаметром свыше 1000 мм на которых следует применять усиленный тип защитных покрытий,.

По результатам пропуска снарядов-дефектоскопов оценивают интегральный показатель коррозионного состояния участков магистральных газопроводов по плотности коррозионных дефектов sкд.

Интегральный показатель плотности коррозионных дефектов не учитывает неравномерность их распределения по длине газопровода и может применяться только для предварительной оценки коррозионного состояния магистральных газопроводов с обязательным указанием суммарной протяженности участков (в км), по которым он рассчитывается.

Поэтому, после определения интегрального показателя коррозионного состояния магистрального газопровода выполняется дифференцированный анализ участков магистрального газопровода по глубине и интенсивности коррозионных повреждений:

Оценивается характер распределения коррозионных дефектов по длине газопровода;

Выделяются участки ВКО и ПКО (коррозионной опасности);

Определяются показатели интенсивности коррозионных повреждений в пределах участков ВКО и ПКО;

Для всего контролируемого участка газопровода (от камеры запуска до камеры приема снаряда-дефектоскопа) рассчитывается коэффициент неравномерности плотности коррозионных повреждений bн, который равен

отношению суммарной длины неповрежденных коррозией участков к суммарной длине участков, имеющих повреждения (каверны и трещины), зарегистрированные внутритрубным дефектоскопом:

Более точно отражает степень коррозионной опасности (охвата) коэффициент дефектности труб Кд.

Так как размеры труб известны, то определены и линейные параметры дефектных участков. При известном количестве дефектных труб появляется возможность планировать их замену при капитальном ремонте (переизоляции) участка. В нефтепроводном транспорте, например, в АК «ТРАНСНЕФТЬ» для определения коррозионного состояния участков трубопроводов используют «Методику проведения факторного анализа коррозионных повреждений магистральных нефтепроводов по данным внутритрубной диагностики и выработки рекомендаций по ее предотвращению», которая также базируется на положении об изменении скорости развития коррозионных повреждений во времени . В основу факторного анализа положен метод разделения системы магистральных нефтепроводов на участки (кластеры), для которых сохраняется постоянство основных факторов, определяющих развитие коррозионных повреждений, а кинетика развития коррозионных повреждений во времени описывается регрессионными уравнениями – характеристическими зависимостями. По полученным характеристическим зависимостям осуществляется прогноз глубины коррозионных повреждений для случая однократного и повторного обследования внутритрубными приборами участка трубопровода.

Для анализа коррозионного состояния были рассмотрены параллельные участки (1843 – 1914 км) газопроводов Уренгой-Петровск и Уренгой-Новопсков, находящиеся на выходе с КС «Полянская», «горячий участок», подверженные активному и длительному коррозионному воздействию.

Это потенциально наиболее опасный участок в масштабах ООО «Газпром трансгаз Уфа», где с 1998 по 2003 годы на участке произошли 6 аварий по причине КРН (5 аварий на газопроводе Уренгой-Петровск, 1 авария на газопроводе Уренгой-Новопсков). После четырех аварий 1998 года, было проведено обследование в протяженных шурфах двенадцати участков газопровода Уренгой-Петровск (1844-1857 км), расположенных в оврагах и балках. При обследовании было выявлено 744 очага КРН, в том числе глубиной до 7,5 мм. С целью устранения очагов КРН было заменено 700 м трубопроводов . Аналогичная работа была проведена в 2000 году на газопроводе Уренгой-Новопсков, при этом было выявлено 204 очага КРН .

Участки со стресс-коррозионными дефектами не классифицируются в нормативной литературе на критерии высокой или повышенной категории коррозионной опасности . Но, с учетом вышеизложенного, участок в коридоре газопроводов 1843-1914 км по составу грунтов, может быть отнесен к коррозионно-активному.

Несмотря на принятые меры, в 2003 года на газопроводе Уренгой-Петровск, на рассматриваемом участке, произошли еще 2 аварии по причине КРН. С 2003 года диагностику технического состояния в газотранспортной отрасли стали проводить снарядами нового поколения НПО «Спецнефтегаз», которые при первой внутритрубной дефектоскопия выявили 22 участка с дефектами КРН, при этом максимальная глубина отдельных трещин достигала половины толщины стенки трубы. Согласно «Правилам эксплуатации магистральных газопроводов» внутритрубную дефектоскопию рекомендуется проводить в среднем один раз в 5 лет. Однако, учитывая особые обстоятельства (аварии по причине КРН, значительное количество выявленных участков с дефектами КРН), ООО «Газпром трансгаз Уфа» с целью отслеживания и предупреждения развития стресс -коррозионных дефектов, в короткий период с 2003г. по 2005 г. провело второй пропуск внутритрубного дефектоскопа .