Правила диагностики коррозионного состояния металлических объектов и систем электрохимической защиты. останавливаться в своем развитии

Комплексное обследование коррозионного состояния действующих магистральных газонефтепроводов и систем их электрохимической защиты проведено с целью определения зависимости наличия коррозионных и стресс-коррозионных повреждений на внешней КЗП от режимов работы средств ЭХЗ, выявления и устранения причин возникновения и роста коррозионных и стресс-коррозионных повреждений. Действительно, магистральные газонефтепроводы по мерс их эксплуатации практически не подвергаются моральному износу. Надежность их эксплуатации определяется в основном степенью коррозионного и стресс- коррозионного износа. Если рассмотреть динамику аварийности газопроводов за период с 1995 по 2003 гг., то становится очевидным, что идет процесс нарастания аварийности во времени по причине образования на КЗП коррозионных и стресс-коррозионных дефектов .

Рис. 5.1.

При рассмотрении динамики устранения особо опасных дефектов на действующих магистральных газопроводах становится очевидно, что в процессе эксплуатации идет нарастание особо опасных дефектов, требующих первоочередного ремонта, вызванных наружной коррозией и стресс-коррозионными трещинами (рис. 5.1). Из представленного на рис. 5.1 графика видно, что практически все устраненные особо опасные дефекты имеют коррозионную либо стрссс-коррозионную природу. Все эти дефекты выявлены на наружной катодно-защищаемой поверхности.

Результаты комплексных обследований противокоррозионной защиты газонефтепроводов (наличие коррозионных язв и стресс- коррозионных трещин, адгезия и сплошность изоляционного покрытия, степень электрохимической защиты) свидетельствуют о том, что решение проблемы противокоррозионной защиты магистральных газонефтепроводов с помощью изоляционных покрытий и катодной поляризации до настоящего времени остается актуальным. Прямым подтверждением сказанного являются результаты внутритрубной диагностики. По данным внутритрубной диагностики, на отдельных участках магистральных нефтегазопроводов со сроком эксплуатации более 30 лет доля дефектов наружная коррозия (в том числе стресс-коррозия) достигает 80 % от общего количества выявленных дефектов.

Качество изоляции магистральных газонефтепроводов характеризуется величиной переходного сопротивления, определяемого на основе параметров электрохимической защиты. Одним из основных параметров электрохимической защиты трубопроводов, характеризующим качество изоляционного покрытия, является величина тока катодной защиты. Данные по эксплуатации средств ЭХЗ свидетельствуют о том, что величина защитного тока СКЗ на линейной части Д у 1220 мм за 30 лет эксплуатации вследствие старения изоляции возросла практически в 5 раз. Расход тока для обеспечения электрохимической защиты 1 км нефтепровода в области защитных потенциалов 1,2...2,1 В по м. с. э. возрос с 1,2 до 5,2 А/км, что свидетельствует о пропорциональном уменьшении переходного сопротивления нефтепровода. Переходное сопротивление изоляции по истечении 30 лет эксплуатации газонефтепроводов имеет один и тот же порядок (2,6-10 3 Ом - м 2) по всей длине, кроме участков, где выполнен капремонт газонефтепроводов с заменой изоляции, в то время как количество коррозионных и стрссс- коррозионных повреждений на внешней катодно-защищаемой поверхности изменяется в значительных пределах - от 0 до 80 % от общего числа выявленных с помощью внутритрубной дефектоскопии дефектов, которые локализуются как на стыках защитных зон, гак и вблизи точек дренажа СКЗ в низинах и на заболоченных участках трассы. Грунтовые воды заболоченных территорий центральной части Западной Сибири отличаются слабой минерализацией (0,04 % по массе) и, как следствие, высоким омическим сопротивлением (60... 100 Ом м). Кроме этого, болотные грунты отличаются кислой реакцией. Величина pH болотных вод достигает 4. Высокое омическое сопротивление и кислотность болотного электролита являются важнейшими факторами, влияющими на скорость коррозии газонсфтспроводов и эффективность их электрохимической защиты. Обращает на себя внимание тот факт, что в поровых растворах болотных грунтов содержание сероводорода достигает 0,16 мг/л, что на порядок выше, чем в обычных грунтах и проточных водоемах. Сероводород, как показывают данные обследований, также оказывает влияние на коррозионное состояние газонефтепроводов. На протекание сероводородной коррозии за счет деятельности сульфатвоссга- навливающих бактерий (СВБ) указывает, например, тот факт, что при прочих одинаковых условиях максимальная глубина проникновения внешней коррозии в сквозных дефектах изоляции газонефтепроводов в застойных болотах больше таковой в проточных водоемах в среднем на 70 %, с одной стороны, и практически повсеместно стрссс- коррозиопные трещины на внешней КЗП обнаруживаются также в застойных болотах с повышенным содержанием H 2 S - с другой. Согласно современным представлениям, молекулярный сероводород стимулирует наводороживание сталей. Электровосстановление H 2 S на КЗП трубопровода протекает но реакциям H,S + 2-»2Н алс + S a ~ c и H,S + в -^ Н адс + HS” ac , что повышает степень заполнения хемосорбири- ванного слоя атомарным водородом в ц , диффундирующим в структуру трубной стали. Эффективным стимулятором наводороживания является и углекислый газ: НС0 3 +е-> 2Н адс +С0 3 ". Проблема коррозионного и

стрссс-коррозионного разрушения нефтегазороводов на заболоченных участках трассы до настоящего времени не имеет исчерпывающего объяснения и остается актуальной. Результаты коррозионного обследования магистральных газонефтепроводов па заболоченных участках показали, что практически вся наружная поверхность как на нефтепроводах, гак и на газопроводах в дефектах изоляции и под отслоившейся изоляцией покрыта бурыми (напоминающими алюминиевую пудру) отложениями. Коррозионные язвы с максимальной глубиной локализованы в сквозных повреждениях изоляции. Геометрические параметры коррозионных повреждений практически точно соответствуют геометрии сквозных повреждений изоляции. Под отслоившейся изоляцией, в зоне контакта стенки трубы с почвенной влагой, обнаруживаются следы коррозии без видимых коррозионных язв со следами стресс-коррозионных трещин.

Экспериментально на образцах из трубной стали, установленных у стенки магистрального нефтепровода Д у 1220 мм (у верхней, боковой и нижней его образующей), определено, что в грунтах таежно-болотного региона центральной части Западной Сибири скорость коррозии образцов без катодной защиты в сквозных дефектах изоляции достигает 0,084 мм/год. Под защитным потенциалом (с омической составляющей) минус 1,2 В по м. с. э., когда плотность тока катодной защиты превышает плотность предельного тока кислорода в 8... 12 раз, остаточная скорость коррозии нс превышает 0,007 мм/год. Такая остаточная скорость коррозии согласно десятибалльной шкале коррозионной стойкости соответствует коррозионному состоянию весьма стойкое и для магистральных газонефтепроводов допустима. Степень электрохимической защиты при этом составляет:

При комплексном обследовании коррозионного состояния внешней катодно-защищасмой поверхности газонефтепроводов в шурфах в сквозных дефектах изоляции обнаруживаются коррозионные язвы глубиной 0,5... 1,5 мм. Нетрудно рассчитать время, в течение которого электрохимическая защита не обеспечивала подавление скорости почвенной коррозии до допустимых значений, соответствующих весьма стойкому коррозионному состоянию газонефтепроводов:

при глубине проникновения коррозии 0,5 мм при глубине проникновения коррозии 1,5 мм

Это за 36 лет эксплуатации. Причина снижения эффективности электрохимической защиты газонефтепроводов от коррозии связана с уменьшением переходного сопротивления изоляции, появлением в изоляции сквозных дефектов и, как результат, снижением плотности тока катодной защиты на стыках защитных зон СКЗ до значений, не достигающих значений плотности предельного тока по кислороду, не обеспечивающих подавления почвенной коррозии до допустимых значений, хотя величины защитных потенциалов, измеренных с омической составляющей, соответствуют нормативу. Важным резервом, позволяющим снизить скорость коррозионного разрушения газонефтепроводов, является своевременное выявление участков недозащигы, когда Л 1 1 Лр

Корреляция дефектов внешней коррозии нефтепровода с длительностью отключений на вдольтрассовых ВЛ свидетельствуют о том, что именно при отключениях вдольтрассовых В Л и простоях СКЗ протекает язвенная коррозия в сквозных дефектах изоляции, скорость которой достигает 0,084 мм/год.

Рис. 5.2.

В ходе проведения комплексного обследования систем электрохимической защиты магистральных газонефтепроводов было установлено, что в области потенциалов катодной защиты 1,5...3,5 В по м. с. э. (с омической составляющей) плотность тока катодной защиты j a превышает плотность предельного тока кислорода j в 20... 100 раз и более. Причем при одних и тех же потенциалах катодной защиты плотность тока в зависимости от типа грунта (песок, торф, глина) существенно различается, практически в 3...7 раз. В полевых условиях в зависимости от типа грунта и глубины укладки трубопровода (глубины погружения коррозионно-индикаторного зонда) плотность предельного тока по кислороду, измеренная на рабочем электроде из стали 17ГС диаметром 3,0 мм, изменялась в пределах 0,08...0,43 А/м", а плотность тока катодной защиты при потенциалах с омической составляющей от

1,5...3,5 В по м. с. э., измеренная на этом же электроде, достигала значений 8... 12 А/м 2 , что вызывает интенсивное выделение водорода на внешней поверхности трубопровода. Часть адатомов водорода при этих режимах катодной защиты переходит в приповерхностные слои стенки трубопровода, наводороживая ее. На повышенное содержание водорода в образцах, вырезанных из трубопроводов, подверженных стресс- коррозионному разрушению указывается в работах отечественных и зарубежных авторов . Растворенный в стали водород оказывает разупрочняющее действие, что в итоге приводит к водородной усталости и появлению стресс-корозионных трещин на КЗП подземных стальных трубопроводов. Проблема водородной усталости трубных сталей (класс прочности Х42-Х70) в последние годы привлекает особое внимание исследователей в связи с участившимися авариями на магистральных газопроводах. Водородная усталость при циклически изменяющемся рабочем давлении в трубопроводе наблюдается практически в чистом виде при катодной перезащите, когда j KZ /j >10.

Когда плотность тока катодной защиты достигает значений плотности предельного тока по кислороду (или незначительно, не более чем в 3...5 раз, превышает се), остаточная скорость коррозии нс превышает 0,003...0,007 мм/год. Существенное превышение (более чем в 10 раз) j K t над j к дальнейшему подавлению коррозионного процесса практически не приводит, но приводит к наводороживаиию стенки трубопровода, что вызывает появление стресс-коррозионных трещин на КЗП. Появление водородной хрупкости при циклическом изменении рабочего давления в трубопроводе и является водородной усталостью. Водородная усталость трубопроводов проявляется при условии, когда концентрация катодного водорода в стенке трубопровода не уменьшается ниже некоторого минимального уровня. Если же десорбция водорода из стенки трубы происходит быстрее, чем развитие усталостного процесса, когда у кз превышает / пр не более чем в 3...5 раз, водородная усталость

не наблюдается. На рис. 5.3 приведены результаты измерения плотности тока водородных датчиков при включенной (1) и отключенной (2) СКЗ на трубопроводе «Грязовец» .

Рис. 5.3.

и отключенной (2) СКЗ на КП I; 3 - потенциал катодной защиты при включенной СКЗ - (а) и зависимость токов водородных датчиков от потенциала трубы при включенной и выкзюченной СКЗ на КП 1 - (б)

Потенциал катодной защиты в период измерений находился в интервале минус 1,6... 1,9 В по м. с. э. Ход результатов трассовых электроизмерений, представленных на рис. 5.3, а, свидетельствует о том, что максимальная плотность потока водорода в стенку трубы при включенной СКЗ составляла 6... 10 мкА/см 2 . На рис. 5.3, б представлены области изменения токов водородных датчиков и потенциалов катодной защиты при включенных и выключенных СКЗ.

Авторы работы отмечают, что потенциал трубопровода при выключенной СКЗ не снижался ниже минус 0,9... 1,0 В по м. с. э., что обусловлено влиянием смежных СКЗ. При этом плотности токов водородных датчиков при включенной и выключенной СКЗ различаются в

2...3 раза. На рис. 5.4 представлены кривые изменения токов водородных датчиков и потенциалов катодной защиты на КП 08 Краснотуринского узла.

Ход экспериментальных исследований, предсгвавленных на рис. 5.4, свидетельствует о том, что максимальная плотность потока водорода в стенку трубы не превышала 12... 13 мкА/см 2 . Измеряемые потенциалы катодной защиты лежали в интервале от минус 2,5...3,5 В по м. с. э. Выше было показано, что объем выделяющегося на КЗП водорода зависит от величины безразмерного критерия j K з / у пр. В связи с этим интерес представляет сопоставление результатов внутритрубной диагностики действующих магистральных нефтегазопроводов с режимами катодной защиты.

Рис. 5.4.

В табл. 5.1 представлено сопоставление результатов внутритрубной диагностики с результатами комплексного обследования систем ЭХЗ действующих нефтегазопроводов центральной части Западной Сибири. Результаты электрохимических измерений на линейной части действующих нефтегазопроводов свидетельствуют о том, что в различных грунтах при одних и тех же значениях измеренного потенциала плотности токов катодной защиты изменяются в широких пределах, что вызывает необходимость при выборе и регулировке защитных потенциалов подземных трубопроводов дополнительно контролировать плотность тока катодной защиты в сопоставлении с плотностью предельного тока кислорода. Дополнительные электрохимические измерения на трассе действующих магистральных газонефтепроводов позволят предотвратить или свести к минимуму образование высоких локальных напряжений в стенке трубопроводов, вызванных молизацией водорода (с высокой фигутивноегью). Повышение уровня локальных напряжений в стенке трубопровода связано с изменением трехосности напряженного состояния в локальных областях, обогащенных катодным водородом, где формируются микротрещины, предвестники стресс-коррозионных трещин на внешней КЗП.

Сопоставление результатов впутритрубной диагностики с результатами комплексного обследования систем

электрохимической защиты действующих газонефтепроводов центральной части Западной Сибири

Дистанция,		Распределение защитного потенциала (0WB) (Лиц.А/м 2)		Значение критерия j к.з ^ Jxvp	эксплуатации, мм	Плотность дефектов потеря метана,	Плотность дефектов расслоение,
Лилейная часть магистрального нефтепровода Д у 1220 мм

Дистанция,	Плотность предельного тока по кислороду (ЛрХА/м 2	Распределение защитного потенциала и плотности тока катодной защиты (Лащ>А/м 2)		Значение критерия Ук.з ^ Упр	Максимальная глубина проникновения коррозии за весь период эксплуатации, мм	Плотность дефектов потеря металла,	Плотность дефектов расслоение , шт/км	Суммарная длительность простоя СКЗ за весь период эксплуатации (по данным эксплуатирующей организации), сут

Анализ результатов, представленных в табл. 5.1, с учетом длительности простоя СКЗ свидетельствует об обратной пропорциональной зависимости между плотностью коррозионных дефектов и величиной безразмерного критерия j K з / j , в том числе, когда это отношение было равно

нулю. Действительно, максимальная плотность дефектов наружная коррозия наблюдается на участках, где длительность простоя средств электрохимической защиты (по данным эксплуатирующих организаций) превышала нормативные значения. С другой стороны, максимальная плотность дефектов типа расслоение наблюдается на болотистых пойменных участках трассы, где длительность простоя средств ЭХЗ не превышала нормативных значений. Анализ режимов работы СКЗ на участках с минимальной длительностью их простоя на фоне большого разброса данных свидетельствует о практически пропорциональной зависимости между плотностью дефектов типа расслоение и критерием j K 3 / / , когда плотность тока катодной защиты превышала плотность предельного тока по кислороду в десять и более раз в течение длительного периода эксплуатации (при минимальной длительности простоя СКЗ). Проведенный анализ режимов катодной защиты в сопоставлении с коррозионными и стресс- коррозионными дефектами на КЗП подтверждает ранее сделанные выводы о том, что отношение j K 3 / j np может служить безразмерным критерием для контроля остаточной скорости коррозии трубопровода при различных потенциалах катодной защиты, с одной стороны, с целью недопущения образования на КЗП дефектов наружная коррозия и для определения интенсивности электролитического наводороживания стенки трубопровода - с другой, с целью исключения образования и роста дефектов типа расслоение вблизи катодно-защищаемой поверхности.

Данные табл. 5.1 свидетельствуют о том, что максимальная длительность простоя практически всех СКЗ за весь период эксплуатации магистральных нефтегазопроводов, за 36 лет, составила в среднем 536 суток (практически 1,5 года). По данным эксплуатирующих организаций за год простой СКЗ в среднем составил 16,7 суток, за квартал - 4,18 суток. Эта длительность простоя СКЗ на линейной части обследуемых нефтегазопроводов практически соответствует требованиям нормативнотехнических документов (ГОСТ Р 51164-98, п. 5.2).

В табл. 6.2 представлены результаты измерения отношения плотности тока катодной защиты к плотности предельного тока по кислороду у верхней образующей магистрального нефтепровода Д у 1220 мм. Расчет остаточной скорости коррозии трубопровода при заданных потенциалах катодной защиты определен по формуле 4.2. Приведенные в табл. 5.1 и 5.2 данные свидетельствуют о том, что за весь период эксплуатации магистрального нефтепровода с учетом простоя средств элсктрохимзащиты

(по данным эксплуатирующей организации) максимальная глубина проникновения коррозии на внешней КЗП не должна превышать 0,12...0,945 мм. Действительно, плотность предельного тока по кислороду на уровне укладки обследуемых участков нефтегазопроводов изменялась в пределах от 0,08 А/м 2 до 0,315 А/м 2 . Даже с максимальным значением плотности предельного тока по кислороду 0,315 А/м 2 максимальная глубина проникновения коррозии за 36 лет эксплуатации при плановом простое СКЗ 1,15 лет не превысит 0,3623 мм. Это 3,022 % от номинальной толщины стенки трубопровода. Однако на практике мы видим другую картину. В табл. 5.1 представлены результаты внут- ритрубной диагностики участка магистрального нефтепровода Д у 1220 мм по истечении его эксплуатации в течение 36 лет. Результаты внут- ритрубной диагностики свидетельствуют о том, что максимальный коррозионный износ стенки трубопровода превысил 15% от номинальной толщины стенки трубы. Максимальная глубина проникновения коррозии достигала 2,0 мм. Это означает, что длительность простоя средств ЭХЗ не соответствует требованиям ГОСТ Р 51164-98, п. 5.2.

Проведенные электрометрические измерения, представленные в табл. 5.2, свидетельствуют о том, что при заданном режиме катодной защиты остаточная скорость коррозии не превышала 0,006...0,008 мм/год. Такая остаточная скорость коррозии согласно десятибалльной шкале коррозионной стойкости соответствует коррозионному состоянию коррозионно-стойкое и для магистральных нефтегазопроводов допустима. Эго означает, что за 36 лет эксплуатации трубопровода с учетом сведений о простое средств ЭХЗ по данным эксплуатирующей организации глубина проникновения коррозии не превысила бы 0,6411 мм. Действительно, за период плановых простоев средств ЭХЗ (1,15 лет) глубина проникновения коррозии составила 0,3623 мм. За период работы средств ЭХЗ (34,85 лет) глубина проникновения коррозии составила 0,2788 мм. Суммарная глубина проникновения коррозии на КЗП составила бы 0,3623 + 0,2788 = 0,6411 (мм). Результаты внутритрубной диагностики свидетельствуют о том, что реальная максимальная глубина проникновения коррозии за 36 лет эксплуатации на обследуемом участке магистрального нефтепровода Д у 1220 мм составила 1,97 мм. На основе имеющихся данных нетрудно рассчитать время, в течение которого электрохимическая защита нс обеспечивала подавление скорости почвенной коррозии до допустимых значений : Т = (1,97 - 0,6411) мм/0,08 мм/год = 16,61 лет. Длительность простоя средств ЭХЗ на проходящем в одном техническом коридоре магистральном газопроводе Д у 1020 мм, на котором в пойме р. Оби были обнаружены стресс-коррозионные трещины , совпадает с длительностью простоя СКЗ на магистральном нефтепроводе, так как СКЗ газопровода и нефтепровода запитаны от одной вдольтрассовой ВЛ.

В табл. 5.3 представлены результаты определения реального времени простоя СКЗ в течение всего периода эксплуатации (36 лет) магистральных нефтегазопроводов на основе электрометрических измерений.

Таблица 5.2

Распределение остаточной скорости коррозии па участках действующих газонефтепроводов центральной части Западной Сибири

Таблица 5.3

Результаты определения истинного времени простоя СКЗ в течение всего периода эксплуатации (36 лет) магистральных газонефтепроводов на основе электрометрических измерений

Дистанция,	Максимально возможная скорость коррозии трубопровода без КЗ, мм/год	Остаточная скорость коррозии трубопровода при заданном режиме КЗ, мм/год	Максимальная глубина прониновения коррозии на катодно-защищаемой поверхности, мм	Реальное
Линейная часть магистрального нефтепровода Д у 1220 мм
Линейная часть магистрального газопровода Д у 1020 мм

Анализ результатов, представленных в табл. 5.3, свидетльствует о том, что реальное время простоя средств электрохимзащиты существенно превышает нормативное значение, что является причиной интенсивного коррозионного износа стенки трубопровода с внешней, ка- тодно-защищасмой строны.

Б . В . Кошкин , В . Н . Щербаков , В . Ю . Васильев , ГОУВПО «Московский государственный Институт Стали и Сплавов (технологический университет ) » ,

ГУП «Мосгортепло»

Электрохимические методы оценки, мониторинга, диагностики, прогнозирования коррозионного поведения и определения скоростей коррозии, достаточно давно и хорошо разработанные в теоретическом плане , и широко применяемые в лабораторных условиях, начали применяться для оценки коррозионного состояния в эксплуатационных условиях лишь в последние 5-10 лет.

Отличительной особенностью электрохимических методов оценки является возможность определения коррозионного состояния (в том числе и непрерывно) в реальном времени при одновременном отклике материала и коррозионноактивной среды.

Наиболее широкое применение для оценки коррозионного состояния в эксплуатационных условиях имеют методы поляризационного сопротивления (гальвано- и потенциостатический), резистометрический и импедансный. Практическое применение получили два первых. Гальваностатический метод измерения используется в портативных переносных приборах, потенциостатический - преимущественно при лабораторных исследованиях вследствие более сложного и дорогого оборудования.

Метод поляризационного сопротивления основан на измерении скорости коррозии посредством определения тока коррозии.

Существующие зарубежные приборы для измерения скоростей коррозии основаны в основном на принципе поляризационного сопротивления и с достаточной степенью точности могут определять скорость коррозии лишь в условиях полного погружения измеряемого объекта в коррозионно-активную среду, т.е. практически определяется коррозионная активность среды. Такая схема измерений реализуется в зарубежных приборах для оценки скорости коррозии (приборы фирм ACM, Ronbaks, Voltalab, Magna и др.). Приборы достаточно дороги и не адаптированы к российским условиям. Отечественные коррозиметры определяют агрессивность среды вне зависимости от реальных сталей, из которых изготовлены трубопроводы, в связи с чем не могут определять коррозионную стойкость трубопроводов в эксплуатационных условиях.

В связи с этим в МИСиС был разработан коррозиметр, предназначенный для определения скоростей коррозии трубопроводов тепловых сетей из реально эксплуатирующихся сталей.

Малогабаритный коррозиметр «КМ-МИСиС» (рис. 1) разработан на современной элементной базе на основе прецизионного цифрового микровольтметра с нулевым сопротивлением. Коррозиметр предназначен для измерения скорости коррозии методом поляризационного сопротивления с бестоковой IR-компенсацией. Прибор имеет простой, интуитивно понятный интерфейс управления и ввода/вывода информации на жидкокристаллическом дисплее.

Программой коррозиметра предусмотрена возможность введения параметров, позволяющих оценивать скорость коррозии различных марок сталей и установку нуля. Эти параметры устанавливаются при изготовлении и калибровке коррозиметра. Коррозиметр показывает как измеренное значение скорости коррозии, так и текущие значения разности потенциалов «Е 2 -Е1 » для контроля параметров.

Основные параметры коррозиметра находятся в соответствии с Единой Системой Защиты от Коррозии и Старения (ЕСЗКС).

Коррозиметр «КМ-МИСиС» предназначен для определения скорости коррозии методом поляризационного сопротивления в электролитически проводящих средах и может использоваться для определения скорости коррозии металлических деталей и оборудования в энергетике, химической и нефтехимической промышленности, строительстве, машиностроении, при охране окружающей среды, для нужд образования.

Опыт эксплуатации

Коррозиметр прошел опытно-промышленные испытания в эксплуатационных условиях теплосетей г. Москвы.

Испытания на Ленинском проспекте проводили в августе - ноябре 2003 г. на первом и втором контуре тепловых сетей (абонент 86/80). На этом участке в I и II контур трубопроводов тепловых сетей были вварены патрубки, в которые установили датчики (рабочие электроды) и проводили ежедневные измерения скорости коррозии и электрохимических параметров с помощью опытного образца коррозиметра. Измерения проводили во внутренней части трубопроводов с регистрацией параметров теплоносителя. Основные параметры теплоносителя приведены в таблице 1.

При измерениях с различной длительностью от 5 до 45 мин. регистрировали основные параметры коррозионного состояния трубопроводов тепловых сетей при длительных испытаниях. Результаты измерений приведены на рис. 2 и 3. Как следует из результатов испытаний, начальные значения скорости коррозии хорошо коррелируются с длительными испытаниями как при испытаниях в I, так и во II контуре. Средняя скорость коррозии для I контура составляет около 0,025 - 0,05 мм/год, для II контура около 0,25 - 0,35 мм/год. Полученные результаты подтверждают имеющиеся опытные и литературные данные по коррозионной стойкости трубопроводов тепловых сетей из углеродистых и низколегированных сталей. Более точные значения могут быть получены при конкретизации марок сталей эксплуатируемых трубопроводов. Обследование коррозионного состояния тепловых сетей проводили на участке шоссе Энтузиастов - Саянская ул. Участки теплотрассы в этом районе (№ 2208/01 - 2208/03) часто выходят из строя, трубопроводы на данном уча
стке были уложены в 1999 - 2001 гг. Теплотрасса состоит из прямой и обратной нитки. Температура прямой нитки теплотрассы около 80-120 ОС при давлении 6 атм, обратной - около 30-60 ОС. В весенне-осенний период теплотрасса часто подтопляется грунтовыми водами (вблизи Терлецкие пруды) и/или канализационными стоками. Характер укладки теплотрассы в этом районе - канальная, в бетонные желоба с крышкой, и глубиной укладки около 1,5-2 м. Первые течи в теплотрассе были замечены весной 2003 г., вышли из строя и были заменены в августе - сентябре 2003 г. При осмотре канал теплотрассы был затоплен примерно на 1/3 - 2/3 диаметра трубы грунтовыми водами или стоками. Трубы теплотрассы имели изоляцию из стеклоткани.

Участок № 2208/01 - 22008/02. Теплотрасса уложена в 1999 г., трубы сварные, продольно-шовные, диаметром 159 мм, изготовлены предположительно из ст. 20. Трубопроводы имеют теплоизоляционное покрытие из кузбасс-лака, минеральной ваты и пергамина (рубероида или стеклоткани). На данном участке имеется 11 дефектных зон со сквозными коррозионными поражениями преимущественно в зоне затопления канала. Плотность коррозионных поражений по длине прямой нитки 0,62 м- 1 , обратной -0,04 м -1 . Вышли из строя в августе 2003 г.

Участок № 2208/02 - 2208/03. Уложен в 2001 г. Преимущественная коррозия прямой нитки теплотрассы. Общая длина дефектных участков трубопровода, подлежащего замене -82 м. Плотность коррозионных поражений прямой нитки 0,54 м -1 . По данным ГУП «Мосгортепло» трубопроводы изготовлены из стали 10ХСНД.

Участок № 2208/03 - ЦТП. Уложен в 2000 г., трубы бесшовные, предположительно из ст. 20. Плотность коррозионных поражений прямой нитки -0,13 м -1 , обратной нитки -0,04 м- 1 . Средняя плотность сквозных коррозионных поражений (типа делокализованной язвенной коррозии) внешней поверхности трубопроводов прямой нитки 0,18 - 0,32 м -1 . На вырезанных образцах труб покрытие на внешней стороне отсутствует. Характер коррозионных поражений внешней стороны трубы образцов - преимущественно общая коррозия при наличии сквозных поражений типа язвенной коррозии, которые имеют конусообразную форму с размером около 10-20 см с внешней поверхности, переходящих в сквозные диаметром около 2-7 мм. На внутренней части трубы - небольшая общая коррозия, состояние удовлетворительное. Результаты определения состава образцов труб приведены в таблице 2.

По составу материал образцов труб соответствует сталям типа «Д» (или ХГСА).

Поскольку часть трубопроводов находилась в канале в воде, возможно было оценить скорость коррозии наружной части трубы. Оценку скорости коррозии проводили в местах выхода канальной прокладки, в грунтовой воде в непосредственной близости от трубопровода, и в местах наиболее быстрого течения грунтовых вод. Температура грунтовых вод составляла 40 - 60 ОС.

Результаты измерений приведены в табл. 3-4, где данные, полученные в спокойной воде, выделены красным цветом.

Результаты измерений показывают, что скорости общей и локальной коррозии увеличиваются во времени, что наиболее выражено для локальной коррозии в спокойной воде. Скорость общей коррозии имеет тенденцию к возрастанию на течении, в спокойной воде увеличиваются скорости локальной коррозии.

Полученные данные позволяют определить скорость коррозии трубопроводов тепловых сетей и прогнозировать их коррозионное поведение. Скорость коррозии трубопроводов на данном участке составляет > 0,6 мм/год. Максимальный срок службы трубопроводов в этих условиях - не более 5-7 лет с периодическими ремонтами в местах локальных коррозионных поражений. Более точный прогноз возможен при непрерывном коррозионном мониторинге и по мере накопления статистических данных.

Анализ эксплуатационных коррозионных поражений т

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

• 1. Основные понятия и показатели надёжности (надёжность, безотказность, ремонтопригодность, долговечность и др.). Характеристика.
• 2. Взаимосвязь качества и надёжности машин и механизмов. Возможность оптимального сочетания качества и надёжности.
• 3. Способы определения количественных значений показателей надёжности (расчётные, экспериментальные, эксплуатационные и др.). Виды испытаний на надёжность.
• 4. Способы повышения надёжности технических объектов на стадии проектирования, в процессе производства и эксплуатации.
• 5. Классификация отказов по уровню их критичности (по тяжести последствий). Характеристика.
• 7. Основные разрушающие факторы, действующие на объекты в процессе эксплуатации. Виды энергии, оказывающие влияние на надёжность, работоспособность и долговечность машин и механизмов. Характеристика.
• 8. Влияние физического и морального износа на предельное состояние объектов трубопроводного транспорта. Способы продления периода исправной эксплуатации конструкции.
• 9. Допустимые и недопустимые виды повреждений деталей и сопряжений.
• 10. Схема потери работоспособности объектом, системой. Характеристика предельного состояния объекта.
• 11. Отказы функциональные и параметрические, потенциальные и фактические. Характеристика. Условия, при которых отказ может быть предотвращён или отсрочен.
• 13. Основные типы структур сложных систем. Особенности анализа надёжности сложных систем на примере магистрального трубопровода, насосной станции.
• 14. Способы расчёта надёжности сложных систем по надёжности отдельных элементов.
• 15. Резервирование как способ повышения надёжности сложной системы. Разновидности резервов: ненагруженный, нагруженный. Резервирование систем: общее и раздельное.
• 16. Принцип избыточности как способ повышения надежности сложных систем.
• 17. Показатели надежности: наработка, ресурс технический и его виды, отказ, срок службы и его вероятностные показатели, работоспособность, исправность.
• 19. Надежность и качество, как технико-экономические категории. Выбор оптимального уровня надежности или ресурса на стадии проектирования.
• 20. Понятие «отказ» и его отличие от «повреждения». Классификация отказов по времени их возникновения (конструкционные, производственные, эксплуатационные).
• 22. Деление мт на эксплуатационные участки. Защита трубопроводов от перегрузок по давлению.
• 23. Причины и механизм коррозии трубопроводов. Факторы, способствующие развитию коррозии объектов.
• 24. Коррозионное поражение труб магистральных трубопроводов (мт). Разновидности коррозионного поражения труб мт. Влияние процессов коррозии на изменение свойств металлов.
• 25. Защитные покрытия для трубопроводов. Требования, предъявляемые к ним.
• 26. Электро-хим. Защита трубопроводов от коррозии, ее виды.
• 27. Закрепление трубопроводов на проектных отметках, как способ повышения их надежности. Способы берегоукрепления в створах подводных переходов.
• 28. Предупреждение всплытия трубопроводов. Методы закрепления трубопроводов на проектных отметках на обводняемых участках трассы.
• 29. Применение системы автоматизации и телемеханизации технологических процессов для обеспечения надежной и устойчивой работы мт.
• 30. Характеристики технического состояния линейной части мт. Скрытые дефекты трубопроводов на момент пуска в эксплуатацию и их виды.
• 31. Отказы запорно-регулирующей арматуры мт. Их причины и последствия.
• 32. Отказы механо - технологического оборудования нпс и их причины. Характер отказов магистральных насосов.
• 33. Анализ повреждений основного электротехнического оборудования нпс.
• 34. Чем определяется несущая способность и герметичность резервуаров. Влияние скрытых дефектов, отклонений от проекта, режимов эксплуатации на техническое состояние и надежность резервуаров.
• 35. Применение системы технического обслуживания и ремонта (тор) при эксплуатации мт. Задачи, возлагаемые на систему тор. Параметры, диагностируемые при контроле технического состояния объектов мт.
• 36. Диагностика объектов мт, как условие обеспечения их надежности. Контроль состояния стенок труб и арматуры методами разрушающего контроля. Испытания трубопроводов.
• 37. Контроль состояния стенок трубопроводов методами неразрушающего контроля. Аппараты для диагностирования: самоходные и перемещаемые потоком перекачиваемой жидкости.
• 38. Диагностика напряженно-деформированного состояния линейной части трубопровода.
• 39, 40, 41, 42. Диагностика наличия утечек жидкости из трубопроводов. Методы диагностики мелких утечек в мнп и мнпп.
• 1. Визуальный
• 2. Метод понижения давления
• 3. Метод отрицательных ударных волн
• 4. Метод сравнения расходов
• 5. Метод линейного баланса
• 6. Радиоактивный метод
• 7. Метод акустической эмиссии
• 8. Лазерный газоаналитический метод
• 9. Ультразвуковой метод (зондовый)
• 43. Методы контроля состояния изоляционных покрытий трубопроводов. Факторы, приводящие к разрушениям изоляционных покрытий.
• 44. Диагностика технического состояния резервуаров. Визуальный контроль.
• 45. Определение скрытых дефектов в металле и сварных швах резервуара.
• 46. Контроль коррозионного состояния резервуаров.
• 47. Определение механических свойств металла и сварных соединений резервуаров.
• 48. Контроль геометрической формы и осадки основания резервуара.
• 49. Диагностика технического состояния насосных агрегатов.
• 50. Профилактическое обслуживание мт, как способ повышения надежности в процессе его эксплуатации. Стратегии то и ремонта.
• 51. Система планово-предупредительного ремонта (ппр) и ее влияние на надежность и долговечность мт. Виды то и ремонта.
• 52. Перечень мероприятий, включаемых в систему ппр трубопроводных систем.
• 53. Недостатки системы ппр по наработке и основные направления ее совершенствования.
• 54. Капитальный ремонт линейной части мт, его основные этапы. Виды капитального ремонта нефтепроводов.
• 55. Последовательность и содержание работ при ремонте трубопровода с подъемом и укладки его на лежки в траншее.
• 56. Аварии на мт, их классификация и организация ликвидации аварий.
• 57. Причины аварий и виды дефектов на мт.
• 58. Технология аварийно - восстановительных работ трубопроводов.
• 59. Способы герметизации трубопроводов. Требования, предъявляемые к герметизирующим устройствам.
• 60. Метод герметизации трубопровода через «окна».

• Толщину листов верхних поясов, начиная с четвертого, проверяют по образующей вдоль шахтной лестницы по высоте пояса (низ, середина, верх). Толщину нижних трех поясов проверяют по четырем диаметрально противо­положным образующим. Толщины патрубков, размещенных на листах первого пояса, измеряют в нижней части, не менее, чем в двух точках.

  Толщину листов днища и кровли измеряют по двум взаимноперпенди- кулярным направлениям. Число измерений на каждом листе должно быть не менее двух. В местах, где имеется коррозионное разрушение листов кровли, вырезаются отверстия размером 500x500 мм и производятся измерения сече­ний элементов несущих конструкций. Толщину листов понтона и плавающей крыши измеряют на ковре, а также на наружных, внутренних и радиальных ребрах жесткости.

  Результаты измерений осредняются. При изменении толщины листа в нескольких точках в качестве фактической принимается среднеарифмитиче- ская величина. Измерения, давшие результат, отличающийся от среднеариф- митической величины более, чем на 10 % в меньшую сторону, указываются дополнительно. При измерении толщины нескольких листов в пределах одно­го пояса или любого другого элемента резервуара за фактическую толщину принимается минимально замеренная толщина отдельного листа.

  Результаты измерений сравниваются с предельно допустимыми величи­нами толщин стенки, кровли, несущих конструкций, понтонов.

  Предельно допустимый износ листов кровли и днища резервуара не должен превышать 50 %, а окраек днища - 30 % проектной величины. Для не­сущих конструкций покрытия (ферм, балок) износ не должен превышать 30 % от проектной величины, а для листов понтона (плавающей крыши) - 50% в центральной части и 30 % для коробов.

  47. Определение механических свойств металла и сварных соединений резервуаров.

  Для определения фактической несущей способности и пригодности резервуара к дальнейшей эксплуатации весьма важно знать механические свойства основного металла и сварных соединений.

  Механические испытания производятся в случае, когда отсутствуют данные о первоначальных механических свойствах основного металла и сварных соединений, при значительной коррозии, при появлении трещин, а также во всех других случаях, когда имеется подозрение на ухудшение механических свойств, усталость при действии переменных и знакопеременных нагрузок, перегрева, действия чрезмерно высоких нагрузок.

  Механические испытания основного металла выполняются в соответствии с требованиями ГОСТ 1497-73 и ГОСТ 9454-78. Они включают в себя определение пределов прочности и текучести, относительного удлинения и ударной вязкости. При механических испытаниях сварных соединений (согласно ГОСТ 6996-66) выполняют определение предела прочности, испытания на статический изгиб и ударную вязкость.

  В случаях, когда требуется определить причины ухудшения механических свойств металла и сварных соединений, появление трещин в различных элементах резервуара, а также характер и размеры коррозионного повреждения, находящегося внутри металла, производятся металлографические исследования.

  Для механических испытаний и металлографических исследований вырезают основной металл диаметром 300 мм в одной из четырех нижних поясов стенки резервуара.

  В процессе металлографических исследований определяют фазовый состав и размеры зерна, характер термической обработки, наличие неметаллических включений и характер коррозионного разрушения (наличие межкристал- лидной коррозии).

  Если в паспорте резервуара отсутствуют данные о марке металла, из которого он изготовлен, прибегают к химическому анализу. Для определения химического состава металла используются образцы, вырезанные для механических испытаний.

  Механические свойства и химический состав основного металла и сварных соединений должен соответствовать указаниям проекта, а также требованиям стандартов и технических условий.

← Вернуться