Развитие научных основ, разработка и реализация новых критериев эффективности электрохимической защиты трубопроводов от коррозии (26.07.2010)

Автор: Хижняков Валентин Игнатьевич

Ученом совете института нефтегазового дела и геологии Национального исследовательского Томского политехнического университета, Томск, 2004.

Научно-техническом совещании «Пути совершенствования технического обслуживания и капитального ремонта магистральных нефтепроводов и борьба с их коррозией», Томск, 2005.

Научно-производственном форуме «Экологические проблемы и техногенная безопасность строительства, эксплуатации и реконструкции нефтегазопроводов. Новые технологии и материалы», Томск, 2005.

Межрегиональной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития минерально-сырьевой базы и предприятий ТЭК Сибири», Томск, 2005.

Международной специализированной выставке «СИБНЕФТЕГАЗ – 2006», Новосибирск, 2006.

Научном семинаре Центра противокоррозионной защиты и диагностики Инжиниринговой нефтегазовой компании - Всероссийский научно-исследовательский институт по строительству и эксплуатации трубопроводов, Москва, 2007 г.

Отраслевом совещании специалистов служб электрохимзащиты предприятий ОАО «Газпром» по вопросам противокоррозионной защиты объектов отрасли, Зеленоград, 2007 г.

II Международной научно-практической конференции «Газотранспортные системы: настоящее и будущее», ВНИИГАЗ, Москва, 2007 г.

VI Международной специализированной выставке «АНТИКОР и ГАЛЬВАНОСЕРВИС», Москва, ВВЦ, 2008 г.

Всероссийской конференции по физической химии и нанотехнологиям «НИФХИ-90», посвященная 90 – летию Карповского института (с международным участием), М., 2008 г.

VII Международной специализированной выставке «АНТИКОР и ГАЛЬВАНОСЕРВИС», г. Москва, ВВЦ, 2009 г.

Научном семинаре лаборатории электрохимической защиты Центра «Надежность и ресурс Объектов ЕСГ» ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Москва, 2009 г.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 359 страницах, содержит 59 рисунков, 30 таблиц, состоит из введения, 7 глав, выводов и 11 приложений.

Список использованной литературы включает 409 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана характеристика проблемы, обоснована ее актуальность и практическая значимость, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

находится в пропорциональной зависимости от плотности предельного тока кислорода, измеренной в толще грунта на уровне укладки образцов:

Значения коэффициентов А и В в уравнении (1) зависят от внутренних механических напряжений. См. табл. 1.

Таблица 1

Изменение коэффициентов А и В при возрастании напряжений в стальных образцах из стали 17ГС

А 0,18 0,36 0,58

В 0,01 0,013 0,015

. То есть по мере увеличения внутренних напряжений максимальная плотность тока коррозии приближается к плотности предельного тока по кислороду, но не превышает ее.

Во второй главе изложены методики коррозионных испытаний сталей трубного сортамента в лабораторных и полевых условиях, методики электрохимических измерений при проведении комплексных коррозионных обследований линейной части действующих магистральных нефте-газопроводов.

1. Плотность предельного тока по кислороду в толще грунта на различной глубине определяли с помощью специально разработанного и изготовленного коррозионно-измерительного зонда и коррозиметра. Рис. 1.

Рис. 1. Коррозионно-измерительный зонд и коррозиметр для измерения плотности предельного тока по кислороду в толще грунта (А.с. №1620506, №1694698).

. Сопоставление плотности тока коррозии в язвах с максимальной глубиной на испытуемых образцах из стали 17ГС производили по установившимся во времени значениям плотности предельного тока кислорода на рабочем электроде коррозионно-измерительного зонда.

2. Распределение по окружности трубопровода Ду1220 мм скорости коррозии без катодной защиты, плотности тока катодной защиты, величины катодной поляризации и остаточной скорости коррозии при различных режимах катодной защиты изучали на специально оборудованном полигоне по методике, аналогичной предложенной Л.И. Каданером для изучения равномерности распределения электроосаждаемого металла на катоде. Для этого по окружности трубы Ду 1220 мм через 450 крепили образцы из стали 17ГС диаметром 12, 32, 60 и 100 мм. Рабочую поверхность образцов шлифовали наждачной бумагой. К нерабочей поверхности крепили медный провод сечением 2 мм2. Нерабочую поверхность с узлом крепления проводника изолировали эпоксидной грунтовкой ВГ-33. Для исключения диффузии кислорода из внутренней полости трубы, трубу забивали глиной, торцы трубы были заглушены и утрамбованы глиной (глиняный замок). Трубу засыпали грунтом толщиной 0,5; 0,8 и 1,2 м. Анодное заземление располагали на расстоянии 60 м по ходу трубы, чтобы полностью смоделировать точку реального трубопровода, достаточно удаленную от станции катодной защиты. Измеряя ток в цепи каждого образца при постоянном суммарном токе катодной защиты, получали картину распределения тока по окружности трубопровода при различных потенциалах катодной защиты. Потенциалы катодной защиты определяли относительно медно-сульфатного электрода длительного типа ЭНЕС.

(Патент РФ № 2341589)

см3 между рабочим электродом из стали 17ГС и деформирующим устройством герметизировали герметиком. Перед началом эксперимента установку выдерживали под вакуумом в течение суток. Если давление не возростало, приступали к работе. В качестве источника поляризующего тока использовали гальваностат Р-150.

4. Содержание водорода в трубных сталях, поглощенного при катодной поляризации определяли методом анодного растворения, предложенным С.М. Белоглазовым. Этот метод при послойном растворении позволяет определить содержание водорода непосредственно вблизи КЗП и его распределение по толщине образца. Анодное растворение стали осуществляли при анодной плотности тока 0,2 А/см2. Чтобы иметь возможность определить объем окклюдированного сталью водорода по бюретке с ценой деления 0,01 см3, масса анодно растворяемой стали (при отсутствии выделения кислорода) составляла не менее 0,95…1,05 г, при растворении слоя прикатодной поверхности, толщиной 0,133 мм, где преимущественно при катодном наводороживании накапливается водород.

Рис. 3. Схема коррозионно-измерительного зонда (А.С. № 1620506)

Коррозионно-измерительный зонд состоит из свинчивающегося из отдельных частей стального корпуса 1 с центральным каналом. Верхняя часть стального корпуса зонда оканчивается колпаком 2 с ручками 3, а нижняя – острым наконечником 4 с встроенным в его боковую поверхность рабочим электродом в виде плоского торца диаметром 3…6 мм из трубной стали 17ГС – 5. Именно при этих диаметрах рабочего электрода реализуется при прочих равных условиях в толще грунта максимальное значение предельного тока по кислороду. Рабочий электрод встроен в стальной корпус зонда с изолирующей фторопластовой втулкой 6 толщиной 0,1…0,5 мм. Нижний предел расстояния между рабочим электродом и вспомогательным, которым является вся наружная поверхность зонда, ограничен тем, что при меньших расстояниях может наблюдаться пробой изоляционной втулки и рабочий и вспомогательный электроды окажутся короткозамкнутыми, а верхний – тем, что при больших расстояниях полярографическая волна кислорода в грунтах, имеющих большое омическое сопротивление, сглаживается и даже исчезает. Вспомогательный электрод, которым является вся наружная поверхность коррозионно-измерительного зонда, превышает по площади рабочий электрод в 105 раз. Это сделано для того, чтобы полностью устранить влияние поляризации вспомогательного электрода на кинетику электрохимического восстановления кислорода на рабочем электроде. Для предотвращения подсоса воздуха в зону реакции из внутренней полости зонда место выхода изолирующей втулки с контактным проводом изнутри стального наконечника загерметизировано герметиком.

На основе выполненных экспериментальных и теоретических исследований разработан аппаратно-программный комплекс «Магистраль». Аппаратно-программный комплекс «Магистраль» позволяет в трассовых условиях количественно определять скорость остаточной коррозии и степень наводороживания стенки трубы при различных потенциалах катодной защиты подземных стальных трубопроводов. Прибор содержит коррозионно-измерительный зонд и измерительный модуль. Измерительный модуль содержит матричный дисплей, трехкнопочный интерфейс, кабель для подключения к сенсору. Прибор позволяет производить измерение, хранение в памяти и перегрузку в базовый компьютер следующих данных:

- плотность предельного тока по кислороду в толще грунта, А/м2;

- максимально-возможную скорость коррозии трубопровода в конкретных условиях прокладки в отсутствии катодной защиты, мм/год;

- плотность тока катодной защиты, А/м2;

- остаточную скорость коррозии трубопровода при различных потенциалах катодной защиты, мм/год;

- степень электролитического наводороживания стенки трубопровода при заданном режиме катодной защиты.

Измерение и расчет данных производится в автоматическом режиме, что облегчает эксплуатацию прибора в трассовых условиях и исключает возможность субъективных ошибок. Для определения плотности предельного тока по кислороду и плотности тока катодной защиты зонд устанавливают над трубопроводом и погружают на требуемую глубину в грунт до верхней образующей подземного трубопровода путем вращения за ручки 3 или легкими ударами по колпаку 2 и подключают к коррозиметру. В отсутствии тока поляризации коррозиметр регистрирует разность стационарных потенциалов рабочего и вспомогательного электродов. При пропускании тока катодной поляризации потенциал вспомогательного электрода практически остается постоянным из-за ничтожно малой плотности тока на нем (его поверхность в 105 раз превосходит площадь рабочего электрода) и изменение разности потенциалов между электродами происходит практически только за счет поляризации рабочего электрода, изготовленного из трубной стали 17ГС. При катодной поляризации рабочего электрода снимается полярограмма кислорода, высота которой зависит от физико-химических свойств грунта в данной точке подземного стального трубопровода и характеризует величину коррозионного тока в язвах, имеющих максимальную глубину. Проведенные исследования показали, что плотность тока коррозии в язвах с максимальной глубиной как в высокоомных грунтах, когда макрокоррозионные пары дифференциальной аэрации не оказывают практического влияния на максимальную глубину проникновения коррозии к участкам трубопровода, доставка кислорода к которым наиболее облегчена, так и в низкоомных, где за счет токов дифференциальной аэрации происходит некоторое (до 40%) перераспределение убыли массы от катодных участков к анодным, никогда на превышает плотность предельного тока по кислороду.


загрузка...