Меню

Коррозионное растрескивание под напряжением магистральных газопроводов



Анализ методов предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением маги-стральных газопроводов

В статье описаны методы, по предотвращению образования и развития КРН, а также, по своевременному выявлению и устранению дефектов КРН.

Все существующие методы предотвращения аварийных разрушений магистральных газопроводов по причине КРН принято разделять на две большие группы (рисунок 1) [1, 2, 3]:

— методы, связанные с предотвращением образования и развития КРН;

— методы, связанные со своевременным выявлением и устранением дефектов КРН.

шарнина.png

Рисунок 1 – Методы предотвращения аварий по причине КРН магистральных газопроводов

Решения, направленные на предотвращение КРН.

В настоящее время известны следующие методы предотвращения образования и развития стресс-коррозионных дефектов [1]:

— снижение напряженного состояния газопроводов. Выдвигались предложения о снижении рабочего давления в ходе эксплуатации магистральных газопроводов таким образом, чтобы напряжения в металле труб не превышали 0,5 от предела текучести. Однако данное решение экономически нецелесообразно в силу серьезного снижения пропускной способности;

— повышение качества изоляционных покрытий. Решение проблемы влияния коррозионной среды может решаться путем нанесения на трубы качественной трехслойной полиэтиленовой изоляции, нанесенной в заводских условиях, желательно использовать этот вид изоляции для новых газопроводов. Кроме того, разрабатываются изоляционные покрытия, включающие в свой состав ингибиторы коррозии. Однако применение современных заводских защитных покрытий или покрытий с ингибирующими композициями сопровождается большими финансовыми затратами;

— повышение эффективности катодной защиты. Повышение эффективности работы станции катодной защиты с учетом ее возможного влияния на образование и развитие стресс-коррозионных дефектов является активно развивающимся направлением, но также не позволяет свести вероятность к нулю [4];

— изменение свойств агрессивной коррозионной среды (грунта);

— применение коррозионностойких труб. Одним из важных направлений предотвращения КРН магистральных газопроводов является повышение коррозионной стойкости непосредственно самих труб. Данный эффект может достигаться как разработками, направленными на получение новых, более совершенных, марок сталей, так и увеличением толщины стенки трубы;

— постепенное снижение доли двухшовных труб, используемых при строительстве газопроводов или же применение их по возможности на второй половине участка газопровода;

— постепенная замена тонкостенных труб в рамках программы переизоляции участков газопроводов;

— проведение термической обработки металла труб на стадии производства в целях снятия остаточных напряжений;

— искусственное повышение несущей способности тонкостенных труб путем увеличения толщины стенки с помощью бандажирования металлической лентой или высокопрочными полимерными материалами. Данный метод, конечно, требует технологической отработки, особенно в трассовых условиях, но преимущество его в возможности одновременного решения двух главных вопросов: повышение несущей способности труб, обеспечивающее вывод на проектное давление, и нанесение высококачественной изоляции газопроводов, находящихся длительное время в эксплуатации.

Решения, направленные на своевременное выявление и ремонт дефектов КРН.

Главная опасность дефектов КРН кроется в трудности прогнозирования мест возникновения этих повреждений и их непредсказуемом поведении. Единственным средством достоверного выявления повреждений магистральных газопроводов по механизму общей коррозии и КРН, наличия вмятин, гофр и других видов дефектов, на подземных коммуникациях является внутритрубная диагностика.

На сегодняшний день существует ряд нормативных документов, регламентирующих эксплуатацию газопроводов, потенциально подверженных стресс-коррозионному растрескиванию. В них в качестве базового используется алгоритм, основанный на определении периода внутритрубной диагностики (ВТД) (рисунок 2) [5, 6, 7, 8].

шарнина 2.png

Рисунок 2 – Алгоритм определения времени до очередного проведения внутритрубной диагностики для выявления КРН

Однако данная методика, несмотря на детальную проработку, имеет ряд существенных недостатков [1]:

— наличие участков магистральных газопроводов, на которых применение ВТД невозможно. На сегодняшний день, более половины газопроводов ЕСГ недоступны для использования внутритрубной диагностики. Это связано с наличием большого количества «неравнопроходных» участков, сильно искривленных участков и участков, не оборудованных камерами приема и пуска очистных и диагностический устройств;

— индивидуальные особенности участков, потенциально предрасположенных к КРН (степень увлажненности, тип, рН грунта и т.д.) не учитываются базовым алгоритмом;

— высокая стоимость мероприятий по проведению ВТД;

— несмотря на высокий технологический уровень, современные средства внутритрубной диагностики способны выявить лишь дефекты размерами превышающие 15% от толщины стенки трубы, что делает возможным развитие стресс-коррозионных трещин до критических размеров в период между пропусками средств ВТД.

Кроме средств внутритрубной диагностики сегодня активно развиваются и другие методы контроля, способные выявлять дефекты КРН (наземная электрометрия, вихретоковый и акустический контроль). Известен также метод определения дефектных участков, основанный на измерении намагниченности газопровода. Однако данный метод не позволяет идентифицировать дефект, а дает лишь интегральную оценку объекта, указывая на аномальные участки. Перечисленные здесь методы крайне трудоемки и нереализуемы без проведения шурфовки. Поэтому единственным эффективным методом на сегодняшний день остается использование внутритрубных диагностических снарядов с поперечным намагничиваением [8].

В зависимости от выявленных дефектов основного металла труб и сварных соединений газопроводов (поверхностные и внутренние дефекты), параметров (длина, ширина, глубина), их количества (отдельно расположенные единичные дефекты, групповые дефекты) и типоразмеров, а также технических характеристик газопроводов (диаметр, толщина стенки, класс прочности трубной стали), условий их прокладки (подземная, наземная, надземная) и эксплуатации (категории) могут применяться следующие методы ремонта газопроводов:

— ремонт непротяженных участков методом замены с временным выводом ремонтируемых участков из эксплуатации или прокладки лупингов;

Читайте также:  При некоторой частоте внешнего напряжения амплитуды падений

— ремонт сваркой (наплавкой, заваркой), вваркой заплат или приваркой патрубков с временным выводом ремонтируемых участков из эксплуатации;

— ремонт стальными сварными муфтами под давлением с транспортировкой или без транспортировки газа или с временным выводом ремонтируемых участков из эксплуатации.

Принимая во внимание указанные методы, предложен алгоритм выбора оптимальных методов ремонта труб, позволяющий учитывать текущее состояние металла в дефектных зонах и обеспечить требуемую сопротивляемость разрушению отремонтированных участков (рисунок 3).

ш3.png

Рисунок 3 – Алгоритм выбора оптимальных методов устранения дефектов

1. Абдрахманов Р.Р., Шарнина Г.С. Анализ методов предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением магистральных газопроводов. – Трубопроводный транспорт – 2018: тезисы докладов XIII Международной учебно-научно-практической конференции / редкол: Р.Н. Бахтизин, С.М. Султанмагомедов и др. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2018. – С. 290-292.

2. Александров, Ю. В. Выявление факторов, инициирующих развитие разрушений магистральных газопроводов по причине КРН / Ю. В. Александров // Практика противокоррозионной защиты. – 2011. — №1. – С. 22-26.

3. Арабей А. Б. Закономерности и зависимости коррозионного растрескивания под напряжением магистральных газопроводов с учетом влияния параметров трубной продукции / А. Б. Арабей, Т. С. Есиев, И. В. Ряховских // Тезисы Третьей международной конференции «Газотранспортные системы: настоящее и будущее» (GTS-2009). – М.: ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 2009. – 122 с.

4. Нохрин, А. В. Старение сталей труб магистральных газопроводов / А. В. Нохрин, В. Н. Чувильдеев // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. – №5(2). – 2010. – С. 171-180.

5. СТО Газпром 2-2.3-253-2009. Методика оценки технического состояния и целостности газопроводов. – Введен 30.09.2009. – М.: Газпром экспо, 2009. – 73 с.

6. СТО Газпром 2-2.3-419-2010. Инструкция по обследованию и определению стресс-коррозионного (технического) состояния технологических перемычек и участков магистральных газопроводов между охранными кранами

7. СТО Газпром 2-3.5-454-2010 Правила эксплуатации магистральных газопроводов. – Введ. 24.05.2010. – Взамен ВРД 39-1.10-006-2000*. – М.: ООО «Газпром экспо», 2010. – 229 с.

8. СТО Газпром 2-2.3-095-2007. Методические указания по диагностическому обследованию линейной части магистральных газопроводов. – Введен 28.08.2007. – М.: ИРЦ Газпром, 2007. – 91 с.

Источник

Коррозия трубопроводов — причины и последствия. Часть 1. Магистральные трубопроводы

Трубопроводный транспорт — самый распространенный способ доставки жидких и газообразных сред в мире. Небольшие внутренние трубопроводы есть в каждом современном доме, в населенных пунктах построены сети надземных и подземных распределительных трубопроводов, все регионы нашей страны соединены системой магистрального трубопроводного транспорта. Трубопроводы транспортируют воду, нефть и нефтепродукты, газ и т.д. В нашей стране был построен даже уникальный трубопровод транспорта аммиака. Большинство отечественных эксплуатируемых трубопроводов — металлические, главная причина их разрушений — коррозия, а видов коррозии — множество. В данном обзоре мы кратко рассмотрим основные виды коррозии трубопроводов в зависимости от их назначения, а также немного поговорим о последствиях коррозионных аварий.

korr.part1.1.jpg

Причины коррозии всегда определяются свойствами коррозионно-опасной среды, с которой контактирует внутренняя и наружная поверхность трубопровода. Коррозия внутренней поверхности трубопроводов имеет место в основном при перекачке водных сред, особенно если в них растворены коррозионно-опасные вещества: соли, кислоты, щелочи и т.д. Такая ситуация реализуется на всех водоводах, в частности в системах отопления и горячего водоснабжения, системах нефтесбора (помним, что в РФ в добываемой из скважин нефти содержится до 99% воды!), сточных водах промышленных предприятий. Самый опасный последний случай. Коррозия наружной поверхности зависит от способа прокладки трубопровода и примененных конструктивных решений. Например, при прокладке методом «труба в трубе» коррозия наружной поверхности не происходит. При прокладке трубопровода на воздухе протекает атмосферная коррозия, которая практически не приводит к нарушению целостности трубопровода (образованию сквозных дефектов). Процессу атмосферной коррозии мы уже посвятили отдельный обзор , поэтому в данной статье к этому вопросу возвращаться не будем. Основная опасность коррозионного разрушения наружной поверхности трубопроводов возникает при подземной прокладке, причем назначение трубопровода в данном случае не слишком принципиально. За небольшим исключением, все типы трубопроводов под землей корродируют одинаково. Отдельный вопрос — подводная коррозия трубопроводов, проложенных по дну, без заглубления в грунт. Правда этот сугубо специфичный вид коррозии касается всего нескольких объектов в РФ — морских магистральных газопроводов, например, Голубой поток и Северный поток, а также нескольких промысловых трубопроводов в Каспийском, Черном и северных морях. В связи с крайней узостью заинтересованного круга лиц и специфичностью процессов морская коррозии наружной поверхности трубопроводов в этом обзоре также не будет затрагиваться.

Итак, мы начинаем. В данном обзоре, разделенном на несколько частей, мы отдельно и подробно рассмотрим возможные механизмы коррозии следующих видов трубопроводов, классифицированных по их функциональному назначению:

  • магистральные трубопроводы;
  • промысловые трубопроводы месторождений нефти и газа;
  • трубопроводы систем отопления, горячего и холодного водоснабжения;
  • трубопроводы промышленных сточных вод.

Начнем, пожалуй, с наиболее простых с коррозионной точки зрения объектов — магистральных трубопроводов транспорта нефти, газа, аммиака, нефтепродуктов и т.д.

Коррозия магистральных трубопроводов

Пожалуй, это самый хорошо изученный и систематизированный вид коррозии трубопроводов. По крайней мере, магистральные трубопроводы — это единственный вид трубопроводов, защита от коррозии которых регламентируется отдельным национальным стандартом ГОСТ Р 51164-98* «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии». Конечно, ГОСТ Р 51164-98* в основном посвящен методам противокоррозионной защиты, а не механизмам коррозионного разрушения, однако, при его внимательном изучении можно выделить и определенную систематизацию опасности коррозии магистральных трубопроводов в зависимости от ее механизма. Сразу следует отметить, что магистральные трубопроводы используются для транспорта подготовленных коррозионно-инертных продуктов, поэтому для них опасность представляет только наружная коррозия, причем на участках надземной прокладки только сравнительно неопасная атмосферная коррозия . Далее наш обзор будет посвящен только участкам магистральных трубопроводов подземной прокладки.

Читайте также:  Импульсные понижающие стабилизаторы постоянного напряжения

Итак, ГОСТ выделяет 3 вида участков магистральных трубопроводов, подверженных особым коррозионным опасностям: участки высокой коррозионной опасности, участки повышенной коррозионной опасности и коррозионно-опасные участки. Среди критериев ГОСТ, касающихся механизмов коррозии и позволяющих отнести некоторые участки трубопроводов к особо опасным участкам, можно выделить следующие критерии участков повышенной коррозионной опасности:

  • блуждающие токи от источников постоянного тока;
  • микробиологическая коррозия;
  • коррозионное растрескивание под напряжением.

Дополнительно, ГОСТ относит к участкам повышенной коррозионной опасности участки прокладки магистральных трубопроводов, на которых может резко возрасти опасность обычной почвенной коррозии:

  • участки трубопроводов в засоленных почвах любого района страны (солончаковых, солонцах, солодях, сорах и др.);
  • участки трубопроводов на участках промышленных и бытовых стоков, свалок мусора и шлака;
  • участки трубопроводов с температурой транспортируемого продукта выше 303 К (30 °С).

Обобщая вышесказанное, а также многолетний опыт эксплуатации и диагностики, можно резюмировать, что на магистральных трубопроводах подземной прокладки в основном реализуются следующие виды коррозионного разрушения:

  • почвенная электрохимическая коррозия;
  • коррозия блуждающими токами от источников постоянного тока;
  • коррозия блуждающими токами от источников переменного тока (на участках пересечений и реже сближений с ВЛ 110 кВ и выше);
  • коррозионное растрескивание под напряжением (свойственно преимущественно магистральным газопроводам);
  • микробиологическая коррозия (на участках, где почва вокруг трубопровода заражена микроорганизмами).

Почвенная электрохимическая коррозия

Коррозия подземных трубопроводов протекает по электрохимическому механизму, базирующемуся на возникновении разности потенциалов между различными участками трубопровода, и, как следствие, возникновении тока коррозии. В результате протекания тока коррозии участки металла на анодных зонах растворяются и переходят в грунт, где впоследствии взаимодействуют с почвенным электролитом, образуя ржавчину.

korr.part1.2.jpg

Механизм электрохимической коррозии

Одной из наиболее важных особенностей трубопроводов, с точки зрения коррозии, является их большая протяженность. При своей большой протяженности подземные линии проходят через почвы различного состава и строения, различной влажности и аэрации. Все это создает возможность возникновения значительных разностей потенциалов между отдельными частями подземной линии. Так как трубопроводы имеют высокую проводимость, то на них легко образуются коррозионные гальванопары, имеющие иногда протяженность в десятки и даже сотни метров.

Так как при этом часто создаются большие плотности тока на анодных участках, это сильно увеличивает скорость коррозии. Существенным для развития коррозии оказывается и то, что подземные линии укладываются на такой глубине, где всегда сохраняется некоторая влажность, обеспечивающая течение коррозионных процессов. На глубине заложения трубопроводов температура редко снижается ниже 0 0 С и это также способствует коррозии. Благоприятствует развитию коррозии на подземных трубопроводах и наличие на поверхности труб прокатной окалины, которая далеко не всегда удаляется при очистке.

Было установлено наличие прямой зависимости между площадью, подвергающейся коррозии, и глубиной коррозионного разрушения. Это объясняется тем, что на большей поверхности металла существует большая возможность создания более тяжелых коррозионных условий. В частности, этим объясняется, что другие стальные подземные сооружения, помимо трубопроводов, при прочих равных условиях разрушаются электрохимической коррозией медленнее.

Коррозионная агрессивность самих почв определяется их структурой, гранулометрическим составом, удельным электрическим сопротивлением, влажностью, воздухопроницаемостью, рН и др. Обычно коррозионную агрессивность грунта по отношению к углеродистым сталям оценивают по удельному электрическому сопротивлению грунта, средней плотности катодного тока при смещении электродного потенциала на 100 мВ отрицательнее коррозионного потенциала стали, градиенту естественных потенциалов свободной коррозии на участке трубопровода.

Коррозия блуждающими токами от источников постоянного тока

Блуждающие токи — это токи антропогенного происхождения, протекающие в земле и в подземных металлических конструкциях. Такие токи возникают за счет утечек в землю токов эксплуатируемых устройств и сооружений, работающих на постоянном токе, в частности железных дорог на постоянном токе, электросварочных аппаратов, систем катодной защиты сторонних объектов и т.д., и т.п. Как известно, электрический ток всегда стремится двигаться по пути наименьшего сопротивления, поэтому при наличии в зоне распространения блуждающих токов в земле подземных протяженных металлических трубопроводов, электропроводность которых в разы больше электропроводности почвы, блуждающий ток будет протекать именно по ним. В наиболее удачном месте (с точки зрения того же самого принципа наименьшего сопротивления) блуждающий ток стечет с трубопровода обратно в землю и вернется к своему источнику. При этом участок трубопровода, из которого блуждающий ток выходит в землю, является анодом, а та часть трубопровода, где блуждающий ток попадает в него, является катодом. На анодных участках блуждающие токи повышенной плотности вызывают значительные коррозионные повреждения трубопроводов, скорость коррозии на них практически неограниченна и может достигать гигантских значений 10-20 мм/год.

Читайте также:  Падение напряжения задача физика

Коррозия блуждающими токами от источников переменного тока

Данный вид коррозии встречается в местах сближения и параллельного следования ВЛ напряжением 110 кВ и выше и магистральных трубопроводов. Это явление уже подробно освещено на нашем сайте в специальном обзоре и в настоящей статье дополнительно рассматриваться не будет.

Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) или стресс-коррозия

Коррозионное растрескивание под напряжением в магистральных трубопроводах (в основном газопроводах) развивается в результате одновременного воздействия на металл коррозионной среды и растягивающих напряжений. Благодаря проведенным исследованиям, в настоящее время сформировалась водородно-коррозионная теория развития КРН в трубопроводах.

Формирование и развитие микротрещин в металле происходит в результате наводораживания трубной стали в местах дислокаций и вакансий кристаллической решетки и роста в них внутреннего давления до значений, превышающих эквивалент энергии связи атомов решетки. Само наводораживание происходит вследствие протекающих процессов диффузии протонов (H+), образующихся в результате гидролиза воды при повышенных потенциалах катодной защиты, диссоциации ряда неорганических соединений, таких как гидрокарбонаты, гидросульфиды и сульфиды, нитраты, аммонаты, фосфаты и т.д., жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих организмов.

После раскрытия трещин на поверхности трубы в местах повреждения изоляционного покрытия трубопровода происходит ускорение трещинообразования за счет коррозионного влияния электролита грунта, проникающего в трещины.

Конечный этап деструкции (включая долом трещин) контролируется условиями механической нагрузки на трубопровод, напряженно-деформированным состоянием трубной стали, а также ее прочностными характеристиками.

Микробиологической коррозией (или биокоррозией) называют коррозию металла, которая возникает в результате жизнедеятельности микроорганизмов. В почвах и природных поверхностных водах содержится огромное количество микроорганизмов — бактерии, грибки, водоросли, простейшие и т.д. В настоящее время установлено, коррозию металла инициируют в большинстве случаев именно бактерии из-за высокой скорости их размножения и активности в химических преобразованиях окружающей среды. Для протекания процесса микробиологической коррозии вызывающие её бактерии должны находиться во влажной или водной среде, также им нужен азот, минеральные соли и ряд других элементов. Необходимо наличие вполне определённых внешних условий, при которых они начинают активно размножаться вблизи трубопровода, таких как:

  • температура;
  • давление;
  • освещённость;
  • концентрация водородных ионов;
  • концентрация кислорода.

Микроорганизмы могут вызывать коррозию путём продуцирования веществ, вызывающих коррозию (например, кислот), создавая на поверхности металла условия, которые обуславливают появление на поверхности металла разности потенциалов и образования дополнительных анодных и катодных зон, с дальнейшим протеканием коррозионного процесса по электрохимическому механизму.

В случае магистральных трубопроводов наиболее часто встречается микробиологическая коррозия, инициируемая сульфатвосстанавливающими бактериями. Под действием этих бактерий на трубах образуются отдельные каверны. Продукты коррозии имеют чёрный цвет и запах сероводорода. Они содержат около 40% двухвалентного железа и 5% серы в виде сульфидов. Сульфатвосстанавливающие бактерии присутствуют практически во всех грунтах, но заметный коррозионный процесс происходит только тогда, когда присутствует их относительно большое число.

Итак, в настоящей статье мы кратко изложили виды и механизмы коррозии магистральных трубопроводов. Продолжение начатой темы, посвященное водопроводным системам, читайте здесь .

Тэги: атмосферная коррозия, коррозионная опасность, коррозионное разрушение, коррозионное растрескивание под напряжением, коррозия блуждающими токами, коррозия трубопроводов, КРН, магистральные трубопроводы, микробиологическая коррозия, подводная коррозия, почвенная электрохимическая коррозия, промысловые трубопроводы, электрохимическая коррозия

Источник

Газовая промышленность № 10 2017

№ 10 2017

Транспортировка газа и газового конденсата

СТО Газпром 2-2.3-173–2007. Инструкция по комплексному обследованию и диагностике магистральных газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением. М.: ИРЦ Газпром, 2008. 56 с.

Тухбатуллин Ф.Г., Галиуллин З.Т., Аскаров Р.М. и др. Обследование и ремонт магистральных газопроводов, подверженных КРН // Транспорт
и подземное хранение газа. М.: ИРЦ Газпром, 2001. 61 с.

Галиуллин З.Т., Веслинг Д. Обзор исследований по коррозионному растрескиванию под напряжением, проведенных с 1996 по 1998 г. // Семинар по коррозионному растрескиванию трубопроводов под напряжением. М.: ИРЦ Газпром, 1998. 49 с.

Сергеева Т.К., Турковская Е.П., Михайлов Н.П., Чистяков А.И. Состояние проблемы стресс-коррозии в странах СНГ и за рубежом // Транспорт
и подземное хранение газа. М.: ИРЦ Газпром, 1997. 89 с.

Чучкалов М.В. Разработка методов выявления, торможения и предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением на магистральных газопроводах. дисс. . д-ра техн. наук. Уфа, 2015.

Абдуллин И.Г., Гареев А.Г., Мостовой А.В. Коррозионно-механическая стойкость нефтегазовых трубопроводных систем: диагностика
и прогнозирование долговечности. Уфа: Гилем, 1997. 177 с.

Гареев А.Г., Худяков М.А., Абдуллин И.Г. Разрушение материалов в коррозионных средах. Уфа: УГНТУ, 2005. 124 с.

Инструкция по оценке дефектов труб и соединительных деталей при ремонте и диагностировании магистральных газопроводов [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://files.stroyinf.ru/Index2/1/4293824/4293824031.htm (дата обращения: 15.08.2017)

Гуськов С.С., Мусонов В.В., Агиней Р.В. и др. Особенности расположения стресс-коррозионных дефектов, выявленных в ходе диагностического обследования при капитальном ремонте участков магистральных газопроводов // Трубопроводный транспорт: теория и практика. 2016. № 4. С. 12–19.

Канайкин В.А., Патраманский Б.В., Попов С.Э. Роль ВТД в обеспечении надежной работы линейной части магистральных газопроводов
ОАО «Газпром» // Мат-лы XIX Международной деловой встречи «Диагностика-2011»: В 2 т. М.: Газпром экспо, 2013. Т. 1. С. 40–47.

Источник