КОРРОЗИЯ СТАЛЬНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ В Г. ГУСЬ-ХРУСТАЛЬНЫЙ ВЛАДИМИРСКОЙ ОБЛАСТИ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 62

Т.В. Кленовая, И.Г. Крестьянинова

КОРРОЗИЯ СТАЛЬНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ В Г. ГУСЬ-ХРУСТАЛЬНЫЙ ВЛАДИМИРСКОЙ ОБЛАСТИ

Статья посвящена проблеме противодействия коррозионным процессам на стальных подземных газопроводах газораспределительных сетей в г. Гусь-Хрустальный, проведен анализ причин коррозии и представлены меры по защите от подземной коррозии.

Ключевые слова: подземный стальной газопровод, агрессивность грунтов, химическая, электрохимическая и биологическая коррозия трубопроводов, изоляционные покрытия, скорость коррозии металлов.

Надежность и эксплуатационные показатели стальных подземных газопроводов как линейных объектов сводятся к сохранению ими свойств газоплотности и герметичности, что гарантирует снабжающей организации и потребителям бесперебойные и эффективные поставки энергоносителя без дополнительных потерь давления и объема. В свою очередь, параметры герметичности стальных газопроводов зависят от качества выполнения соединений и собственно целостности труб и фасонных элементов.

Как показывает практика длительной эксплуатации, коррозия металла в подземных условиях является главной причиной износа металлических газотранспортных систем [1], при этом реальный срок службы металлических конструкций определяется, в первую очередь, скоростью развития коррозионного поражения.

В среднем, нормативный срок эксплуатации подземных стальных трубопроводов высокого и среднего давления определяется 33 годами [2], при этом, например, в г. Гусь-Хрустальный Владимирской области, интенсивное строительство магистральных и распределительных газопроводов, составляющих систему газоснабжения бытовых и промышленных потребителей, началось в 1968 году, и на сегодняшний день более 60% стальных подземных газопроводов служат более 40 лет, и их работоспособность, по мнению ряда специалистов, в действительности обеспечивается только благодаря высокому качеству использованных при их монтаже материалов и работ. Таким образом, для рассматриваемого города одной из основных задач обеспечения бесперебойного газоснабжения является оценка состояния и продление срока службы металлических трубопроводов, проложенных подземным способом.

Результаты ряда экспериментальных исследований [3, 4, 5] показывают, что на скорость развития наружной коррозии металла в подземном положении практически не оказывают влияние сорт и состав металла, при этом наиболее весомым фактором является коррозионно-агрессивная среда грунта, в котором проложен трубопровод.

Для разработки мер по противодействию коррозии, необходимо рассмотреть основные виды коррозии и причины ее возникновения, а также факторы, способствующие ее ускоренному развитию. Вне зависимости от среды и причин коррозии, в результате коррозионного процесса атомы железа теряют электроны и переходят в ионное состояние с образованием растворимых соединений железа типа окисей, гидроокисей и прочих более сложных комплексных соединений. По механизму коррозионного процесса различают три основных типа коррозии [1]: химическую, электрохимическую и биохимическую.

Химическая коррозия представляет собой процесс перехода атома железа в ион и восстановление окислительного компонента в одном акте, неразделенном во времени и пространстве.

© Кленовая Т.В., Крестьянинова И.Г., 2014.

Химическая коррозия нехарактерна для сред, не проводящих электрический ток- неэлектропроводных жидкостей (например, углеводородов) и газов.

Электрохимическая коррозия происходит в электролитах, т.е. в средах, проводящих электрический ток, и сопровождается возникновением электрического тока (так называемого тока коррозии). Электрохимическая коррозия распадается на два самостоятельных, но взаимосвязанных процесса- анодный и катодный. Участки анодного типа возникают при нарушениях оксидной пленки и постепенно распространяются по поверхности металла. Этот процесс называется также окислительным, он сопровождается растворением металла, его переходом в раствор в виде гидратированных ионов и выделением эквивалентного количества электронов в металле. Электроны, выделяющиеся в металле, не участвуют в анодном процессе.

Следующим этапом электрохимического растворения металла является выполнение условия наличия в рассматриваемой среде окислителя, т.е. деполяризатора, который осуществляет катодную реакцию ассимиляции электронов - поглощение избыточных электронов с поверхности металла.

Биокоррозия металлов происходит под воздействием продуктов, выделяемых микроорганизмами. Ряд современных исследований отводят микроорганизмам первостепенную роль в коррозии подземных трубопроводов. Основным фактором данного воздействия является наличие в продуктах их жизнедеятельности кислот и сульфатов.

Коррозия металлов в почвах и грунтах представляет сложный случай комплексной, т.е. одновременно химической, электрохимической и биологической коррозии, поскольку почвы и грунты - это сложная многофазовая система (среда), состоящая из твердых, жидких и газообразных компонентов [1]. В соответствии с ПБ-03-108-96, в зависимости от скорости коррозии углеродистых сталей, производится подразделение среды на:

- неагрессивные и малоагрессивные, со скоростью коррозии до 0.1 мм/год;

- среднеагрессивные, со скоростью 0.1-0.5 мм/год;

- высокоагрессивные, более 0.5 мм/год.

Грунты рассматриваемого города представляют собой песок мелкий кварцевый средней плотности (влажный, водонасыщенный и мерзлый), а также суглинок тугопластичный песчанистый. Для данных типов грунтов характерна средняя и высокая степени коррозионной агрессивности. Также следует отметить высокий уровень грунтовых вод - от 0.4 до 1.0 м, а в период интенсивного таяния снежного покрова и в период наибольшей интенсивности дождей, предшествующий заморозкам, УГВ поднимается до отметок 0.0м, что обусловлено рельефом местности и практическим отсутствием ливневой канализации. Данная совокупность негативных факторов способствует ускоренному протеканию коррозионных процессов на подземных стальных газопроводах. Также следует отметить полное отсутствие систем ЭХЗ на сетях низкого давления.

Принято считать, что эффективные меры защиты от подземной коррозии возможны только на основе полного понимания ее механизмов, но при этом, даже при столь высоком уровне развития науки и техники, на сегодняшний день не существует достаточно обоснованной теории, пригодной для точного моделирования коррозионных процессов в грунтах, ввиду чего пока не представляется возможной разработка универсальных мер по эффективному противодействию коррозионным процессам в рассматриваемых условиях. Подземная коррозия как процесс, протекающий в сложной гетерогенной среде, характеризуется четырьмя особенностями [1] - сложным механизмом переноса кислорода к корродирующему металлу, различной проницаемостью грунта и созданием пар неоднородной аэрации, образованием оксидных пленок на поверхности металла и неопределенностями биологической деятельности организмов.

При этом на сегодняшний день во всем мире широко применяется комбинация из трех независимых методов борьбы с подземной коррозией металлов- это электрохимическая защита от коррозии (ЭХЗ), использование изолирующих покрытий и использование инертных засыпок при монтажных работах.

Использование инертных засыпок является достаточно дорогостоящим в реализации методом, поскольку при прокладке газопроводов в таком случае вместо грунта отвала из выемки для обратной засыпки применяется нейтральный заполнитель (например, песок), что сущест-

венно увеличивает транспортные затраты и приводит к необходимости закупки песка и утилизации грунта из выемки. При этом применение данного метода позволяет на несколько лет отсрочить начало взаимодействия агрессивной среды с трубопроводом и в некоторой мере снизить коррозионную агрессивность среды на весь период эксплуатации.

Применение изоляционных покрытий практикуется повсеместно, при этом их эффективность обеспечивается исходными свойствами материалов и технологией нанесения. В современных условиях применяются, как правило, покрытия на основе органических веществ, синтетических материалов и полимерных покрытий. Наибольшее распространение получили покрытия на основе полиэтилена, поливинилхлорида, эпоксидной смолы и пр.

Изоляционные покрытия на основе органических веществ подразделяются на тонкие и толстые [6]: к тонким (до 200-500 мкм) относятся лакокрасочные, пластмассовые покрытия, полимерные пленки, эпоксидные смолы и порошки, а к толстым (до 9-10 мм) относятся покрытия на основе битумных мастик, полиэтилена и полипропилена.

Электрохимические методы защиты, основанные на изменении электродного потенциала металла в электролитической среде, относятся к активным методам защиты от коррозии. Они охватывают катодную и протекторные защиты, при которых снижение скорости коррозии достигается путем катодной поляризации металла, и анодную защиту, когда используется возникновение пассивного состояния поверхности металла при анодной поляризации.

Особенности выбора режимов ЭХЗ газопроводов и конструктивного их решения определяются для каждого участка газопровода независимо, в некоторых случаях расчетно-аналитическими методами, а в некоторых - посредством проведения соответствующих измерений потенциала газопровода, при этом участки, имеющие положительный потенциал по отношению к земле, являются особо опасными в коррозионном отношении. При разработке мер защиты нецелесообразно чрезмерно завышать разность потенциалов системы «газопровод - среда», поскольку дальнейшая катодная поляризация может привести к выделению водорода, разрушению изоляции и прочим негативным последствиям [6]. Также рациональной мерой является защита от блуждающих токов.

Учитывая вышеизложенное, для вновь проектируемых и монтируемых подземных газопроводов можно сформулировать основную научно- техническую задачу, корректное решение которой позволит гарантировать обеспечение проектных сроков эксплуатации систем транспортировки энергоносителя, сводящуюся к детерминированию коррозионной агрессивности грунтов заложения к материалу трубопровода. Следует учитывать, что скорость коррозии металлов в различных грунтах отличается по своей величине в десятки и даже сотни раз [1], в связи с чем точное знание характеристик среды позволяет:

- определять фактический срок эксплуатации газопроводов;

- выбирать оптимальную толщину труб с учетом запаса на коррозию;

- прогнозировать участки с наибольшей скоростью коррозии;

- обосновывать оптимальные способы защиты труб и конструкций;

- определять оптимальное расположение станций ЭХЗ;

- выявлять причины коррозионного растрескивания под напряжением.

Библиографический список

1. Ланчаков Г.А., Степаненко А.И. и др. Коррозионная агрессивность почв и грунтов трасс подземных газопроводов. М., ООО «ИРЦ Газопром», 2008.

2. Крылов Г.В., Степанов Д.А., Угрюмов Р.А. Противокоррозионная защита магистральных трубопроводов. С-Пб., Недра, 2001.

3. Кузнецов М.В., Кузнецов А.М. Коррозия и защита нефтегазового и нефтепромыслового оборудования. Уфа, 2004.

4. Стрижевский И.В. и др. Защита подземных металлических сооружений от коррозии. М., Стройиздат, 1990.

5. Возбуцкая А.Е. Химия почвы. М., Высшая школа, 1968.

6. Кохацкая М.С., Астапенко Л.Ф., Олексейчук В.Р. Электрохимические методы защиты подземных газпроводов от коррозии. М., 2008.

КЛЕНОВАЯ Татьяна Валентиновна - магистрант архитектурно-строительного факультета Владимирского государственного университета им. А.Г. и Н.Г.Столетовых.

КРЕСТЬЯНИНОВА Ирина Геннадьевна - магистрант архитектурно-строительного факультета Владимирского государственного университета им. А.Г. и Н.Г.Столетовых.