Научная статья на тему 'Обеспечение эксплуатационной надежности магистральных газонефтепроводов в процессе длительной эксплуатации'

Обеспечение эксплуатационной надежности магистральных газонефтепроводов в процессе длительной эксплуатации Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
237
54
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КАТОДНОЗАЩИЩАЕМАЯ ПОВЕРХНОСТЬ / CATODE-PROTECTED SURFACE / КАТОДНЫЙ ВОДОРОД / ВОДОРОДНОЕ ОХРУПЧИВАНИЕ / HYDROGEN EMBRITTLEMENT / КОРРОЗИОННОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ ПОД НАПРЯЖЕ НИЕМ / STRESS CORROSION FRACTURE / CATODE HYDROGEN

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Хижняков Валентин Игнатьевич, Жендарев Павел Александрович

Проведен анализ теоретических и экспериментальных результатов по проблеме коррозионного растрескивания напряженно-деформированных трубопроводов при транспорте нефти и газа. Проанализированы режимы катодной защиты магистральных газонефтепроводов, где обнаружены стресс-коррозионные трещины на внешней катоднозащищаемой поверхности. Предложен к применению новый аппаратно программный комплекс «Магистраль» для количественного определения остаточной скорости коррозии и степени электролитического наводороживания стенки трубы при различных потенциалах катодной защиты.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Хижняков Валентин Игнатьевич, Жендарев Павел Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

LONG-TERM USAGE RELIABILITY OF OIL&GAS MAIN PIPELINES

Analysis of theoretical and experimental research into the stress corrosion fracture of oil and gas pipelines is followed by examination of the catodic protection regimes to be used in pipelines with revealed stress cracking of external surface. The article proposes the hardware-software complex “Magistral” for quantitative estimation of residual corrosion velocity and electrolytic hydrogenation of pipe walls at different catode protection potentials.

Текст научной работы на тему «Обеспечение эксплуатационной надежности магистральных газонефтепроводов в процессе длительной эксплуатации»

УДК 622.692.4(07)

© В.И.Хижняков, П.А. Жендарев, 2013

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ В ПРОЦЕССЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Проведен анализ теоретических и экспериментальных результатов по проблеме коррозионного растрескивания напряженно-деформированных трубопроводов при транспорте нефти и газа. Проанализированы режимы катодной защиты магистральных газонефтепроводов, где обнаружены стресс-коррозионные трещины на внешней катодноза-щищаемой поверхности. Предложен к применению новый аппаратно-программный комплекс «Магистраль» для количественного определения остаточной скорости коррозии и степени электролитического наводо-роживания стенки трубы при различных потенциалах катодной защиты. Ключевые слова: катоднозащищаемая поверхность, катодный водород, водородное охрупчивание, коррозионное растрескивание под напряжением.

Эксплуатационная надежность магистральных газонефтепроводов в процессе длительной эксплуатации контролируется механическими напряжениями в стенке трубы, обусловленными, в основном, рабочим давлением нефти (газа), - с одной стороны, с другой - коррозионным воздействием окружающего грунта и электрохимическими процессами, протекающими в сквозных дефектах изоляций под воздействием тока катодной защиты. Механические напряжения в стенке трубопровода повышают механо-химическую активацию трубной стали в сквозных дефектах изоляции (эффект Ребиндера), облегчают протекание электрохимических процессов на границе «труба - земля» как в отсутствии тока катодной защиты, так и при его наличии. Наиболее сильно эффект Ребиндера проявляется в области высокий остаточных напряжений в стенке трубы, в области кольцевых и продольных сварных швов, в области концентраторов напряжений, ослабляя межатомные связи в местах скопления деформаций, которые разряжаются на внешней поверхности трубопровода, образуя коррозионные дефекты при отсутствии тока катодной защиты и дефек-

ты типа «водородный надрез» при катодной перезащите, когда плотность тока катодной защиты ( ук з ) существенно, в десятки

раз превышает плотность предельного тока по кислороду (Упр ) и

на катоднозащищаемой поверхности трубопровода идет интенсивное выделение водорода. Проникновение (окклюзия) водорода в стенку трубы начинается с адсорбции его гидратированных ионов на катоднозащищаемой поверхности трубопровода, далее процесс окклюзии определяется диффузией ионов водорода (протонов) в стенку трубы, снижая ее когезионную прочность в местах преимущественного скопления дислокаций вблизи внешней катоднозащищаемой поверхности трубопровода. Механические напряжения в стенке трубы усиливают проницаемость водорода, причем тем интенсивнее, чем выше прочностные характеристики трубной стали. Прочность напряженно-деформированных трубопроводов во многом зависит от состояния приповерхностного слоя катоднозащищаемой поверхности, в котором происходит зарождение дефектов типа «водородный надрез» при перезащите и коррозионные дефекты под воздействием окружающего грунта в отсутствии тока катодной защиты. В приповерхностном слое (по нашим данным толщиной 0,3.. .0,5 мм) в основном задерживаются дислокации перед их выходом (разрядкой) на катоднозащищаемой поверхности. Экспериментально установлено, что когда плотность тока катодной защиты превышает плотность предельного тока по кислороду в 3.8 раз, остаточной скорости коррозии, не превышающей 0,005.0,01 мм/год при практическом отсутствии катодного наводороживания стенки трубы Дальнейшее увеличение отношения ]к з / ]пр не оказывает заметного влияния

на подавление коррозии, но приводит к интенсивному выделению водорода на катоднозащищаемой поверхности (КЗП). Водород вблизи катоднозащищаемой поверхности трубопровода разрыхляет структуру стали (эффект Ребиндера) с образованием стресс-коррозионных трещин. Для предотвращения образования стресс-коррозионных трещин необходимо при выборе потенциалов катодной защиты высоконапорных трубопроводов измерять (]к з) и сопоставлять ее с (упр) таким образом, чтобы

3 < ук з / Упр < 8, что обеспечивает подавление коррозии до зна-

чений, не превышающих 0,005...0,01 мм/год без заметного выделения водорода на катоднозащищаесой поверхности. Для проведения диагностики режимов катодной защиты магистральных газонефтепроводов и прогнозирования развития трещин КРН совместными усилиями кафедры транспорта и хранения нефти и газа и НПП «Электрохимзащита» (г. Томск) разработан комплекс для диагностики и оптимизации электрохимзащиты (ЭХЗ) «Магистраль» (рис. 1), содержащий собственно прибор 1, зонд 2, солнечную батарею 3, футляр 4 с ремнем и ноутбук 5.

Измерения проводятся в следующей последовательности зонд 2 подключают к прибору 1, прибор к ноутбуку 5, затем зонд погружают на уровень укладки трубопровода в грунт. В автоматическом режиме снимается полярограмма кислорода, характеризующая величину коррозионного тока (предельный ток по кислороду). В процессе съема кривых (хронограмм) при-электродное пространство в грунте обедняется, поверхность электрода покрывается продуктами коррозии и приходится механически обновлять поверхность рабочего электрода путем вращения зонда в грунте. Затем автономный источник тока 1 отключают и рабочий электрод зонда подключают к катодной защите трубопровода и определяют величину тока катодной защиты на рабочем электроде зонда 2, диаметр которого выбран так, чтобы полностью смоделировать условия диффузии кислорода к наиболее коррозионо-опасному дефекту изоляционного покрытия трубопровода.

Рис. 1. Аппаратно-программный комплекс «Магистраль»

Проведение электрометрических обследований с использованием комплекса «Магистраль» в местах выявленных дефектов изоляции, либо на участках провалов потенциала между двух СКЗ с регистрацией токов катодной защиты и предельного тока по кислороду позволяют количественно определить скорость остаточной коррозии, оценить интенсивность электролитического наводороживания и опасность развития трещин КРН с принятием последующего решения об обследовании технического состояния стенки трубопровода в шурфах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Хижняков В.И., Трофимова Е.В. Превышение тока катодной защиты над предельным по кислороду - фактор коррозионного растрескивания трубопроводов под напряжением. // Практика противокоррозионной защиты. 2009. № 1. С. 57 - 61.

2. Хижняков В.И. Предупреждение выделения водорода при выборе потенциалов катодной защиты подземных стальных трубопроводов. // Коррозия: материалы, защита. 2009. № 9. С. 7 - 10.

3. Воронин В.Н., Мамаев Н.И., Ахтимиров Н.Д. Бурдинский Э.В. Анализ стресс-коррозионного состояния магистральных газоповодов ООО «Севергазпром» на основе результатов внутритрубной дефектоскопии и обследований в шурфах, пути решения проблемы КРН // Материалы отраслевого совещания ОАО «Газпром» «Особенности проявления КРН на магистральных газопроводах ОАО «Газпром». Методы диагностики, способы ремонта дефектов и пути предотвращения КРН», г. Ухта, 11 - 15 ноября 2002 г. С. 69 - 83.

4. Гумеров К.М., Гулятдинов А.А., Черкасов Н.М., Кудакаев С.М., Абдульманов А.М., Мокроусов С.Н. Стресс-коррозия - один из источников опасности на высоконагруженных подземных стальных трубопроводах, изолированных пленочными материалами // Нефтепромысловое дело. 2005. № 4. С. 42 - 46.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.