Определение прогнозируемой скорости коррозии подземных металлических трубопроводов в условиях многофакторных грунтовых воздействий Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 620.197

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОГНОЗИРУЕМОЙ СКОРОСТИ КОРРОЗИИ ПОДЗЕМНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ МНОГОФАКТОРНЫХ ГРУНТОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

© 2012 г. И.Ф. Бырылов

Южно-Российский государственный South-Russian State

технический университет Technical University

(Новочеркасский политехнический институт) (Novocherkassk Polytechnic Institute)

Показана возможность прогнозирования скорости коррозии подземных металлических трубопроводов в условиях многофакторных грунтовых воздействий, что позволяет прогнозировать рост глубины дефекта стенки подземного трубопровода в определенный интересующий исследователя момент времени, допуская наличие этого дефекта на любом участке. Зависимости скорости коррозии трубопровода от продолжительности эксплуатации в глинистой почве, полученные эмпирическим и экспериментальным путем, совпадают.

Ключевые слова: коррозия; трубопровод; состав; сопротивление; грунт; электропроводность; подземная.

The possible predicting possibility for corrosion rate of underground metallic pipelines underground multifactorial impact is shown, that allows predicting the growth of the underground pipeline walls, a researcher defect, for being interested at the moment, assuming the presence of this defect anywhere. The dependences of the pipeline's corrosion rate on the operation time in clay soil obtained empirically and experimentally coincide.

Keywords: corrosion; pipeline; soil composition; resistance; soil primer; electrical conductivity; buried pipeline.

Введение

В настоящее время протяженность подземных магистральных газопроводов ООО «Газпром трансгаз Ставрополь» составляет более 8000 тыс. км. Среди многочисленных проблем эксплуатации газопроводов важнейшей является защита от коррозии. На долю всех отказов по причине коррозии 65 % приходится на долю подземной коррозии. К основным сложностям при идентификации коррозионных процессов в условиях подземной прокладки трубопроводов относятся: невозможность визуального контроля, значительные погрешности при измерении специальной аппаратурой, сложности и субъективизм в интерпретации результатов измерений, большие трудозатраты при проведении обследований и т.д. Вот почему в условиях подземной коррозии огромное значение приобретает интерпретирование уже имеющейся базы данных ранее проводимых измерений, например на стадии проектных изысканий, выборочный мониторинг кор-розионно-опасных зон, выявленных с помощью методов электрометрической и электрохимической диагностик.

Основной задачей данной работы по определению потециально-прогнозируемой скорости коррозии (ППСК) является не учет фактора возможного нарушения изоляционного покрытия, а максимальное сужение (локализацию) области его поиска. ППСК - это не реальная скорость коррозии отдельной язвы на внешней поверхности подземного металлического трубопровода в дефектах изоляционного покрытия, а некоторая относительная характеристика способности данного участка трубы корродировать с той или иной скоростью.

Для поиска ППСК остановимся на следующих активно влияющих на нее факторах: воздухопроницаемость грунта; удельное электрическое сопротивление грунта; ионный состав грунтового электролита (засоленность).

По результатам многолетних испытаний коррозии стальных образцов в различных грунтах эмпирически была выведена зависимость: Р = т" , где Р - наибольшая глубина коррозии через время т мм; п - безразмерная константа, которая зависит от характеристик почвы и устанавливается опытным путем.

Принятым в России стандартом (СТО Газпром 9.0-001-2009) по определению коррозионной активности грунтов к стальным подземным сооружениям и коммуникациям в зависимости от значения удельного сопротивления грунта (ргр) рекомендованы следующие оценки (табл. 1).

Таблица 1

Рекомендуемые значения удельного электрического сопротивления грунта для оценки его коррозионной агрессивности

Коррозионная агрессивность грунта Удельное электросопротивление грунта ргр, Ом-м

Низкая Более 50

Средняя От 20 до 50

Высокая До 20

С ростом удельного сопротивления грунта скорость коррозии на стальной поверхности, в общем,

(Вг ,1 , F ), фосфаты (НРО2 ) и многие растворимые ионы органических кислот и оснований. Последние являются слабыми электролитами, и концентрация их достаточно мала, поэтому в данной работе не учитываются.

Зависимость ППСК от ионной силы грунтового электролита описывается уравнением ППСК = цп, где п - безразмерный коэффициент, зависящий от характеристики металла; ц - ионная сила грунтового электролита, моль/л (ц = 1/2^ CiZ'2 , где С{ - концентрация /-го (моль/л) иона, Z - его заряд).

Из уравнения следует, что для 1-1 зарядных электролитов ионная сила совпадает по величине с их концентрацией, а для других электролитов она всегда больше концентрации. Например, для 2-2 зарядного сильного электролита с молярностью с (при допущении, что а = 1 и с+ = с- = с) ионная сила равна учетверенной концентрации: ц = 1/2(с • 22 + с • 22) = 4с. Данные расчета ц основных компонентов грунтового электролита сведены в табл. 2.

Целью работы является определение прогнозируемой скорости коррозии подземных металлических сооружений (ПМС) на основании совокупности косвенных факторов, определяющих ее относительную величину на каждом отдельно взятом фиксированном участке.

Таблица 2

Значения ионной силы основных компонентов грунтового электролита

Компоненты грунтового электролита Концентрация, моль/л моль/л Компоненты грунтового электролита Концентрация, моль/л моль/л

НСО3 0,001 0,0005 Mg2+ 0,001 0,001

0,01 0,005 0,01 0,01

0,1 0,05 0,1 0,1

so4з 0,001 0,001 С104 0,001 0,0005

0,01 0,01 0,01 0,005

0,1 0,1 0,1 0,05

С1- 0,001 0,0005 С№3 0,001 0,0005

0,01 0,005 0,01 0,005

0,1 0,05 0,1 0,05

N03 0,001 0,0005 Вг3 0,001 0,0005

0,01 0,005 0,01 0,005

0,1 0,05 0,1 0,05

к+ 0,001 0,0005 I3 0,001 0,0005

0,01 0,005 0,01 0,005

0,1 0,05 0,1 0,05

№+ 0,001 0,0005 г3 0,001 0,0005

0,01 0,005 0,01 0,005

0,1 0,05 0,1 0,05

Са2+ 0,001 0,001 нро4з 0,001 0,001

0,01 0,01 0,01 0,01

0,1 0,1 0,1 0,1

сокращается. На рисунке представлено распределение средних скоростей коррозии в зависимости от удельного сопротивления грунта.

0,18 -

о U 0,16 -

0,14 -

я 0,12 -

о 0,10 -

а п 0,08 -

у л 0,06 -

о о 0,04 -

о У, 0,02 -

О 0 -

13 20 134 190

Среднее удельное сопротивление грунта, Ом-м

Зависимость скорости коррозии от удельного электрического сопротивления грунта

Аналитическая статистика показывает, что основными компонентами грунтового электролита, составляющих приблизительно 98 % от весовой части всех растворенных солей, являются: гидрокарбонаты (НСО3 ), сульфаты (304~), хлориды (С1 ), нитраты (N03), калий + натрий (К+№), кальций + магний (Ca+Mg). Гораздо реже в незагрязненных грунтах встречаются хлораты (С104), роданиды (С№3), другие галогениды - бромиды, иодиды, фториды

Экспериментальная часть

Для составления коррозионного прогноза подземного магистального газопровода выбран участок МГ «Ставрополь - Грозный II» от 322 до 332 км, диаметром 529 мм и маркой стали СТ17ГС, толщиной стенки 8 мм, сданный в эксплуатацию в 1965 г., общей протяженностью 10 км. Изоляционное покрытие - рези-нобитумное. Интересующее время - 45 лет эксплуатации. Активная защита осуществляется при помощи станций катодной защиты. Защищенность участка газопровода по протяженности 25 %.

Данный участок МГ «Ставрополь - Грозный II» проходит по равнинной местности, пересеченной балками, ручьями и каналами, и пролегает в одном техническом коридоре с магистральным газопроводом «Ставрополь - Грозный I».

Почвенно-грунтовые условия на участке прохождения газопровода довольно неоднородные. Грунты на уровне залегания газопровода представляют собой суглинок, глину с высокой, средней и низкой коррозионной агрессивностью. Удельное электрическое сопротивление грунта колеблется от 16 до 62 Ом-м. Зависимости глубины коррозионных дефектов (мм) от времени для различных типов грунтов приведены в табл. 3.

Таблица 3

Зависимость глубины коррозионных дефектов от времени

Год Суглинок Глина Год Суглинок Глина

0 0 0 23 3 4,5

1 1 1 24 3 4,6

2 1,3 1,4 25 3,1 4,7

3 1,5 1,7 26 3,128 4,78

4 1,6 2 27 3,2 4,9

5 1,8 2,2 28 3,2 5,0

6 1,9 2,4 29 3,2 5,0

7 2 2,5 30 3,3 5,1

8 2,1 2,7 31 3,3 5,2

Поступила в редакцию

Ионная сила коррозионной среды, безразмерный коэффициент п для грунтов различного литологиче-ского происхождения и ППСК приведены в табл. 4.

Таблица 4

Зависимость ионной силы, коэффициента n и ППСК от коррозионной среды

Коррозионная среда Ионная сила моль/л n ППСК, мм/год

Глина 0,051 0,48 0,24

Суглинок 0,042 0,35 0,32

Эти данные подтверждаются данными, полученными при анализе шурфовок МГ «Ставрополь -Грозный II» на рассматриваемом участке.

Произведен расчет экономического эффекта при выполнении работ, указанных в требованиях СТО Газпром 2-2.3-310-2009, который составляет 470000 руб. при обследовании 100 км газопровода.

Выводы

Настоящая работа является методологической основой для расчета одного из наиболее важных показателей риска - коррозионного утонения стенки подземного трубопровода. Реализация алгоритма расчета основных показателей коррозионного прогноза - потенциально-прогнозируемой скорости коррозии (ППСК) - позволяет оценить действительную опасность тех или иных дефектов наружной поверхности трубопроводов в масштабе реального времени.

На основании вышеизложенного можно заключить, что в условиях жестких финансовых ограничений наиболее эффектным в оценке риска подземных трубопроводов является:

- определение ППСК в любой интересующий исследователя момент времени на основании уже имеющейся базы изыскательских данных, электрометрических обследований трасс трубопроводов и внутритрубной диагностики;

- выявление участков подземных трубопроводов с различной степенью опасности, определяемой ППСК, необходимо для планирования приоритетных сроков ремонтных мероприятий.

26 декабря 2011 г.

Бырылов Иван Фадиалович - аспирант, кафедра «Технология электрохимических производств, аналитическая химия, стандартизация и сертификация», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. 8-906-453-15-18. E-mail: balakaivi@rambler.ru

Birilov Ivan Fadialovich - post-graduate student, department «Technology Electrochemical Production, Analytic Chemistry, Standardization and Certification», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8-906-453-15-18. E-mail: balakaivi@rambler.ru