Научная статья на тему 'Особенности проявления коррозионного растрескивания под напряжением магистральных газопроводов на территории Российской Федерации'

Особенности проявления коррозионного растрескивания под напряжением магистральных газопроводов на территории Российской Федерации Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
1551
221
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вести газовой науки
ВАК
Ключевые слова
КОРРОЗИОННОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ / МАГИСТРАЛЬНЫЙ ГАЗОПРОВОД / ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ / ТРУБНАЯ СТАЛЬ / ГРУНТ / МЕЖКРИСТАЛЛИТНОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ / STRESS CORROSION CRACKING / GAS MAIN / LABORATORY RESEARCH / PIPE STEEL / SOIL / INTERGRANULAR CRACKING

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Богданов Р. И., Ряховских И. В., Есиев Т. С., Завгороднев А. В., Игнатенко В. Э.

В работе рассмотрены характеристики основных типов коррозионного растрескивания под напряжением (КРН) трубных сталей, наблюдаемого в условиях эксплуатации подземных магистральных газопроводов (МГ). Отмечено, что на территории Российской Федерации для подземных МГ характерно транскристаллитное КРН в грунтовых электролитах с рН, близким к нейтральному. Объектом исследования служили фрагменты труб с трещинами, а также пробы грунта и грунтового электролита, отобранные в местах экскавации участка МГ ООО «Газпром трансгаз Ставрополь», пролегающего по территории Астраханской области. МГ выполнен из труб типоразмера 1020×10,0 мм, изготовленных из стали 17Г1С-У класса прочности К-52 и изолированных пленочным защитным покрытием трассового нанесения. По результатам металлографических исследований показано, что выявленные на участке МГ трещины относятся к повреждениям КРН и имеют межкристаллитный характер распространения («классическое» КРН), нетипичный для большинства ранее исследованных стресс-коррозионных повреждений металла труб, эксплуатируемых на территории РФ. Также установлено, что химический состав грунта вдоль трассы МГ не полностью отвечает составу коррозионно-активных сред, провоцирующих развитие «классического» КРН трубных сталей. С учетом современных представлений о механизмах коррозионно-механического разрушения трубных сталей в условиях эксплуатации МГ сделан вывод о том, что основным механизмом образования и развития выявленных КРН-повреждений служит локальное анодное растворение металла. Проведенное исследование показало, что область распространения «классического» КРН может оказаться шире, чем представлялось ранее. В частности, оно может быть обусловлено различным анионным составом грунтового электролита и протекать в разных геолого-климатических условиях.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Богданов Р. И., Ряховских И. В., Есиев Т. С., Завгороднев А. В., Игнатенко В. Э.

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

Features of stress corrosion cracking in gas mains at the territory of Russian Federation

The article contains detailed description of the main types of pipe steel stress corrosion cracking (SCC) apparent in operation of gas mains. It is depicted, that underground gas trunk pipelines at the territory of Russian Federation were subject of transcrystalline SCC in soils with pH close to a neutral one. The objects of research are the fragments of tubes with cracks, as well as the samples of soil and soil electrolyte taken in points of excavation at the section of Gazprom Transgaz Stavropol LLC gas main running along the territory of the Astrakhan Region. The trunk gas pipeline is made of tubes  1020×10 mm, manufactured from 17Г1С-У steel with strength index K-52 and sealed with a film protective coat of trace coatication. According to results of metallographic research it is shown, that detected cracks correspond to SCC damages and demonstrate an intercrystalline proliferation («classical» SCC), which is not typical for most of previously found stress-corrosion damages of pipes being used in Russia. Also it is determined, that chemical compound of the soil along the gas main route does not totally correspond to a composition of hot-spot media, provoking development of «classical» SCC of the pipe steels. On account of modern view of stress corrosion mechanical breakage of pipe steels in conditions of gas mains’ operation, it is concluded, that the main driver for origination of depicted SCC damages is a local anodic dissolution of metal. The carried out research has shown, that the sphere of «classical» stress corrosion cracking could be much wider, than it is believed now. In particular, it could be reasoned by varieties of the soil electrolyte compound and can eventuate in different geological and climatic environment.

Текст научной работы на тему «Особенности проявления коррозионного растрескивания под напряжением магистральных газопроводов на территории Российской Федерации»

УДК 621.644.07:[620.194.22+620.196.2]

Р.И. Богданов, И.В. Ряховских, Т.С. Есиев, А.В. Завгороднев, В.Э. Игнатенко

Особенности проявления коррозионного растрескивания под напряжением магистральных газопроводов на территории Российской Федерации

Ключевые слова:

коррозионное

растрескивание

под напряжением,

магистральный

газопровод,

лабораторные

исследования,

трубная сталь,

грунт,

межкристаллитное растрескивание.

Keywords:

stress corrosion cracking, gas main,

laboratory research,

pipe steel,

soil,

intergranular cracking.

Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) трубных сталей (стресс-коррозия) относится к числу наиболее актуальных проблем эксплуатации подземных магистральных газопроводов (МГ) [1-3]. Анализ отказов и результаты диагностических обследований участков МГ в России и за рубежом показали, что КРН подвержены газопроводы, пролегающие в различных природно-климатических районах, сооруженные из труб разного производства, отличающихся по конструкции и размерам. При этом образование и дальнейшее развитие повреждений КРН происходит на участках поверхности труб, находящихся в контакте с грунтовым электролитом под отслоившимся изоляционным покрытием, так называемым подпленочным электролитом [3-7]. В зависимости от состава подпленочного электролита выделяют два основных типа КРН трубных сталей - «классическое» межкристаллитное растрескивание в концентрированных карбонатных электролитах с высокими значениями рН и транскристаллитное растрескивание в разбавленных электролитах с рН, близким к нейтральному (табл. 1, [7-10]).

В настоящее время признано, что превалирующим механизмом развития КРН трубных сталей в грунтовых электролитах с высоким рН является локальное анодное растворение металла [11-14]. Большинство исследователей сходятся во мнении, что КРН в средах с рН, близким к нейтральному, обусловлено синергетическим действием механической нагрузки, наводороживания и локального растворения металла [15-21]. Указанные факторы оказывают на КРН взаимосвязанное воздействие, и многие авторы [15-21] считают, что нельзя однозначно выделить доминирующий фактор роста трещины. Однако некоторые исследователи все же полагают, что в растрескивании трубной стали в околонейтральных электролитах существенную роль играет водород [10]. По мнению других исследователей, основное влияние на рост трещины в трубной стали в слабокислых и нейтральных электролитах оказывает локальное анодное растворение металла [22-25]. При этом ученые полностью не исключают влияния на рН-нейтральное КРН атомарного водорода, который в зависимости

Таблица 1

Характеристики основных типов КРН [7-10]

Параметр КРН Высокий рН pH, близкий к нейтральному

Морфология трещин Межкристаллитные, узкие, без следов коррозии на берегах. Имеют склонность к ветвлению. Группируются в колонии Транскристаллитные, иногда широкие с растравленными берегами. Группируются в колонии

Ориентация на трубе Как правило, вдоль оси трубы параллельно друг другу

Коррозионная среда Концентрированные (от 0,1 до > 1,0 моль-дм-3) карбонат-бикарбонатные среды с pH > 9,3 Разбавленные (0,001-0,01 мольдм-3) растворы CO2 с pH = 5,5-7,5

Потенциал коррозии стали В относительно узком интервале потенциалов активно-пассивного перехода В области потенциалов активного растворения

Изоляция Отслоившаяся

Температурная зависимость Экспоненциально растет с повышением температуры Прямой зависимости не выявлено

от потенциала металла, рН раствора и его ионного состава может замедлять или ускорять растворение металла [26, 27].

Случаи «классического» КРН при высоких рН зафиксированы в США, Австралии, Иране, Аргентине, Саудовской Аравии [4]. В бывшем СССР «классический» тип растрескивания наблюдался на МГ, проложенных в пустынных и полупустынных районах Средней Азии и Казахстана [29]. Второй тип КРН трубных сталей в околонейтральных электролитах отмечается в Канаде, Италии и ряде других стран.

Анализ проб грунта, взятых с мест аварий на МГ в России, произошедших по причине КРН, а также морфология трещин исследованных темплетов труб свидетельствуют о том, что отечественные газопроводы подвержены рН-нейтральному КРН [1, 29]. При этом соответствующие аварийные разрушения металла труб происходили на МГ, пролегающих по территориям Западной Сибири, Урала и северных областей европейской части России [1], в то время как в южных регионах страны случаи КРН трубных сталей на МГ не фиксировались. На этом основании полагали, что в указанных регионах отсутствуют условия и факторы, приводящие к КРН металла труб.

В начале 2015 г. на одном из участков МГ ООО «Газпром Ставрополь» на территории Астраханской области в ходе проведения вну-тритрубной дефектоскопии и неразрушающе-го контроля поверхности труб в шурфах выявлены более 20 труб с трещинами, идентифицированными сотрудниками ООО «Газпром

ВНИИГАЗ» как стресс-коррозионные повреждения металла труб глубиной 1,5-5,0 мм, расположенные в диапазоне 3-9 ч по условному циферблату (рис. 1). Повреждения поверхности металла труб представляли собой узкие непротяженные колонии (скопления) трещин продольной ориентации относительно оси трубы (см. рис. 1б), отдельные трещины имели ступенчатую траекторию. Во всех случаях стресс-коррозионные повреждения выявлены на участках труб с неудовлетворительным состоянием изоляционного пленочного покрытия, образовывавшего многочисленные зоны отслоений. На поверхности труб вблизи мест локализации трещин практически отсутствовали коррозионные повреждения, однако о воздействии на металл труб околотрубной коррозионной среды свидетельствовали растравленные берега трещин. При этом на других участках газопровода в процессе обследования выявлены коррозионные язвы глубиной до 5 мм.

Отмечалось, что обнаруженные трещины имели отдельные признаки, присущие повреждениям КРН, однако их относительная ло-кализованность (непротяженность) при глу-бине 4-5 мм, растравленность берегов трещин, значительная коррозионная повреж-денность отдельных участков труб, а также природно-климатические условия эксплуатации рассматриваемого объекта не характерны для КРН газопроводов, пролегающих в центральных и северных регионах РФ. Таким образом, для окончательной идентификации механизма образования и роста обнаруженных

Рис. 1. Общий вид исследованного фрагмента трубы с частично отслоившимся защитным покрытием (а) и стресс-коррозионные повреждения металла, визуализированные с помощью магнитопорошкового метода (б)

стресс-коррозионных повреждений потребовалось провести дополнительные лабораторные исследования образцов металла поврежденных труб, а также проб грунта, отобранного в местах шурфовки указанного участка МГ.

Охарактеризованные обстоятельства обусловили актуальность работы по установлению закономерностей образования и развития выявленных стресс-коррозионных повреждений поверхности металла труб с учетом параметров и региональных особенностей эксплуатации участка МГ ООО «Газпром трансгаз Ставрополь».

Параметры и территориальные условия эксплуатации участка газопровода

В процессе идентификации стресс-коррозионных повреждений в соответствии с инструкцией [30] установлены следующие параметры газопровода. Участок МГ с указанными повреждениями расположен в пределах 10 км по ходу движения газа от компрессорной станции Астраханского газоперерабатывающего завода ООО «Газпром добыча Астрахань». МГ выполнен из труб диаметром 1020 мм с толщиной стенки 10 мм, изготовленных из стали 17Г1С-У класса прочности К-52 и изолированных пленочным защитным покрытием трассового нанесения. Период эксплуатации участка МГ до проведения диагностического обследования составил 30 лет.

Территория пролегания исследуемого участка МГ - Астраханская область - имеет низкую предрасположенность к КРН. Ранее стресс-коррозионные трещины на данном участке МГ не выявлялись. В зоне прокладки

МГ почва представляет собой солончаки, характерные для района Прикаспийской низменности. Растительный покров вдоль трассы газопровода практически отсутствует. Отмечены локальные заболоченные участки с характерной растительностью - осока, камыш (рис. 2). Грунт песчаный, на уровне пролегания МГ присутствуют грунтовые воды, выходящие на поверхность, рельеф местности в зоне обнаружения повреждений - барханы и заболоченные участки, грунт на глубине заложения мокрый с сильным обводнением.

Согласно предоставленным данным, рассматриваемый участок МГ имеет следующие режимные характеристики:

• среднее рабочее давление газа (Рср) равняется 4,6 МПа. Колебания давления газа в процессе эксплуатации не превышают 10 % от Рср;

• температура газа в зависимости от сезона изменяется от 24 до 62 °С;

Возможности воздействий, не предусмотренных проектом, в процессе эксплуатации трубопровода не установлено.

Методика лабораторных исследований

Металлографические исследования проводились на микрошлифах, вырезанных из фрагментов поврежденных труб диаметром 1020 мм с толщиной стенки 10 мм. Химический состав исследуемой трубной стали (табл. 2) определен методом спектрального анализа на эмиссионном спектрометре Spectro Lab S по ГОСТ 18895 [31]. Металлографические шлифы для изучения характера распространения трещин были изготовлены на трех поверхностях: непосредственно со стороны поверхностного

а б

Рис. 2. Общий вид территории пролегания участка МГ (а) и место экскавации трубопровода (б)

Таблица 2

Химический состав исследуемой трубной стали, % масс.

C Si Mn P S Cr Ni Cu Al Ti V Nb

0,155 0,51 1,22 0,019 0,016 0,042 0,05 0,07 0,03 0,009 - -

слоя, на сечениях - перпендикулярном и параллельном оси трубы.

Металлографические исследования выполнены методами оптической микроскопии на приборе Axiovert 40MAT фирмы Zeiss и методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) на приборе JSM-6610LV фирмы JEOL, оснащенном системой энергодисперсионного микроанализа INCAEnergyFeatureXT, а также волнодисперсионным спектрометром INCAWave 500, что позволило определить качественный и количественный составы продуктов коррозии в трещинах. Дополнительно проводили исследование микроструктуры стали на растровом электронном микроскопе JSM-35C фирмы JEOL.

Металлографические исследования подразумевали анализ структуры стали с определением номера зерна феррита по ГОСТ 5639 [32], балла полосчатости феррито-перлитной структуры по ГОСТ 5640 [33], загрязненности стали неметаллическими включениями в соответствии с эталонными шкалами по ГОСТ 1778 [34]. Исследования микроструктуры выполнены после травления шлифов в 4%-ном спиртовом растворе HNO3. С целью лабораторного определения химического состава грунта и его наводо-роживающей способности были отобраны пробы грунта весом до 1 кг и грунтового электролита объемом 0,5 л в местах экскавации трубопровода. Пробы отбирали из шурфа с глубины

1,5-2 м, герметично упаковывали в пластиковые контейнеры и маркировали. Величину рН грунта (грунтового электролита) и содержание в нем коррозионно-агрессивных веществ, провоцирующих КРН трубной стали, определяли в соответствии с методикой [35]. Скорость внедрения водорода в сталь в исследуемом грунте регистрировали с помощью датчиков наводорожи-вания ДН-2 [36]. Дополнительно определяли содержание хлорид- и сульфат-ионов в пробах грунта (грунтового электролита) в соответствии со стандартными методиками [37, 38].

Металлургическое качество и микроструктура исследуемой стали, характеристика стресс-коррозионных повреждений

Анализ параметров микроструктуры, показал следующее: сталь имеет феррито-перлитную микроструктуру (рис. 3а), полосчатость структуры соответствует 3 баллам по ГОСТ 5640 [33], размер зерна феррита соответствует № 10-12 по ГОСТ 5639 [33]. При исследовании нетравленой поверхности микрошлифов выявлено наличие различных неметаллических включений (рис. 3б), загрязненность которыми по каждому виду не превышает 2 баллов по ГОСТ 1778 [34]. В основном в исследуемой стали присутствуют сульфиды марганца (Мп8) как в виде строчек, так и в виде скоплений.

Рис. 3. Структура исследуемой стали (а) и вид неметаллических включений (б)

В ряде исследований [1, 39-41] указано, что традиционные неметаллические включения типа Ми8 могут служить очагами возникновения КРН. На рис. 4 показан характерный вид выявленных на участке МГ трещин глубиной 4-5 мм, что составляет 40-50 % от толщины стенки трубы. Для всех исследованных трещин в поперечном сечении образцов отмечается значительное микроветвление по мере развития повреждения вглубь стенки трубы. Известно, что микроветвление трещин в процессе развития КРН трубных сталей происходит вследствие их межкристаллитного роста и зависит от микроструктуры материала, а также от доминирующего механизма коррозионного воздействия [42], в данном случае локального анодного растворения стали по границам зерен.

Вид повреждений после травления микрошлифов приведен на рис. 5. Такой характер

распространения трещин указывает на меж-кристаллитный тип КРН трубных сталей.

На рис. 6 показан участок поверхности трубы с характерным коррозионным поражением металла. Видно интенсивное растворение металла и образование достаточно широких коррозионных язв, которые могут служить дополнительными концентраторами напряжений для зарождения трещин. Однако на дне коррозионной язвы трещины отсутствуют.

Металлографическое исследование на растровом микроскопе показало, что микроструктура стали соответствует феррито-перлитному состоянию с ярко выраженной полосчатостью (рис. 7б). Наблюдаемые трещины носят коррозионный характер, полость трещины заполнена продуктами коррозии. Как видно на рис. 7в-е, коррозия развивается по границам ферритных зерен. На рис. 7е стрелками

200 мкм

а б

Рис. 4. Общий вид зоны с наиболее протяженной и глубокой трещиной (а) и траектории распространения трещин в различных направлениях (б)

: Г.дг -''Г*

ч < '

■ ■ - ■■'"■л , »4-7 —-"V- Л--...1 -Ч5Г •

4 >-. с*

- - чГ* Л. ♦ , - » .

50 мкм

ШШШё,

V

Щ5*.

50 мкм

•у«..' С 9 * >< ■

б

Рис. 5. Травленый шлиф (а) и траектория распространения трещины (б)

а

Рис. 6. Вид стресс-коррозионного повреждения

показано зарождение коррозионного повреждения по границам ферритных зерен. По мере раскрытия трещины в более глубоких слоях металла коррозионное растравливание ускоряется, формируя большие объемы поражения в сравнении с периферийными областями. При микроструктурном исследовании не обнаружено пор и ми-крофлокенов, что исключает растрескивание стали по механизму водородного охрупчивания.

При исследовании образцов методом просвечивающей электронной микроскопии не выявлено каких-либо неблагоприятных образований и выделений по границам ферритных зерен.

Обобщая приведенные данные металлографических исследований, можно заключить, что трещины на участке МГ относятся к стресс-коррозионным повреждениям с признаками межкристаллитного характера распространения вглубь металла (узкие, ветвистые, внешняя поверхность стали в местах повреждений практически без следов коррозии). Основным механизмом образования и развития указанных повреждений является локальное анодное растворение металла.

Состав продуктов коррозии в трещинах

При определении состава продуктов коррозии, заполняющих полость трещин, установлено, что они представляют собой осадок сложного состава, включающего элементы как присутствующие в стали, например 81 и Мп, так и другие, например №, концентрация которого составляет 0,58-1,13 %. В осадке, заполняющем трещину, также в незначительном количестве

а б в

где Рис. 7. Фрагменты микроструктуры исследуемой стали в зоне формирования поверхностных трещин, полученные при исследовании на растровом микроскопе

Таблица 3

Результаты энергодисперсионного анализа химического состава продуктов коррозии в трещинах

Спектр Содержание элементов, % масс.

О № 81 Р 8 С1 Мп Ее

1 4,80 0,00 0,09 0,00 0,06 0,00 1,44 93,62

2 33,67 0,58 0,18 0,05 0,06 0,08 0,92 64,46

3 36,49 0,66 0,14 0,08 0,04 0,06 0,94 61,59

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

-г-

кг

ч.

"Шш 1 Х1000

Рис. 8. Точки взятия проб для дисперсионного анализа продуктов коррозии в полости трещины (цифры соответствуют номерам спектров в табл. 3)

присутствуют сера и хлор. Наличие натрия и хлора в осадке продуктов коррозии дает основание считать, что коррозионный процесс происходил с участием хлорида натрия. В качестве примера приведен состав продуктов коррозии в полости одной из трещин (табл. 3, рис. 8).

Химический состав и наводороживающая способность грунта

Как отмечено ранее, по результатам металлографических исследований образцов металла труб установлено, что выявленные на МГ трещины развиваются межкристаллитно. Такой характер распространения трещин, как правило, наблюдается в концентрированных карбонат-

бикарбонатных средах с рН > 9 (см. табл. 1). Химический анализ проб грунта в местах шур-фовки исследуемого участка МГ показывает, что значения рН находятся в диапазоне 7,9-8,2 ед., а концентрация карбонатсодержа-щих соединений не превышает 7,8 10-3 моль/л (табл. 4). Примечательно, что при диагностическом обследовании поверхности труб в местах образования трещин, характерных для КРН, карбонатных отложений белого цвета не зафиксировано. Таким образом, химический состав грунта вдоль трассы МГ не полностью отвечает составу коррозионно-активных сред, провоцирующих развитие «классического» межкри-сталлитного КРН трубных сталей.

Исходя из данных табл. 4 в исследованных пробах грунта преобладают хлориды, что является характерным признаком хлоридного солончака. Также в грунте содержится незначительное количество сульфат-ионов. Известно, что хлорид- и сульфат-ионы могут влиять на скорость активного растворения железа и величину потенциала питтингообразования, тем не менее влияние указанных компонентов грунта на КРН трубных сталей не исследовалось [8].

Учитывая близость месторасположения исследуемого участка МГ к газоперерабатывающему заводу, можно ожидать повышенной концентрации в околотрубном электролите суль-фидсодержащих соединений, которые служат активаторами растворения и промоторами на-водороживания стали [22]. В пробах грунта

Таблица 4

Химический состав и наводороживающая способность грунта:

[С] - сумма концентраций карбонат- и бикарбонат-ионов; [8] - сумма концентраций сероводорода, бисульфид- и сульфид-ионов; [С1] - концентрация хлорид ионов; [804 - концентрация сульфат ионов; 1н - скорость внедрения водорода в сталь

№ пробы рн [С], моль/л [8], моль/л [С1], моль/л [804], моль/л 1н, мкА

1 7,94 5,0Е-03 2,3Е-08 3,4Е-01 3,3Е-04 14

2 8,17 5,0Е-03 8,9Е-05 2,4Е-01 4,5Е-04 31

3 8,14 7,8Е-03 3,9Е-04 6,6Е-01 2,6Е-04 10

значение [8] изменяется в широком диапазоне (примерно на 4 порядка величины) и не превышает 3,910-4 моль/л (см. табл. 4). Научные данные о влиянии сульфидсодержащих соединений на развитие КРН в средах с высоким рН отсутствуют, в то же время однозначно установлено, что сульфид- (бисульфид-) ионы стимулируют образование и развитие трещин в трубных сталях в средах с рН, близким к нейтральному [22, 43].

Значения 1н в исследованных пробах грунта изменяются в диапазоне 10-31 мкА. В работе [44] показано, что для трубных сталей различных марочных составов и классов прочности критические величины 1н, свыше которых наблюдается водородное охрупчивание, значительно отличаются и зависят в том числе от типа и уровня приложенной механической нагрузки.

По результатам металлографических исследований не установлено наличия ловушек водорода (микропор, флокенов) в поврежденных участках металла труб, что исключает возможность образования и развития выявленных стресс-коррозионных повреждений по классическому механизму водородного охруп-чивания. Однако нельзя полностью исключать влияния на процесс КРН абсорбированного сталью диффузионно-подвижного водорода, который может приводить к локальному изменению пластичности приповерхностных слоев металла в вершине трещины [8, 45, 46].

Обязательным условием образования и роста межкристаллитных трещин является нахождение потенциала коррозии трубной стали в узком интервале потенциалов активно-пассивного перехода (см. табл. 1). Исследуемая трасса МГ пролегает в песчаном грунте, который должен быть хорошо аэрирован. Растворенный в грунтовом электролите кислород способствует образованию оксидной пленки на поверхности металла, а значит, потенциал коррозии стали может находиться в области активно-пассивного перехода. Однако для подтверждения выдвинутой гипотезы необходимо измерить содержание кислорода в грунте непосредственно на трассе газопровода с помощью

специальных зондов по методике [36].

***

Таким образом, результаты металлографических исследований и совокупность наблюдаемых параметров (распространение трещин вглубь металла по границам зерен, состав

продуктов коррозии на поверхности трещин) дают основание утверждать, что выявленные на участке МГ ООО «Газпром трансгаз Ставрополь» трещины относятся к повреждениям КРН, которые были образованы и развивались по механизму локального анодного растворения металла.

Установлено, что выявленные трещины по морфологии существенно отличаются от типичных стресс-коррозионных повреждений, встречающихся на эксплуатируемых в России газопроводах. Они узкие, ветвистые, хаотично распространяются вглубь трубной стали меж-кристаллитным образом с сохранением четко очерченного контура границ зерен. Подобные случаи растрескивания ранее описаны применительно к североамериканским и среднеазиатским газопроводам.

Установлено, что химический состав грунта вдоль трассы МГ не полностью отвечает составу коррозионно-активных сред, провоцирующих развитие «классического» КРН трубных сталей. А именно отмечаются:

• низкая концентрация карбонатсодержа-щих соединений;

• присутствие сульфидсодержащих соединений, влияние которых на распространение КРН в средах с высоким уровнем рН в настоящее время не исследовано;

• высокая концентрация хлорид-ионов в грунте, которая ранее не зафиксирована на участках повышенной стресс-коррозионной поврежденности МГ.

Выявлено интенсивное коррозионное повреждение металла труб с образованием достаточно широких и глубоких коррозионных язв (глубиной до 5 мм) в местах отсутствия стресс -коррозионных повреждений, что свидетельствует о достаточно высокой коррозионной агрессивности грунта. При этом на дне коррозионных язв повреждения КРН отсутствуют.

Сложившиеся модельные представления о механизме «классического» растрескивания в концентрированных карбонатных электролитах не позволяют описать все случаи межкри-сталлитного КРН трубных сталей в условиях эксплуатации газопроводов. Проведенное исследование указывает на то, что сфера проявления «классического» КРН может быть несколько шире, чем представлялось ранее; в частности, оно может быть связано с различным анионным составом грунтового электролита и протекать в разных геолого-климатических условиях.

Необходимо выполнить дополнительные трассовые обследования грунтов на исследуемом участке МГ с определением значений рН, содержания кислорода, сульфид-и карбонат-ионов, а также потенциала коррозии металла в грунте. Далее по результатам

трассовых измерений следует разработать модельный грунтовый электролит для проведения коррозионно-механических испытаний образцов трубной стали в лабораторных условиях с целью определения скорости роста трещин.

Список литературы

1. Арабей А.Б. Коррозионное растрескивание под напряжением труб магистральных газопроводов: атлас / А.Б. Арабей,

З. Кношински. - М.: Наука, 2006. - 105 с.

2. Cheng Y.F. Stress corrosion of pipeline / Y.F. Cheng. - Hoboken: John Wiley & Sons Publishing, 2013. - 257 p.

3. Алимов С.В. Концепция диагностирования и ремонта магистральных газопроводов

в регионах с высокой предрасположенностью к стресс-коррозии / С.В. Алимов, А.Б. Арабей, И.В. Ряховских и др. // Газовая промышленность. - 2015. - № 724: спецвыпуск. - С. 10-15.

4. MH-2-95. Public inquiry concerning stress corrosion cracking on Canadian oil and gas pipeline steels: rep. NEB. - 1996. - 147 p.

5. Антонов В.Г. Исследование условий

и причин коррозионного растрескивания труб магистральных газопроводов / В.Г. Антонов, А.В. Балдин, З.Т. Галиуллин и др. - М.: ВНИИЭгазпром, 1991. - 43 с.

6. Канайкин В. А. Разрушение труб магистральных газопроводов / В.А. Канайкин, А.Ф. Матвиенко. - Екатеринбург, 1997. - 102 с.

7. Baker M. Stress corrosion cracking study: final report for OPS TTO8. Integrity Management Program / M. Baker; Department of Transportation. - Calgary, Canada: Office of Pipeline Safety, 2005.

8. Малкин А.И. Процессы зарождения и роста коррозионных трещин на стали магистральных трубопроводов. Ч. 1: Современные представления о механизмах коррозионного растрескивания сталей в водных средах / А.И. Малкин, А.И. Маршаков, В.Э. Игнатенко и др. // Коррозия: материалы, защита. - 2009. -№ 10. - С. 1-16.

9. King F. Stress corrosion cracking of carbon steel used fuel containers in a Canadian deep geological repository in sedimentary rock: report № NWMO TR-2010-21 / F. King. - Toronto, Canada: NWMO, 2010. - 34 p.

10. Parkins R.N. Transgranular stress corrosion cracking of high-pressure pipelines in contact with solutions of near neutral pH / R.N. Parkins, W.K. Blanchard, B.S. Delanty // Corrosion. -1994. - V. 50. - № 5. - P. 394-408.

11. Song F.M. Predicting the mechanisms and crack growth rates of pipelines undergoing SCC at high pH / F.M. Song // Corrosion Science. - 2009. -V. 51. - P. 2563-2657.

12. Wang Q. SCC initiation for X65 pipeline steel

in the «high» pH carbonate/bicarbonate solution / Q. Wang, A. Atrens // Corrosion Science. - 2003. -V. 45. - P. 2199-2217.

13. Lu J. B.T. Crack growth model for pipelines exposed to concentrated carbonate-bicarbonate solution with high pH / J. B.T. Lu, F. Song,

M. Gao et al. // Corrosion Science. - 2010. -V. 52. - P. 4064-4072.

14. Arafin M.A. A new understanding of intergranular stress corrosion cracking resistance of pipeline steel through grain boundary character

and crystallographic texture studies / M.A. Arafin, J.A. Szpunar // Corrosion Science. - 2009. -V. 51. - P. 119-128.

15. Стеклов О.И. Развитие системного подхода к анализу стресс-коррозионной повреждаемости магистральных газопроводов: обзор. инф. / О.И. Стеклов, Т.С. Есиев,

И.А. Тычкин. - М.: ИРЦ Газпром, 2000. -С. 51. - (Защита от коррозии оборудования в газовой промышленности).

16. Zhang C. Synergistic effects of hydrogen and stress on corrosion of X100 pipeline steel in a near-neutral pH solution /

C. Zhang, Y.F. Cheng // Journal of Materials Engineering and Performance. - 2010. - V. 19. -№ 9. - P. 1284-1289.

17. Egbewande A. Transgranular crack growth in the pipeline steels exposed to near-neutral pH soil aqueous solutions: discontinuous crack growth mechanism / A. Egbewande, W. Chen, R. Eadie // Corrosion Science. - 2014. - V. 83. - P. 343-354.

18. Lu B.T. Effects of dissolved hydrogen and elastic and plastic deformation on active dissolution

of pipeline steel in anaerobic groundwater of near-neutral pH / B.T. Lu, J.L. Luo, P.R. Norton et al. // ActaMaterialia. - 2009. - V. 57. - № 1. - P. 41-49.

19. Tang X. Quantitative characterization by micro-electrochemical measurements of the synergism of hydrogen, stress and dissolution on near-neutral pH stress corrosion cracking of pipelines / X. Tang, Y.F. Cheng // Corrosion Science. -2011. - V. 53. - P. 2927-2933.

20. Xu L.Y. Development of a finite element model for simulation and prediction

of mechanoelectrochemical effect of pipeline corrosion / L.Y. Xu, Y.F. Cheng // Corrosion Science. - 2013. - V. 73. - P. 150-160.

21. Eslami A. Effect of CO2 and R-ratio on near-neutral pH stress corrosion cracking initiation under a disbonded coating of pipeline steel / A. Eslami, R. Kania, B. Worthingham et al. // Corrosion Science. - 2011. - V. 52. - P. 23182327.

22. Marshakov A.I. Effect of electrolyte composition on crack growth rate in pipeline steel /

A.I. Marshakov, V.E. Ignatenko, R.I. Bogdanov et al. // Corrosion Science. - 2014. - V. 83. -

P. 209-216.

23. Богданов Р.И. Влияние состава раствора на скорость роста трещины в трубной стали Х70 при статической и циклической нагрузке / Р.И. Богданов, А.И. Маршаков,

B.Э. Игнатенко // Коррозия: материалы, защита. - 2011. - № 11. - C. 30-38.

24. Арабей А.Б. Влияние состава коррозионной среды на скорость роста трещины в трубной стали Х70 / А.Б. Арабей, Р.И. Богданов, В.Э. Игнатенкои др. // Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2011. -Т. 47. - № 2. - C. 208-217.

25. Богданов Р.И. Влияние пероксида водорода на скорость роста трещины в трубной стали Х70 при статической нагрузке / Р.И. Богданов, В.Э. Игнатенко, А.И. Маршаков // Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2013. -

V. 49. - № 5. - C. 526-532.

26. Маршаков А. И. Влияние атомарного водорода на анодное растворение железа в слабокислом сульфатном электролите / А.И. Маршаков, М.А. Малеева, А.А. Рыбкина и др. // Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2010. - V. 46. - № 1. - P. 36-45.

27. Маршаков А.И. Кинетика активного растворения наводороженной углеродистой стали в сульфидсодержащей среде, имитирующей грунтовый электролит / А.И. Маршаков, Т.А. Ненашева // Коррозия: материалы, защита. - 2010. - № 7. - С. 1-6.

28. Гареев А.Г. Прогнозирование коррозионно-механических разрушений магистральных трубопроводов: обзор. инф. / А.Г. Гареев, И.А. Иванов, И.Г. Абдуллин и др. - М: ИРЦ Газпром, 1997. - 170 с.

29. Сергеева Т.К. Состояние проблемы стресс-коррозии в странах СНГ и за рубежом: обзор. инф. / Т.К. Сергеева, Е.П. Турковская, Н.П. Михайлов и др. - М.: ИРЦ Газпром, 1998. - 98 с.

30. СТО Газпром 2-2.3-760-2013. Инструкция по идентификации коррозионного растрескивания под напряжением металла труб как причины отказов магистральных газопроводов / Т.С. Есиев, И.В. Ряховских и др. - М.: ИРЦ Газпром, 2013. - 43 с.

31. ГОСТ 18895-97. Сталь. Метод фотоэлектрического спектрального анализа.

32. ГОСТ 5639-82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна.

33. ГОСТ 5640-68. Сталь. Металлографический метод оценки микроструктуры листов и ленты.

34. ГОСТ 1778-70. Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений.

35. Р Газпром 2-2.3-761-2013. Методика определения характеристик грунтов, провоцирующих коррозионное растрескивание под напряжением металла на магистральных газопроводах / А.И. Маршаков, В.Э. Игнатенко, М.А. Петрунин и др. - М.: ИРЦ Газпром, 2015. - 15 с.

36. Маршаков А.И. Мониторинг внешней коррозии подземных стальных трубопроводов / А.И. Маршаков, Н.А. Петров, Т.А. Ненашева

и др. // Коррозия: материалы, защита. - 2011. -№ 4. - С. 13-23.

37. ГОСТ 26426-85. Почвы. Методы определения иона сульфата в водной вытяжке.

38. ГОСТ 26425-85. Почвы. Методы определения иона хлорида в водной вытяжке.

39. Chu R. Microstructure dependence of stress corrosion cracking initiation in X65 pipeline steel exposed to a near-neutral pH soil environment / R. Chu, W. Chen, S.-H. Wang et al. // Corrosion. -2004. - V. 60. - № 3. - P. 275.

40. Wang S.-H. Precyclic-loading-induced stress 44. corrosion cracking of pipeline steels in a near-neutral-pH soil environment / S.-H. Wang,

W. Chen, F. King et al. // Corrosion. - 2002. -V. 58. - № 6. - P. 526.

41. Koh S.V. Effect of line pipe steel microstructure 45. on susceptibility to sulfide stress cracking /

S.V. Koh, J.S. Kim, B.Y. Yang et al. // Corrosion. -2004. - V. 60. - № 3. - P. 244.

42. Ряховских И.В. Совершенствование

методов оценки стойкости газопроводных 46.

сталей к коррозионному растрескиванию под напряжением (стресс-коррозии) / И.В. Ряховских, Т.С. Есиев, С.А. Кохтев // Физика и химия обработки материалов. -2012. - № 4. - С. 88-93.

43. Jack T.R. Generation of near-neutral pH and high pH SCC environments on buried pipelines / T.R. Jack, B. Erno, K. Krist et al. // Corrosion 2000. - Paper 00362.

Игнатенко В.Э. Влияние катодной поляризации на скорость коррозионного растрескивания трубных сталей / В.Э. Игнатенко, А.И. Маршаков, В.А. Маричев и др. // Защита металлов. - 2000. - V. 36. - № 2. - C. 132-139.

Lu B.T. A mechanistic study on neutral pH stress corrosion cracking in pipeline steels / B.T. Lu, J.L. Lio // Proc. of the Second International Conference on Environment-Induced Cracking of Metals. - Alberta, Canada, 2004. - P. 243.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Lynch S.P. Towards understanding the mechanisms and kinetics of environmentally assisted cracking. In: Environment-induced cracking of materials / S.P. Lynch // Chemistry, mechanics and mechanisms. - Elsevier, 2008. - V. 1. - P. 167.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.