CC BY
54
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ, ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ
ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ Ягафаров А.В.
Ягафаров Артемий Владимирович - студент магистратуры, направление: нефтегазовое дело, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень
Аннотация: актуальность темы в том, что снижение негативного воздействия и влияния магистральных трубопроводов на окружающую среду в процессе их возведения и эксплуатации является одной из приоритетных задач современного строительства, поэтому разработка технических решений в целях повышения надежности трубопроводов и снижения антропогенного воздействия на окружающую среду является актуальной проблемой на сегодняшний день. Ключевые слова: трубопроводы, химическая коррозия,электрохимическая коррозия,виды коррозиционныхразрушений, пассивная защита.
УДК 661.91-403.3
Функционирование трубопроводов происходит в жестких условиях, поскольку они подвергаются различным нагрузкам - внутреннему давлению, осевым растягивающим или сжимающим напряжениям, давлению грунта засыпки и подвижных средств, перепадам температур.
Все эти факторы способствуют развитию коррозии на внутренней и внешней поверхности стенки трубопровода, и, как следствие - возникновению утечек и аварий. Именно по этой причине большее внимание уделяется надежности и эффективности работы магистральных трубопроводов.
Трубопровод, уложенный в грунт, подвергается почвенной коррозии, а проходящий над землей - атмосферной. По характеру взаимодействия металла с окружающей средой различают два основных вида коррозии: химическую и электрохимическую.
Химическая коррозия относится к случаям изменения свойств металла в результате химических реакций без возникновения и протекания электрического тока. К этому виду коррозии относятся газовая коррозия и коррозия в неэлектролитах.
Электрохимическая коррозия - это окисление металлов в электропроводных средах, сопровождающееся образованием и протеканием электрического тока. При этом на различных участках поверхности металла возникают анодные и катодные участки. Коррозионные разрушения образуются только на анодных участках.
К электрохимическим коррозионным процессам относятся:
- коррозия в электролитах (жидкостях, проводящих электрический ток: речная и морская вода, растворы солей, кислот и щелочей);
- почвенная коррозия - разрушение металла под воздействием почвенного электролита;
- контактная коррозия - коррозия металлов в присутствии воды, вызванная непосредственным контактом двух и более металлов, имеющих разный электрохимический потенциал;
- атмосферная коррозия - разрушение металла в среде атмосферного воздуха или любого другого влажного газа;
Процесс коррозии металла начинается с его поверхности и распространяется вглубь (рис. 1). Различают сплошную и местную коррозию.
При сплошной коррозии вся поверхность металла покрыта слоем продуктов коррозии. Неравномерность сплошной коррозии прямо пропорционально зависит от агрессивности коррозионной среды.
Местная коррозия - разрушение металла на отдельных участках поверхности. Различают следующие виды местной коррозии:
- пятнами (толщина слоя продуктов коррозии много меньше площади пятна);
- язвенная (глубина повреждения значительна и соизмерима с его площадью);
- точечная (питтинговая) - глубина повреждения много больше его диаметра.
Рис. 1. Основные виды коррозионных разрушений
На интенсивность протекания процессов коррозии оказывают влияние различные факторы:
- неоднородный состав стали (содержащиеся в стали легирующие добавки и примеси благоприятствуют образованию коррозионных пар в агрессивной среде);
- неоднородность условий на поверхности металла (наличие царапин, вмятин, сварных швов, окалины на поверхности металла приводит к образованию анодных и катодных участков и является очагами коррозии);
- неоднородность условий окружающей среды: различная влажность грунта в области прокладки трубопровода и различная аэрация (доступ кислорода к участкам трубопровода);
- неоднородность транспортируемой среды (наличие воды и растворенных солей может привести к образование ручейковой коррозии на внутренней поверхности трубопровода).
Основные способы защиты трубопроводов от коррозии
Способы, продляющие срок службы трубопровода, условно разделяют на четыре группы:
- Пассивная защита. Заключается в нанесении на поверхность трубы защитного изоляционного покрытия на основе битума, полимерных лент или напыленного полимера. Изоляционные покрытия должны обладать сплошностью, высокой диэлектрической щ способностью, адгезией, щ механической прочностью, водонепроницаемостью, эластичностью, биостойкостью, Н термостойкостью, долговечностью и недифицитностью.
- Введение в металл компонентов, повышающих коррозионную стойкость. Метод применяется на стадии изготовления металла. Одновременно из металла удаляются примеси, понижающие коррозионную устойчивость.
Чаще всего применяется метод пассивной защиты - покрытие внутренней и внешней стенок трубы изоляционными материалами (Рис. 2).
Наружный спой на основе
э кструдирова н но го пол иэтилсна Слой П П V
Рис. 2. Слои изоляции
Созданные с использованием нанотехнологий материалы поднимут на новый уровень качество I труб с антикоррозионным I покрытием. Это I повысит их конкурентоспособность, увеличит срок эксплуатации и изменит физико-химические свойства покрытий. Это обстоятельство немаловажно в связи со строительством газопроводов в сложных климатических условиях территорий с большими и резкими колебаниями температур.
Применение углеродных нанотрубок и углеродных нановолокон как наполнителей полимеров позволяет улучшить ряд показателей:
- повысить электропроводность;
- увеличить теплопроводность, теплостойкость, температуру воспламенения;
- придать антистатические свойства;
- улучшить механические характеристики (прочность при растяжении и на разрыв; увеличить I модуль упругости I и предельное растяжение; I повысить износостойкость);
- увеличить адгезионную прочность и расширить температурный диапазон применения (от - 60 до 250°С);
- обеспечить устойчивость к воздействию агрессивных рабочих сред.
Выводы
Таким образом, можно сделать вывод, что определяющим критерием экологической безопасности трубопроводных систем является их конструктивная надежность - один из основных показателей I качества любой конструкции (системы), I заключающаяся в ее способности выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные свойства в течение 1требуемого промежутка времени «жизненного цикла».
Отказ магистрального I газопровода, проявляющийся в местной потере герметичности стенки 1трубы, трубных деталей или в общей потере 1прочности в результате разрушения, приводит, как правило, к значительному экологическому
ущербу с возможными непоправимыми последствиями I для окружающей природной среды.
Одним из способов предотвращения разрушения стенки трубопровода является использование новых высококачественных материалов для изготовления изоляционных покрытий.
Добавление при изготовлении изоляционных покрытий углеродных нановолокон -эффективный способ улучшения физико-механических характеристик изоляционных материалов на основе полиэтилена - прочность и износостойкость полимерного материала на основе сверхмолекулярного полиэтилена повышается в несколько раз, коэффициент трения снижается.
Список литературы
1. Земенков Ю.Д. Сбор и подготовка нефти и газа: учебник / Ю.Д. Земенков. Москва: Академия, 2009. 159 с.
2. Бачериков А.С. Диагностика в системе технического обслуживания объектов трубопроводного транспорта: учебное пособие для студентов нефтегазового профиля / А.С. Бачериков [и др.]; общ. ред. Ю.Д. Земенкова. ТюмГНГУ. СПб: Недра, 2009. 384 с.
3. Шиповалов А.Н. Аспекты технологической надежности и экономической эффективности эксплуатации подземных хранилищ природного газа Западной Сибири: монография / Ю.Д. Земенков, С.Ю. Торопов, С.Ю. Подорожников, М.Ю. Земенкова, И.В. Тырылгин, В.П. Павлов. Тюмень: ТюмГНГУ, 2012. 344 с.
4. Методологические основы научных исследований: учебное пособие для студентов нефтегазового профиля / ред. Ю.Д. Земенков. Тюмень: Вектор Бук, 2013. 289 с.
5. Мониторинг гидродинамических и технических характеристик трубопроводных систем: учебное пособие для студентов нефтегазового профиля / ред. Ю.Д. Земенков. Тюмень: Вектор Бук, 2013. 445 с.
