СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 62

Е.А. Буравлев

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ

В работе рассматривается электрическое поле токов катодной защиты трубопроводов и его распределение. Рассмотрены основные принципы и расчетные зависимости оптимального регулирования режимов работы средств ЭХЗ трубопроводов промышленных площадок и линейной части магистральных трубопроводов, выделены недостатки существующих методик. Показана возможность применения систем дистанционного коррозионного мониторинга для решения задач оптимального управления, с использованием параметров, измеряемых системой в различных точках трубопровода.

Ключевые слова: газопровод, защита, блуждающие токи, антикоррозионная защита.

Общая протяженность магистральных газопроводов в Российской Федерации составляет более 171 тысяч км и постоянно увеличивается. Магистральные нефте- и газопроводы позволяют перемещать огромные объемы энергоносителей на большие расстояния, преимуществами которых являются надежность, низкая стоимость и бесшумность.

Магистральные трубопроводы работают в различных природно-климатических условиях. Трубопроводы прокладываются под землей и над поверхностью, по дну морской воды и рек, озер и болот. Рабочая температура трубопровода тоже бывает разной, она может быть отрицательной или положительной.

Основным материалом для изготовления магистрального трубопровода является сталь, которая во время эксплуатации подвергается коррозионному воздействию окружающей среды вокруг трубопровода.

Основной причиной аварий подземных магистральных трубопроводов является коррозия, коррозия внешней стенки трубопровода составляет около 95% поломок, а коррозия внутренней стенки трубопровода составляет всего 5%.

Основная задача организаций, эксплуатирующих магистральные трубопроводы - обеспечить бесперебойную работу объекта в течение заявленного срока службы. Решение этой проблемы комплексное и зависит от повышения качества проектирования, строительства и эксплуатации объектов трубопроводного транспорта.

Одна из причин аварии - нарушение требований по антикоррозийной защите магистрального газопровода и контролю ее эффективности.

Для обеспечения работоспособности магистральных трубопроводов эксплуатирующим организациям необходимо проводить плановые проверки их коррозийного состояния, внедрять современные методы дистанционного коррозийного мониторинга, контролировать эффективность противокоррозионной защиты, устранять повреждения и неисправности в системе противокоррозионной защиты.

Независимо от агрессивности коррозионной среды, защита подземных и морских газопроводов от коррозии осуществляется с использованием комплексной защиты, включая защитные покрытия (пассивная защита) и электромеханическая защита (активная защита).

Требуемый уровень антикоррозионной защиты магистрального газопровода достигается за счет совершенствования существующих средств электрохимической защиты, методов и устройств контроля защищенности, и коррозионного состояния газопровода и оптимизации параметров защиты.

В технической политике ОАО «Газпром» для обеспечения стабильной работы систем транспортировки и подземного хранения газа (далее - ГТС) особое внимание уделяется роли системы управления техническими условиями и целостностью (далее - СТКП). Целостность характеризуется способностью ГТС взаимодействовать с внешней средой и достигать своего функционального назначения в заданный период с учетом полноты процедур диагностики, обслуживания и ремонта. Сюда входят один или несколько технических объектов по надежности, промышленной и экологической безопасности и другие требования, установленные нормативными документами ОАО «Газпром» и федеральным законом.

© Буравлев Е.А., 2021.

Научный руководитель: Суворова Ольга Павловна - преподаватель, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.

Необходимым условием достижения целей ОАО «Газпром» при управлении техническим состоянием и целостностью ГТС является учет требований энергетической и экономической эффективности эксплуатации объектов ГТС. В этой части автоматизация и интеллектуализация развиваемых процедур управления противокоррозионной защитой обеспечивает прямое сокращение затрат от внедрения на новых объектах за счет:

- уменьшения установленной мощности СКЗ;

- сокращения потребляемой электроэнергии;

- увеличения ресурса СКЗ и анодных заземлителей (АЗ);

- сокращения трудозатрат на периодические измерения и оптимизацию режимов работы СКЗ;

- сокращения количества оборудования по трассе МГ для коррозионного мониторинга.

Методы контроля защищенности и состояния магистральных газопроводов

Увеличенный срок службы и неуклонное старение газопроводных систем различного размера и

назначения увеличивает вероятность выхода из строя из-за возникновения коррозии и коррозии под напряжением. Многие существующие газопроводы построены по однолинейной конструкции для обеспечения газом городских и промышленных предприятий, где перебои с газом недопустимы. Роль диагностических тестовых систем в обеспечении эксплуатационной надежности постоянно возрастает. В настоящее время поточная диагностика является основным инструментом в системах диагностического контроля трубопроводов. Оперативная диагностика позволила провести первичный осмотр всех газопроводов, подготовленных к поточной диагностике, и потребовала повторной проверки.

Для эффективного решения этой проблемы необходимо определить оптимальные сроки проведения повторной встроенной диагностики с учетом сроков ремонта. Однако на большинстве локальных газопроводов и газовых отводов провести внутритрубную диагностику невозможно по разным причинам. Основной способ определения технического состояния в этом случае - электрические измерения.

По данным электрических измерений проблема диагностики дефекта коррозии может быть решена, но этого недостаточно для обнаружения дефекта коррозии под напряжением. Поэтому совершенствование методов поточной диагностики и диагностики технического состояния газопроводов, не готовых к поточной диагностике, является актуальной исследовательской задачей. Диагностическое обслуживание магистрального газопровода на этапе эксплуатации представляет собой взаимосвязанную систему, состоящую из трех компонентов: информационного и организационного (управление системой диагностического обслуживания, планирование и выполнение технического диагностирования магистрального газопровода).

Техническое диагностирование (испытание) линейной части магистрального газопровода подразделяется на функциональное (плановое), специальное и тестовое. Виды, методы и методы технического диагностирования, которые следует использовать для технического диагностирования. В комплекс диагностических задач, выполняемых при функциональной диагностике, входят:

-Обнаружение внутренних и внешних поверхностей трубы, в том числе сварных швов, нарушений сплошности металла, вмятин, гофров, краевых смещений;

-Измерение геометрических параметров дефекта (определение)

-Обнаружение утечки газа;

-Обнаружение нарушений охраняемой территории магистральных газопроводов;

-Исследование состояния и эффективности средств электрохимической защиты.

-Измерение механических деформаций и смещений участка газопровода;

-Осмотр состояния арматуры трубопроводов;

-Определение технического состояния подводных переходов, автомобильных и железнодорожных переходов и других конструктивных элементов;

-Определение состояния изоляционного покрытия и глубины прокладки трубопровода;

- Определяет возможность очистки или измерения встроенных корпусов и диагностических устройств.

-Измерение толщины стенки трубы и твердости металла;

-Определение дефектов геометрии трубопроводов;

Блок-схемы сложных диагностических задач включают:

-Оценка состояния опор, креплений и других конструктивных элементов подвесного перехода; Оценка состояния устройства для приема и запуска очистных устройств;

-Динамический мониторинг рабочих условий, включая измерения давления, температуры продукта и температуры окружающей среды.

Специальные исследования включают: определение уровней грунтовых вод, ореолы размораживания и промерзания почвы вокруг полосы отвода и газопроводов, концентрации ионов водорода, внешних нагрузок и ударов, регистрацию движения грунта вокруг и на прилегающих территориях газопроводов,

другие условия эксплуатации Изменения, а также экологическая ситуация на прилегающей территории под контролем.

Тестовая диагностика объектов проводится при специально созданных контролируемых нагрузках и воздействиях, отличающихся от рабочих нагрузок размерами и временем воздействия.

Техническое диагностирование магистральных газопроводов планируется с учетом ранее выявленных потенциально опасных, особенно важных, трудностей при техническом диагностировании элементов конструкций.

К потенциально-опасным структурным элементам магистральных газопроводов относятся участки, характеризующиеся следующими признаками:

- участки примыкания со стороны высокого давления;

- участки, расположенные на льдистых, вечномерзлых, слабонесущих грунтах;

- участки, расположенные на обводненных территориях (болота, пойма реки, ручьи, водотоки и

др.);

- участки, проложенные в сейсмических районах; участки с опасными эндогенными и экзогенными процессами (пересеченная местность, эрозия);

- участки со сложными геокриологическими условиями, на которых ожидаются пучение или осадка грунтов;

- участки, на которых имели место аварии, отказы и инциденты и прилегающие к ним участки;

- участки, на которых имеются отклонения от проектных решений; участки, на которых значение защитного потенциала не соответствует;

- участки, пересекаемые линий электропередач или близко к ним расположенные;

- участки склонные к стресс-коррозии.

К особо ответственным и сложным для диагностики конструктивным элементам линейной части магистрального газопровода относятся:

-Горизонтальная или вертикальная плоскость, или участок сложной конфигурации в обеих плоскостях одновременно;

-Высокопрочная балластировка;

-Пересечение магистральных газопроводов; Подводный переход; Бугристый переход;

-Переходы по автомобильным и железным дорогам; Трубопроводная арматура;

- Участок магистрального газопровода, примыкающий к приемно-пусковой камере очистного устройства и компенсатора.

Критерии определения приоритета проверки подземных переходов через железные и автомобильные дороги основаны на информации, полученной по результатам проведенных проверок. Время поточного обследования газопроводов для оценки условий коррозии и стресс-коррозии определяется зависимостью, полученной в результате статистической обработки имеющихся результатов обследования.

При формировании выборки для статистического анализа дефектов участков газопроводов в конструктивных элементах газопроводов (труб) с несколькими дефектами выбирается только один из наиболее опасных дефектов.

Для повышения эффективности электрохимической защиты магистральных газопроводов от коррозии необходимо в процессе эксплуатации осуществлять контроль защищенности от коррозии [5, 11, 16, 19], причем результаты контроля должны отражать действительное состояние противокоррозионной защиты.

Основным критерием оценки уровня защиты стальных подземных сооружений является разница защитного потенциала катодной поляризации [32]. В настоящее время существует несколько способов управления разностью защитных потенциалов конструкции катодной защиты [32].

Методы, используемые в нашей стране и в других странах для определения защищенности стальных подземных сооружений, следующие:

1) Возможные меры безопасности:

-Удаленный электродный метод;

-Как отключить отрицательную поляризацию;

-Способ блокировки тока поляризации вспомогательного электрода;

-Как пользоваться капиллярами Габера-Луггина;

-Метод определения поляризационного потенциала с помощью электрохимической ячейки.

2) Управление смещением потенциала на фиксированное значение.

3) Управление плотностью тока катодной защиты.

Наиболее распространенный метод мониторинга потенциала стальной подземной конструкции - измерение разности потенциалов между стальной конструкцией и неполяризованным контрольным электродом, расположенным над объектом измерения, в течение периода измерения [10, 28, 32].

Поддержание уровня защитной разности потенциалов катодной поляризации в пределах, установленных нормативными документами, - не единственный верный критерий. Следует отметить, что коррозионные повреждения также возникают в областях, где разность потенциалов находится в установленных рамках [10]. Это связано с существующим набором коэффициентов коррозии, которые необходимо учитывать при выборе оптимального сочетания выходных параметров станций катодной защиты магистрального трубопровода [26]. Подход к ранжированию факторов, присутствующих в нормативно -технической документации, не дает оценки совокупного эффекта и не дает рекомендаций по поддержанию необходимого значения защитного потенциала. Также необходимо выявить и ввести новые факторы, влияющие на коррозию, например, влияние наведенного переменного тока [18].

При отсутствии информации обо всех факторах, влияющих на коррозию, включая изменения во времени (паразитные токи, включая наведенные токи, плотность постоянного и переменного тока, режим работы соседних станций катодной защиты или соседних, включенных в совместную защиту Объекты или электрические соединения между собой, сопротивление грунта, температура и т. Д.) Определить оптимальный режим работы выхода ЗКН практически невозможно. Оптимальный режим мощности SCZ обеспечивает 100% защиту по длине и времени во всех конструкциях одновременно с минимальным потреблением энергии.

В настоящее время внедрение систем мониторинга коррозии на крупных объектах транспорта нефти и газа значительно упростило мониторинг уровня защиты, наличия и величины различных коррозионных факторов [24].

Мониторинг коррозии заключается в следующем:

-Систематический сбор, накопление и анализ данных об изменении во времени коррозионного состояния объектов, средств и параметров, подлежащих защите, и прочностных условий коррозионного воздействия внутренних и внешних факторов на металлические конструкции и конструкции [23];

-Определить происхождение и тенденцию процесса коррозии

-Определение причин внешних факторов, влияющих на коррозию во времени и диапазоне;

-Прогнозирование коррозии, электрических свойств конструкций и тенденций эксплуатации оборудования.

Вывод

Задача эффективного регулирования режимами работы станциями катодной защиты от коррозии может быть решена с высокой степенью точности только сбором данных на объекте исследования. В этой связи рассмотрены основные принципы и расчетные зависимости оптимального регулирования режимов работы средств ЭХЗ трубопроводов промышленных площадок и линейной части магистральных трубопроводов, выделены недостатки существующих методик.

Библиографический список

1.Агиней, Р.В. Разработка методов повышения эффективности противокор-розионной защиты объектов газотранспортной системы, автореф. дис. доктора техн. наук / Р.В. Агиней. - Ухта: УГТУ, 2009. - 44 с.

2.Ажогин, Ф.Ф. Коррозионное растрескивание и защита высокопрочных сталей / Ф.Ф. Ажогин. - М.: Металлургия, 1974. - 256 с.

3. Ажогин, Ф.Ф. Новые достижения в области теории и практики противокоррозионной защиты металлов / Ф.Ф. Ажогин, С.С. Иванов // Сб. докл. семинара по коррозии - Звенигород, 1980. - М., 1981. - С. 93.

4.Акимов, Г.В. Теория и методы исследования коррозии металлов / Г.В. Акимов. - М.: Изд. АН СССР, 1945. -

414 с.

5. Александров, Ю.В. Актуальные вопросы защиты от коррозии длительно эксплуатируемых магистральных газопроводов / Ю.В. Александров, Р.В. Аги-ней // СПб.: «Недра», 2012.- 394 с.

6.Башаев, М.А. Оптимизация режимов системы катодной защиты магистрального трубопровода / М.А. Башаев // Коррозия территории нефтегаз. - №2 (25). - 2013. - С. 58 - 61.

7.Башлыков, А.А. Человек в системе оперативно-диспетчерского управления и проблемы автоматизации процессов для интеллектуальной поддержки принятия решений / А.А. Башлыков // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. - №1. - 2018. - С. 11 - 19.

8.Вайншток, С.М. Трубопроводный транспорт нефти / С.М. Вайншток, В.В. Новоселов, А.Д. Прохоров, А.М. Шаммазов и др. // Под ред. С. М. Вайнштока: учеб. для вузов: в 2 т. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2004. - Т.2. -621 с.

9.Валуйская, Д.П. Результат обследования изоляционного покрытия из поливинилхлоридных лент / Д.П. Ва-луйская, В.Е. Серафимович // Строительство трубопроводов. - 1966. - № 9. - С. 16-18.

10.Васильев, В.С. Применение программно-технических средств телемеханики УНК ТМ для оптимизации режимов СКЗ и диагностики нарушений изоляции трубопроводов /В.С. Васильев, С.А. Жаров, С.Ю. Покровский //В сб. Диагностика оборудования и трубопроводов. - М.: ИРЦ Газпром, 2000. №5, С. 23 - 30.

11.Велиюлин, И.И. Современные технические решения по ремонту газопроводов / И.И Велиюлин // Разработка и внедрение технологий, оборудования и материалов по ремонту изоляционных покрытий и дефектных участков труб,

включая дефекты КРН, на магистральных газопроводах ОАО"Газпром": М-лы НТС ОАО "Газпром", г.Ухта, ООО "Се-вергазпром", 28-30 окт. 2003г. - Т.1. - М.: ООО "ИРЦ Газпром", 2004. - С. 8-15.

12.Глотов, И.В. Повышение эффективности противокоррозионной защиты подземных нефтегазопроводов в условиях промышленных площадок, автореф. дис. . канд. техн. наук / И.В. Глотов. - Ухта: УГТУ, 2009. - 19 с.

13.ГОСТ ИСО 9.602-2005. Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии. - М.: Стан-дартинформ, 2006. - 59 с.

14.ГОСТ Р 51164-98. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии; Введ. 01.07.99. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1998. - 45 с.

15.Гумеров Р.С. Изоляционные материалы для трубопроводов / Р.С. Гуме-ров, М.К. Рамеев, М.Ш. Ибрагимов // Трубопроводный транспорт нефти. - 1996. - №1. - С.22.

16.Дрейпер, Н. Прикладной регрессионный анализ. Множественная регрессия / Н. Дрейпер, Г Смит. — М.: «Диалектика», 2017. — 912 с.

17.Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов / Н.П. Жук. - М.: Металлургия, 1976. - 472 с.

18.Красноярский, В.В. Электрохимический метод защиты металлов от коррозии / В.В. Красноярский. - М.: Машгиз, 1961. 56 с.

19.Кузнецов, М. В. Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров / М. В. Кузнецов, В. Ф. Новоселов, П. И. Тугунов, В. Ф. Котов. - М.: Недра, 1992 - 240 с.

20.Кузнецова, Е.Г. Влияние рН на анодные характеристики углеродистой стали в почве различной влажности / Е.Г. Кузнецова, Л.В. Ремезкова, А.В. Медников // Защита металлов. 1988. Т.24. № 1 - С. 21-28.

21.Куна А.Т. Техника экспериментальных работ по электрометрии, коррозии и поверхностной обработке металлов: Справочник / А.Т. Куна, А.М. Сухотина. - Л.: Химия, 1994. - 551 с.

22.Милов, В.Р. Структурно-параметрическая идентификация системы «труба - земля» в задаче электрохимической защиты магистральных газопроводов / В.Р. Милов, Е.Л. Карнавский, С.А. Никулин, Р.Л. Шиберт // Нейрокомпьютеры. - 2014. - №11. - С 79-85.

23.Михайловский, Ю.Н. Датчик проникновения водорода в стальные конструкции, эксплуатируемые в различных коррозионных средах / Ю.Н. Михайловский, А.И. Маршаков, В.М. Попова, Т.И. Соколова // Защита металлов. 1993. Т.29.№ 4. С.647-649.

24.Михайловский, Ю.Н. Оценка вероятности катодного охрупчивания стальных газопроводов в зоне действия / Ю.Н. Михайловский, А.И. Маршаков, В.Э. Игнатенко, Н.А. Петров // Защита металлов, 2000, Т. 33, № 2. С.140-145

25.Розенфельд, И.Л. Коррозия и защита металлов. Локальные и коррозионные процессы / И.Л. Розенфельд. -М.: Металлургия, 1970. - 448 с.

26.Рудой, В.Н. Проектирование катодной защиты подземных трубопроводов / В.Н. Рудой, Н.И. Останин, Ю.П. Зайков. - Екатеринбург: УПИ, 2005. 28 с.

27.Северинова, Л. Н. Повышение эффективности противокоррозионной за-щиты от коррозии газопроводов с применением точечно-распределенных анодных заземлений, автореф. дис. . канд. техн. наук / Л. Н. Северинова. -Ухта: УГТУ, 2010. - 25 с.

28.Семенов, А. Г. Что такое электрохимическая защита и как выбрать катодную станцию / А. Г. Семенов, Л. П. Сыса // Новости теплоснабжения. №10, 2004 г. с. 34-38.

29.Семикин, В.Ю. Подсистема контроля и управления средствами защиты от коррозии / В.Ю. Семикин // Коррозия Территории НЕФТЕГАЗ. - №1 (28). - 2017. - С. 4 - 7.

30.Узакова, Л. П. Современные методы и средства технического диагностирования / Л. П. Узакова, Н. О. Ка-ландаров. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2014. — № 9 (68). — С. 216-218. — URL: https://m-luch.ru/archive/68/11669/ (дата обращения: 15.11.2020).

31.Фрейман, Л. И. Об оценке коррозивности грунта по отношению к углеродистым сталям с учетом минимального катодного защитного потенциала и об одном из методов его определения / Л. И. Фрейман, Б. П. Прибытко // Защита металлов, том 29. № 3. 1993. с. 440-447.

32.Фрейман, Л.И. Потенциостатические методы в коррозионных исследованиях и электрохимической защите / Л.И. Фрейман, В.А. Манаров, И.Е Брыснин. - Л.: Химия, 1972. - 239 с.

33.Харионовский В.В. Повышение прочности газопроводов в сложных условиях / В.В Харионовский. - М.: Недра, 1990. - 204 с.

34.Харисов Р.А. Современное состояние защиты трубопроводов от коррозии полимерными покрытиями / Р.А. Харисов, А.Р. Хабирова, Ф.М. Мустафин, Р.А. Хабиров // Нефтегазовое дело, 2018. - №4. - С.3-29.

БУРАВЛЕВ ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ - магистрант, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.