Прогнозирование скорости коррозии подземных трубопроводов

УДК 620.197

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СКОРОСТИ КОРРОЗИИ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

© 2011 г. И.Ф. Бырылов

Южно-Российский государственный технический университет

South-Russian State Technical University

Показана возможность прогнозирования скорости коррозии подземных трубопроводов в грунтах различного состава, 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 article shows the possibility ofpredicting the corrosion rate of buried pipelines in soils of various constitution, allowing prediction of the buried pipeline wall defect extent at a certain moment of time, being of interest to the researcher, allowing for availability of the defect at any section. The empirical dependence of the pipeline corrosion rate on the period of service in the clayed soil agree with the one found by experiment.

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

Наиболее существенными факторами, определяющими коррозионную активность почв при подземной коррозии, являются структурный и гранулометрический состав, влажность, состав почвенного электролита, общая кислотность (щелочность) - концентрация водородных ионов, воздухопроницаемость, окислительно-восстановительный потенциал и т. д. [1, 2]. Для трубных сталей скорость коррозии зависит от массового соотношения фаз, выступающих в роли катода и анода, от взаимного расположения, структуры и размера зерен, наличия или отсутствия внутренних напряжений и т.д. Механический фактор увеличивает термодинамическую нестабильность металла и может привести к разрушению целостности защитных пленок на его поверхности.

Как известно, подземный трубопровод защищен при помощи изоляционного покрытия, предохраняющего его наружную поверхность от контакта с грунтовым электролитом, и электрохимически - созданием катодной поляризации.

Как величина непостоянная в подземных условии-ях - скорость коррозии Vcp определяет величину роста локального повреждения стенки газопровода с момента закладки газопровода в грунт. Большинство коррозионных процессов носит затухающий характер и описывается уравнением [2, 3]

P = хП,

где Р - наибольшая глубина коррозии через время т, мм; п - безразмерная константа, которая зависит от

характеристик почвы, ее аэрации и устанавливается опытным путем.

Также немаловажным фактором при вычислении глубины коррозии Р является момент зарождения дефекта

х = X +т

инк реал '

где тинк - длительность инкубационного периода, т.е. коррозионный дефект отсутствует, но имеются предпосылки для его возникновения; треал - реальное время существования коррозионного дефекта, исчисляющееся от момента его зарождения до интересующего исследователя срока эксплуатации.

В реальных условиях эксплуатации узнать время зарождения коррозионного дефекта весьма сложно, поскольку эта процедура требует больших материальных затрат. Величина треал зависит и от периода возникновения дефекта изоляционного покрытия, поскольку, как известно, без контакта с коррозионной средой процесс электрохимического растворения металла невозможен. Таким образом:

аР

V = инк = 0

инк 7 '

а х

^ = арреал Ф о.

реал

d х

Поэтому реальная скорость коррозии наружной стенки трубопровода в дефектах изоляционного покрытия определяется отношением реальной глубины коррозионного дефекта ко времени его зарождения.

При расчете скорости коррозии, необходимой для прогнозирования эксплуатационной надежности действующего трубопровода, надо знать реальное время зарождения дефекта. Поэтому при расчетах скорости коррозии используется время от начала заложения трубопровода в грунт, и теоретическая скорость коррозии занижена относительно Креал.

Если глубина коррозионного повреждения или утончения зависит от переменных, описывающих различные параметры среды околотрубного пространства Р = f (Хг-), где Xi - 1-я переменная, описывающая каждый из параметров среды, оказывающих влияние на протекание коррозии, X^ = ^ т, где ^ - коэффициент, качественно характеризующий каждый из параметров; т - время заложения газопровода в грунт, тогда Р = f (^т,k2т, ^т).

Скорость коррозии или скорость роста глубины

ёР

коррозионного повреждения: V = —, т.е. с помо-

ё т

щью рассчитанного коэффициента с достаточной точностью можно описать коррозионный процесс в любой интересующий нас момент времени.

При расчете скорости коррозии одним из недостатков является отсутствие сведений о типе дефекта изоляционного покрытия. Как известно, при наложенном защитном потенциале, значение которого при действующих СКЗ как правило отрицательнее -0,85 В (м.с.э.), коррозионный электрохимический процесс невозможен в сквозных дефектах как пленочной, так и битумной изоляции. В дефектах закрытого типа, свойственных только пленочной изоляции типа гофр, карманов, складок, шатров и т.д. средствами ЭХЗ такой величины добиться практически невозможно. Более того, по наблюдениям последних лет отмечено скорее негативное влияние токов СКЗ большой плотности при >> - 1,1 В (м.с.э.), выражающееся в подщелачивании электролитического раствора вблизи тела трубопровода.

Принимая во внимание, что сведений о местоположении закрытого дефекта изоляционного покрытия при помощи искателя повреждений изоляции добиться невозможно, допускаем, что коррозионный процесс

с одинаковой степенью вероятности протекает на всех участках. Введем отсюда термин - прогнозируемая скорость коррозии (ПСК). ПСК (Рпск) - это такая скорость электрохимического растворения металла, которая описывает рост глубины дефекта наружной стенки подземного электрозащищенного трубопровода в определенный интересующий исследователя момент времени, допуская наличие этого дефекта на любом обследуемом участке. Как вытекает из определения, ПСК позволяет прогнозировать размер коррозионного дефекта через интересующий исследователя период эксплуатации.

В качестве коррозионных сред использовались грунты с мест прокладки газопроводов в Ставропольском крае. В результате проведенного анализа в лабораторных условиях был выведен средний химический состав грунтового электролита. В табл. 1 приведен химический состав грунтов, а в табл. 2 значения коэффициентов п для грунтов различного состава, полученный эмпирическим путем. На рисунке представлено рассчитанное утончение стенки газопровода в зависимости от коэффициентов п, т.е. в зависимости от состава грунта (кривые 1 - 3), а также приведены данные технического центра ООО «Газпром трансгаз Ставрополь» о скорости коррозии трубопровода в глинистой почве в Ставропольском крае.

Зависимость глубины коррозионных дефектов от продолжительности коррозионных разрушений для разных типов грунтов: 1 - супесчаный грунт, п = 0,19; 2 - тонкодисперсные суглинки, п = 0,35; 3 - глина, п = 0,48; 4 - глина

Таблица 1

Типичные составы почвенных растворов водной вытяжки грунтов с мест прокладки подземных трубопроводов

Тип почвы рн Состав, мг/л

Cu2+ + Mg2+ K+ + Na+ NH4+ NO3- Cl- HCO3- SO42- Общая минерализация

Супесь 6,9 -7,2 1110 390 160 4800 390 340 840 8030

Суглинок 6,4 - 7,4 1000 - 1500 300 - 1000 100 - 200 3000 - 10000 400 - 600 300 - 500 500 - 1000 5600 - 14800

Глина 6,5 - 8,5 >1500 >300 100 - 200 10000 >1000 >500 >1000 =14500

Засоленный грунт 7,9 - 8,3 4570 4850 - 10000 3500 - 4000 2200 6800 =32400

Таблица 2

Значения коэффициента n для грунтов

n Характеристика грунта

0,19 Тонкодисперсные супеси

0,35 Тонкодисперсные суглинки

0,48 Глина

Из рисунка видно, что зависимости скорости коррозии трубопровода от продолжительности эксплуатации в глинистой почве, полученные эмпирическим и экспериментальным путем практически совпадают. Данные результаты позволяют прогнозировать скорость коррозии подземных трубопроводов.

Поступила в редакцию

Выводы

Показана возможность прогнозирования скорости коррозии подземных трубопроводов в грунтах различного состава.

Литература

1. Сурис М.А., Витальев В.П. Вопросы повышения надежности и долговечности подземных теплопроводов // Теплоэнергетика. 1982. № 8.

2. Притула В.А. Электрическая защита от коррозии подземных металлических сооружений. М.-Л., 1958.

3. Жуков А.П., Малахов А.И. Основы металловедения и теории коррозии. М., 1991. 168 с.

12 июля 2011 г.

Бырылов Иван Фадиалович - аспирант, кафедра «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 «Analytic Chemistry, Standardization and Certification», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8-906-453-15-18. E-mail: balakai-vi@rambler.ru_