Способ оценки опасности биокоррозионных процессов подземных стальных сооружений
RISK OF THE UNDERGROUND STEEL STRUCTURES BIO-CORROSIVE PROCESSES ASSESSING METHOD

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта, в частности к исследованиям биокоррозии в лабораторных и промысловых условиях на наружной поверхности трубопроводов и оценки биокоррозионной агрессивности почвогрунтов в зонах прокладки магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов (МНПП), учитывающего наиболее значимые факторы внешней среды, влияющие на формирование микробиоценоза.
Данные отечественных и зарубежных исследователей показывают, что до 50% случаев коррозионных повреждений при эксплуатации трубопроводов в условиях грунта может быть отнесено за счет жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Повреждения материала, вызванные микроорганизмами, называются биоповреждениями или биокоррозией.
На данный момент сложная цепочка взаимодействия бактерий почвенного микробиоценоза не изучена в достаточной степени, чтобы классифицировать механизмы биокоррозии. Для исследования данных процессов в реальных условиях возникает необходимость применения специального оборудования для контроля локальной и общей коррозии в грунтах.
Разрушению металла труб по ведущему механизму коррозии сопутствуют те или иные осложняющие факторы или их суммарное воздействие. Осложняющие факторы могут приводить к значительному ускорению коррозионных процессов. Кроме того, основной причиной коррозионных разрушений могут являться одновременно несколько механизмов в равной степени.
Известен способ испытания сталей на стойкость к микробиологической коррозии, который предусматривает отбор проб с количественным определением четырех групп коррозионно - опасных бактерий: сульфат - восстанавливающих (СВБ), тионовых (ТБ), железоокисляющих (ЖБ) и углерод-окисляющих бактерий (УОБ) [патент RU 2432565 С1, дата публикация 27.08.2010].
Однако данный метод разработан для определения коррозионной агрессивности микроорганизмов различных классов в промысловых жидкостях, т.е. относится к исследованиям внутренней коррозии. Таким образом, недостатками данного способа являются исследование процесса только внутренней коррозии, отсутствие сведений о возможности прогнозирования развития коррозионных процессов, отсутствие метода исследования биокоррозии на наружной поверхности трубопроводов.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании способа оценки биокоррозионной агрессивности почвы (грунтов) в зонах прокладки магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов (МНПП), учитывающего наиболее значимые факторы внешней среды, влияющие на формирование микробиоценозов - состава и структуры почвы, биозараженности, рН почвы, электросопротивления и окислительно - восстановительный потенциал грунта ОВП.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в обеспечении оценки биокоррозионной агрессивности грунтов в зоне прокладки подземных трубопроводов на основе комплексного анализа биозараженности грунта и его минерального состава.
Технический результат достигается за счет того, что способ оценки опасности биокоррозионных процессов подземных стальных сооружений характеризуется тем, что определяют влажность в почве, минеральный состав почвы, удельное электросопротивление грунта (УЭС), окислительно - восстановительный потенциал грунта (ОВП), рН почвы, общее количество аэробных бактерий (АБ), общее количество микрогрибов (микромицетов) (ГР), отдельные классы микроорганизмов - сульфатвосстанавливающих (СВБ), железобактерий (ЖБ), после чего рассчитывается коэффициент агрессивности грунта (БАГ) по формуле:
БАГ
М
Б
ЭХ
ЭС
К=К*К*К*К,
М
где К - коэффициент, учитывающий минеральный состав грунта, который рассчитывается по формуле:
M
SO4
CO3
Cl
S
Fe
K=K*K*K*K*K,
SO4
CO3
Cl
S
Fe
где K - коэффициент, учитывающий содержание ионов сульфата; K - коэффициент, учитывающий содержание ионов карбоната; K - коэффициент, учитывающий содержание ионов хлора; K - коэффициент, учитывающий содержание сульфидов; K - коэффициент, учитывающий содержание железа
Б
где К - коэффициент, учитывающий содержание основных групп микроорганизмов, который рассчитывается по формуле:
Б
СВБ
ЖБ
АБ
ГР
К=К*К*К*К,
СВБ
ЖБ
АБ
ГР
где К - коэффициент, учитывающий содержание сульфат - восстанавливающих бактерий; К - коэффициент, учитывающий содержание железобактерий; К - коэффициент, учитывающий содержание аэробных бактерий; К - коэффициент, учитывающий содержание микрогрибов (микромицетов).
ЭХ
где К - коэффициент, учитывающий электрохимические показатели грунта, который рассчитывается по формуле:
ЭХ
рН
ОВП
В
К=К*К*К,
рН
ОВП
В
где К - коэффициент, учитывающий влияние показателя рН; К - коэффициент, учитывающий величину ОВП; К - коэффициент, учитывающий величину влажности почвы:
ЭС
где К - коэффициент, учитывающий величину удельного электросопротивления грунта,
М
Б
ЭХ
ЭС
SO4
CO3
Cl
S
Fe
СВБ
ЖБ
АБ
ГР
рН
ОВП
В
БАГ
при этом каждому из коэффициентов К, К, К, К, K, K, K, K, K, К, К, К, К, К, К, К в зависимости от величины измеренных показателей присваивается значение от 1 до n, а опасность биокоррозионной агрессивности грунта определяют по величине коэффициента К.
По результатам всех экспериментов составляется итоговая таблица исследований, и на основе рейтинговой системы определяется уровень коррозионной агрессивности грунтов на различных объектах (участках).
Способ оценки опасности биокоррозионных процессов подземных стальных сооружений включает в себя исследование состава почвы следующими методами:
1. Химическими методами исследования, при которых определяют влажности в почве по ГОСТ 28268-89 «ПОЧВЫ. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений»; минеральный состав почвы, причем особое внимание уделяется содержанию сульфатов по ГОСТ 26426-85, карбонатов по ГОСТ 26424-85, хлоридов по ГОСТ 26425-85, суммарного содержания двух- и трехвалентного железа ГОСТ 27395-87 «Почвы. Метод определения подвижных соединений двух- и трехвалентного железа по Веригиной-Аринушкиной» и сульфидов в почвенных образцах.
2
2
Прямое определение сульфидов может быть осуществлено на лабораторной установке (на чертежах не показана), включающей штатив, магнитную мешалку с подогревом, коническую или круглую плоскодонную колбу объемом 250 мл, перемешивающее устройство, воздушный капилляр, газоотводную трубку, индикаторную трубку на HS. В колбу помещают навеску грунта определенной массы (1-5 г) и соответствующее количество 15-17% соляной кислоты (30-100 мл). При постепенном нагревании (до 80°C) и интенсивном перемешивании суспензии выделяется газообразный сероводород (HS), количество которого можно измерить при помощи индикаторных трубок (если одной трубки недостаточно, последовательно устанавливаются вторая, третья и т.д.).
2. Электрохимическими методами исследования, при которых определяют удельное электросопротивление грунта (УЭС) и рН по ГОСТ 26423-85 «ПОЧВЫ. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки», окислительно - восстановительного потенциала (ОВП) по «Руководству по эксплуатации Мультитест ИПЛ НПКД.421598.100 РЭ».
3. Микробиологическими методами исследования, при которых определяют количество железобактерий и общее количество аэробных бактерий (АБ), КОЕ/г почвы по ГОСТ 10444.15-94; общее количество микрогрибов (микромицетов); отдельные классы микроорганизмов - сульфатвосстанавливающих (СВБ), железобактерий (ЖБ) и т.д., КОЕ/г почвы по РД 39-3-273-83 «Методика контроля микробиологической зараженности нефтепромысловых вод и оценка защитного и бактерицидного действия реагентов».
Далее рассчитывают коэффициент биологической агрессивности грунта (БАГ), рассчитывается по формуле:
БАГ
М
Б
ЭХ
ЭС,
К=К*К*К*К
М
где К - коэффициент, учитывающий минеральный состав грунта:
M
SO4
CO3
Cl
S
Fe
K=K*K*K*K*K;
SO4
K - коэффициент, учитывающий содержание ионов сульфата;
CO3
K - коэффициент, учитывающий содержание ионов карбоната;
Cl
K - коэффициент, учитывающий содержание ионов хлора;
S
K - коэффициент, учитывающий содержание сульфидов;
Fe
K - коэффициент, учитывающий содержание железа.
SO4
CO3
Cl
S
Fe
В зависимости от величины измеренных показателей коэффициентам K, K, K, K, K присваиваются значение от 1 до n в соответствии с Таблицей 1.
Б
Где К - коэффициент, учитывающий содержание основных групп микроорганизмов:
Б
СВБ
ЖБ
АБ
ГР
К=К*К*К*К;
СВБ
К - коэффициент, учитывающий содержание сульфат - восстанавливающих бактерий;
ЖБ
К - коэффициент, учитывающий содержание железобактерий;
АБ
К - коэффициент, учитывающий содержание аэробных бактерий;
ГР
К - коэффициент, учитывающий содержание микрогрибов (микромицетов).
СВБ
ЖБ
АБ
ГР
В зависимости от величины измеренных показателей коэффициентам К, К, К, К присваиваются значение от 1 до n в соответствии с Таблицей 2.
ЭХ
Где К - коэффициент, учитывающий электрохимические показатели грунта:
ЭХ
рН
ОВП
В
К=К*К*К;
рН
К - коэффициент, учитывающий влияние показателя рН:
ОВП
К - коэффициент, учитывающий величину ОВП:
В
К - коэффициент, учитывающий величину влажности почвы:
рН
ОВП
В
В зависимости от величины измеренных показателей коэффициентам К, К, К присваиваются значение от 1 до n в соответствии с Таблицей 3.
ЭС
Где К - коэффициент, учитывающий величину удельного электросопротивления грунта.
ЭС
В зависимости от величины измеренных показателей коэффициенту К присваивается значение от 1 до n в соответствии с Таблицей 4.
БАГ
Оценка опасности биокоррозионных процессов подземных стальных сооружений осуществляется по величине К в соответствии с Таблицей 5.
БАГ
Пример расчета коэффициента биологической агрессивности грунта К на конкретном участке трубопровода в соответствии с заявляемым способом представлен в Таблице 6.