Способ контроля технического состояния защитного кожуха и магистрального трубопровода, оснащенного катодной защитой
METHOD FOR MONITORING THE TECHNICAL CONDITION OF THE PROTECTIVE CASING AND THE MAIN PIPELINE EQUIPPED WITH CATHODIC PROTECTION

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использована для контроля технического состояния защитного кожуха магистрального трубопровода, оснащенного системой катодной защиты.
Известен способ диагностики технического состояния пары магистральный трубопровод-защитный патрон (патент RU №2317479 МПК F17D 5/00, опубл. 20.02.2008 Бюл. №5), заключающийся в непрерывном контроле электрического напряжения между магистральным трубопроводом, подключенным к устройству катодной защиты, и защитным патроном, причем при уменьшении значения электрического напряжения между парой магистральный трубопровод-защитный патрон ниже заданного порога дополнительно измеряют градиент электрического напряжения вдоль защитного патрона и по пространственному расположению максимального значения градиента электрического напряжения на защитном патроне определяют место электрического контакта магистрального трубопровода с защитным патроном.
Недостатками данного способа являются низкая информативность из-за информации только соприкосновения трубопровода и защитного патрона, недостаточной защиты трубопровода и патрона от коррозии и необходимости большого количества датчиков по длине трубопровода из-за наличия воздуха в патроне, являющимся диэлектриком.
Наиболее близким по технической сущности является система контроля технического состояния перехода магистрального трубопровода с устройством катодной защиты через естественные или искусственные преграды (патент на ПМ RU №95789 МПК F17D 5/00, опубл. 10.07.2010 Бюл. №19), содержащая защитный кожух и вольтметр, подключенный к электрической цепи «магистральный трубопровод - защитный кожух», причем дополнительно содержит электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных диодного устройства и нормально замкнутого реле, подключенную параллельно к вольтметру, а также блок управления, соединенный выходом с управляемым входом реле, при этом диодное устройство выполнено преимущественно в виде полупроводникового диода, соединенного анодом с магистральным трубопроводом, а катодом - с защитным кожухом.
Данной системой реализуют способ контроля технического состояния перехода магистрального трубопровода с устройством катодной защиты через естественные или искусственные преграды, включающий расположение в защитном кожухе магистрального трубопровода, установку вольтметра, подключенного к электрической цепи «магистральный трубопровод - защитный кожух» и передающего информацию для анализа в блок обработки информации
Недостатками данного способа являются узкая область применения из-за возможности использования только для перехода магистрального трубопровода через естественные или искусственные преграды, недостаточной защиты информативности при этом трубопровода и кожуха из-за наличия воздуха в кожухе, являющимся диэлектриком и сложность контроля за состоянием защитной изоляции на поверхности кожуха из-за снятия параметров только с самого кожуха.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа контроля технического состояния защитного кожуха и магистрального трубопровода, оснащенного катодной защитой, позволяющего расширить функциональные возможности за счет контроля за состоянием протяженных трубопроводов, заключенных в защитный кожух, увеличить срок межремонтной эксплуатации и улучшить информативность полученных данных за счет заполнения пространства между кожухом и трубопроводом проводящей антикоррозионной жидкостью, и проводить контроль за состоянием защитной изоляции кожуха за счет дополнительного контроля за потенциалом сверху грунта.
Техническая задача решается способом контроля технического состояния защитного кожуха и магистрального трубопровода, оснащенного катодной защитой, включающим размещение магистрального трубопровода внутри защитного металлического кожуха с обоюдосторонней изоляцией, засыпанного грунтом, регулярного мониторинга за потенциалами трубопровода и кожуха по отношению к анодному заземлителю для контроля их целостности.
Новым является то, что перед размещением внутри защитного кожуха магистральный трубопровод снаружи оснащают центраторами из диэлектрического материала, исключающими соприкосновение магистрального трубопровода с защитным кожухом, предварительно перед подключением катодной защиты защитный кожух опрессовывают нагнетанием давления компрессором, а после опрессовки защитного кожуха его заполняют антикоррозионной жидкостью с известной электропроводностью, дополнительно для определения целостности изоляции кожуха проводят анализ изменения потенциала в выбранных постоянных точках на поверхности грунта, электропроводность которого периодически оценивают отбором и исследованиями.
Новым является также то, что при низкой электропроводности грунта его насыщают над защитным кожухом солями токопроводящих металлов до получения необходимой для измерения электропроводности.
Новым является то, что для насыщения солями токопроводящих металлов грунта его поливают водным рассолом этих солей.
На фиг. 1 изображен продольный разрез участка трубопровода, совмещенный с гидравлической схемой.
На фиг. 2 изображен разрез А-А фиг. 1 совмещенный со схемой измерения поверхностного потенциала.
На фиг. 3 изображен участок трубопровода, совмещенный с электрической схемой катодной защиты.
4
2
4
Способ контроля технического состояния защитного кожуха и магистрального трубопровода 1 (фиг. 1 и 2) включает размещение на дне 2 подготовленной траншеи (не показана) защитного металлического кожуха 3 с наружной 4 и внутренней 5 изоляцией и каналами 6 (фиг. 1) и 7 на концах, которые соединяются с соответствующими наружными трубопроводами 8 с задвижками 9 (показаны условно). Магистральный трубопровод 1 снаружи оснащают центраторами 10 (фиг. 1 и 2) из диэлектрического материала, исключающими соприкосновение магистрального трубопровода 1 с защитным кожухом 3. Центраторы 10 могут быть выполнены из плотного полиуретана, резины, дерева и т.п. (авторы на это не претендуют). Центраторы 10 могут навариваться на поверхность магистрального трубопровода 1, устанавливаться на муфты 11 или охватывающие хомуты 11, а потом фиксироваться на поверхности магистрального трубопровода 1 (авторы на это не претендуют). Магистральный трубопровод 1 (фиг. 1) с центраторами 10 размещают внутри кожуха 3 и изолируют пространство между магистральным трубопроводом 1 и защитным кожухом 3 на концах заглушками 12 любой известной конструкции. После чего кожух 3 в траншее засыпают грунтом 13. Грунт 13 предварительно проверяют в лабораторных условиях на электропроводность (определяют σ - удельную электропроводимость, См), при недостаточной σ грунт насыщают солями металлов (FeSO, FeSO, NaCl, MgSO и/или т.п.) до получения необходимой, определенной технологами электропроводимости грунта 13 (авторы на это не претендуют). В выбранных технологами постоянных точках над кожухом 3 сверху грунта 13 устанавливают токопроводящие (обычно металлические) пластины 14 (фиг. 2). Опрессовывают защитный кожух 3 (фиг. 1), для этого задвижку 9 трубопровода 8 одного из каналов 6 или 7 закрывают, а задвижку 9 другого канала 7 или 6 открывают и через отрытую задвижку компрессором (не показан) нагнетают воздух в пространство между магистральным трубопроводом 1 и защитным кожухом 3. После чего открытую задвижку 9 переводят в закрытое состояние и манометром 15 следят за падением давления. Если скорость падения давления (МПа/ч) находится в допустимых пределах (определяется технологами - авторы на это не претендуют), то защитный кожух 3 и магистральный трубопровод 1 герметичны. Обе задвижки 9 открывают и через одну из них закачивают антикоррозионную жидкость (АКЖ) 16 с известной электропроводностью (определяют σ - удельную электропроводимость, См), определяемую в лабораторных условиях, после чего задвижки 9 закрывают. В грунт 13 устанавливают анодные заземлители 17 (фиг. 3) (на их форму, количества и тип размещения авторы не претендуют). Станцию катодной защиты 18 (показана условно) минусом подключают к магистральному трубопроводу 1, а плюсом - к анодным заземлителям 17. После чего включают станцию катодной защиты 18 в работу с контролем напряжений между минусовым отводом станции катодной защиты 18 и защитным кожухом 3 вольтметром 20 и между станции катодной защиты 18 и защитным кожухом 3 для контроля за состоянием соответственно внешней 4 и внутренней 5 изоляции защитного кожуха 3. Снижение напряжение на вольтметрах 19 и/или 20 свидетельствует о нарушении целостности внешней 4 и/или внутренней 5 изоляции защитного кожуха 3 соответственно, что является известным способом (авторы на это не претендуют). Однако наиболее опасной является сквозное нарушение целостности внешней 4 (фиг. 2) и внутренней 5 изоляции и защитного кожуха 3. Это определяется по контролю за потенциалом (катодной поляризацией) при помощи вольтаметра 21 на поверхности грунта в постоянных точках над кожухом 3 на пластинах 14 (фиг. 2) относительно удаленного заземления 22 (показано условно). Рост на вольтметре 21 катодной поляризации свидетельствует о сквозном нарушении целостности внешней 4 и внутренней 5 изоляции и защитного кожуха 3, что требует срочного ремонта. Периодически производят обор грунта 13 для его контроля на электропроводность. В случаях снижения удельной электропроводимости грунта ниже допустимой (определяется технологами -  авторы на это не претендуют) для насыщения солями токопроводящих металлов грунта его поливают водным рассолом этих солей до получения необходимой электропороводности.
Пример конкретного выполнения.
4
Разместили на дне 2 (фиг. 1 и 2) подготовленной траншеи (не показана) защитного металлического кожуха 3 наружным диаметром 530×9,0 длиной 4 км с наружной 4 и внутренней 5 изоляцией (полиуретаном), и каналами 6 (фиг. 1) и 7 на концах, которые соединяются с соответствующими наружными трубопроводами 8 с задвижками 9 (показаны условно). Магистральный трубопровод 1 (нефтепровод) наружным диаметром 325×7,0 мм снаружи оснастили центраторами 10 (фиг. 1 и 2) из диэлектрического материала (маслобензостойкой резины), расположенными на хомутах 11. Магистральный трубопровод 1 (фиг. 1) с центраторами 10 установили внутри кожуха 3 и изолировали пространство между магистральным трубопроводом 1 и защитным кожухом 3 на концах заглушками 12 (Манжета герметизирующая неразъемная 325/530 с хомутами и крепежом). После чего кожух 3 в траншее засыпали грунтом 13 с гранулами FeSOдля получения необходимой электропроводимости грунта 13, определенной технологами. В выбранных технологами постоянных точках над кожухом 3 сверху грунта 13 установили металлические пластины 14 (фиг. 2). Отпрессовали защитный кожух 3 (фиг. 1) при помощи задвижек 9 и трубопроводов 6, соединенных с соответствующими каналами 7 или 6 давлением 0,4 МПа. За 60 мин давление снизилось на 0,1 МПа, что допустимо. Обе задвижки 9 открыли и через одну из них закачали АКЖ 16 с известной электропроводностью. Для испытаний использовали три вида АКЖ 16, которые должны были обладать рядом свойств при перекачке нефтепродуктов:
- коррозионная инертность;
- нетоксичность, отсутствие в составе вредных и опасных веществ;
- технологичность при применении;
- длительное сохранение свойств.
3
3
Снижение скорости коррозии металла возможно при удалении кислорода, при подщелачивании пресной воды, при введении фосфатов. Подавление биоценоза СВБ достигается добавлением в состав АКЖ 16 органических водорастворимых бактерицидов. В качестве бактерицида в предлагаемые составы АКЖ 16 вводится любой комплексный реагент (ингибитор коррозии - бактерицид (ИК-Б)) с водорастворимой основой. Бактерицидная концентрация ИК-Б в отношении планктонных форм сульфатвосстанавливающих бактерий не должна превышать 100 г/м. Определение бактерицидной концентрации проводится в соответствии с РД 153-39.2-785-12 «Инструкция по подавлению жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий в системах нефтесбора, подготовки нефти и воды и поддержания пластового давления». Защитная эффективность ИК-Б в закачиваемой сточной воде при дозировке 50 г/м должна составлять не менее 80 %.
Во-первых, использовали состав АКЖ 16 на основе пресной воды с использованием поглотителя кислорода. Одним из самых дешевых и нетоксичных поглотителей кислорода является сульфит натрия.
Реакция связывания кислорода происходит по уравнению:
2
3
2
2
4
2NaSO + O → 2NaSO
Для связывания кислорода на каждый 1 г кислорода теоретически необходимо 7,9 г сульфита натрия. На практике сульфит натрия для АКЖ берется с избытком для увеличения продолжительности работы АКЖ.
3
Для приготовления АКЖ 16 на 1 м пресной воды вводится:
2
3
NaSO - 0,5 кг,
ИК-Б - 1 кг.
рН состава - от 8 до 9.
Во-вторых, состав АКЖ на основе пресной воды с использованием щелочных реагентов. Повышение рН пресной воды до значения от 10 до 11,5 путем добавления карбоната натрия (кальцинированной соды) или гидроксида натрия (каустической соды) приводит к резкому снижению скорости коррозии стали.
3
Для приготовления АКЖ на 1 м пресной воды вводится:
2
3
NaCO (или NaOH) - 3 (1,5) кг,
ИК-Б - 1 кг.
4
2
4
В-третьих, состав АКЖ 16 на основе пресной воды с использованием реагента, образующего фосфатную пленку на поверхности металлов. Фосфаты при введении в коррозионную среду образуют защитную пленку, снижающую доступ агрессивных компонентов к поверхности металла. В качестве фосфатирующего реагента в данном составе используется диаммоний фосфат (аммоний фосфорнокислый двузамещенный) - (NH)HPO.
3
Для приготовления АКЖ 16 на 1 м технической пресной воды вводится:
4
2
4
(NH)HPO - 1,0 кг,
ИК-Б - 1 кг.
рН состава - от 7 до 9.
3
концентрация неорганического фосфора в составе - от 180 до 250 мг/дм.
Указанные работы проводили в незамерзшем грунте 13, не ранее чем через 14 дней после засыпки защитного кожуха 3 грунтом 13.
В грунт 13 вбили анодные заземлители 17 (фиг. 3) в грунт стальные стержни диаметром 20 мм, длиной 1м на удалении до 2 м друг от друга. Станцию катодной защиты 18 (показана условно) минусом подклили к магистральному трубопроводу 1, а плюсом - к анодным заземлителям 17. После чего включают станцию катодной защиты 18 в работу с постоянным током 7 А и контролем напряжений между минусовым отводом станции катодной защиты 18 и защитным кожухом 3 вольтметром 20 и между станции катодной защиты 19 и защитным кожухом 3 для контроля за состоянием соответственно внешней 4 и внутренней 5 изоляции защитного кожуха 3. Однако наиболее опасной является сквозное нарушение целостности внешней 4 и внутренней 5 изоляции и защитного кожуха 3. Это определит по контролю за потенциалом (катодной поляризацией) при помощи вольтаметра 21 через 3 и более часов после включения станции катодной защиты 18 (фиг. 3) на поверхности грунта 13 (фиг. 2) в постоянных точках над кожухом 3 на пластинах 14 (фиг. 2) относительно удаленного заземления 22, принимаемого за базовое - естественное напряжение. В качестве вольтметра использовали высокоомный вольтметр с входным сопротивлением не менее 20 кОм/В, а для измерения силы (для контроля за правильностью показания вольтметра 21) тока использован мультиметр М 890 (не показан). Снижение напряжения, измеряемого вольтметром 21 ниже 0,7 В, свидетельствует о сквозном нарушении целостности внешней 4 и внутренней 5 изоляции и участка защитного кожуха 3, находящегося в районе пластины 14 с такими показателями, что требует срочного ремонта этого участка защитного кожуха 3. Для ремонта прекратили перекачку жидкости по магистральному трубопроводу 1 (фиг. 1) откачали АКЖ при помощи наружных трубопроводов 8, предварительно открыв задвижки 9, вскрыли грунт 13, из поврежденного участка защитного кожуха 3 извлекли участок магистрального трубопровода 1 и заменили поврежденный участок защитного кожуха 3. После чего все собрали в обратном порядке.
Как показала практика все АКЖ в комплексе с катодной защитой и контролем целостности изоляций 4 и 5 и самого защитного кожуха 3, а также при контроле электропроводимости грунта 13, сработали хорошо: межремонтный период вырос в 2 - 2,5 раза, срок службы трубопровода - примерно в 4 раза за счет своевременного ремонта защитного кожуха 3, причем даже при сквозной коррозии защитного кожуха 3 нарушений целостности самого магистрального трубопровода 1 не наблюдалось (как и изливов перекачиваемой жидкости), независимо от длины магистрального трубопровода 1 в защитном кожухе 3.
Предлагаемый способ контроля технического состояния защитного кожуха и магистрального трубопровода, оснащенного катодной защитой, позволяет расширить функциональные возможности за счет контроля за состоянием протяженных трубопроводов, заключенных в защитный кожух, увеличить срок межремонтной эксплуатации и улучшить информативность полученных данных за счет заполнения пространства между кожухом и трубопроводом проводящей антикоррозионной жидкостью, и проводить контроль за состоянием защитной изоляции кожуха за счет дополнительного контроля за потенциалом сверху грунта.