Пассивная защита трубопроводов от коррозии

Подземные газонефтепроводы работают в специфических коррозионных условиях, что обусловливает необходимость применения пассивных и активных систем защиты. По оценке WCO – Всемирная Организация Противодействия Коррозии (The World Corrosion Organization) ущерб от коррозии и затраты на борьбу с ней составляют порядка 2,2$ трлн. – это 3-4% ВВП в развитых странах. Например, в США – 3,1% (по последним данным NACE – национальная организация специалистов в области коррозии), в Германии – 2,8%, в России, Китае – выше 5%.

На сегодняшний день в России около 42 % всех аварий на газонефтепроводах происходит по причине коррозии. Поэтому эффективность противокоррозионной защиты в значительной степени определяет уровень надежности трубопровода. Вид защиты выбирают, исходя из технико-экономических соображений. Срок службы этих видов зависит от физико-химических параметров исходных материалов, качества очистки труб, а эффективность – от качественного нанесения изоляции. Нанесение защитного покрытия может осуществляться как в трассовых, так и в заводских условиях. На трассе используют различные виды битумно-мастичных и полимерно-ленточных покрытий, на заводе-изготовителе используют полимерные виды материалов, такие как: полиэтиленовые, эпоксидные, полипропиленовые покрытия. В заводских условиях для нанесения полиэтиленового покрытия используют метод продольной экструзии.

При разработке проектов принимают во внимание наличие или отсутствие блуждающих токов, коррозионную активность грунтов, вид противокоррозионной изоляции и пр.

В связи с этим, были продемонстрированы особенности протекания процессов коррозии подземных газонефтепроводов и изменения защитных свойств изоляционных покрытий в зависимости от вертикальной нагрузки и толщины изоляционного материала. А также предложено использовать защитные заземлители из разных материалов, которые уменьшают скорость коррозии и защитное покрытие переменной толщины.

Исследование основных средств и систем защиты трубопроводов от коррозии позволило проанализировать и дополнить классификацию существующих систем защиты трубопроводов от коррозии.

Система защиты подразделяется на:

1. Активная система защиты:

• катодная защита

• протекторная защита

• электродренажная защита

2. Снижение агрессивности среды:

• применение ингибиторов коррозии

• деаэрация электролита почвы

• обеспечение гидрофобизации

• Нейтрализация грунта щелочами

• замена грунта на менее коррозионно-активный

3. Пассивная защита

• прокладка в каналах и коллекторах

• защитные покрытия

• защитные заземлители

Анализ показал, что имеется еще неиспользованный метод – защита от коррозии газонефтепроводов с применением отдельных пассивных защитных заземлителей.

На пересечениях промысловых трубопроводов, ввиду наличия разности потенциалов, магистральный трубопровод (МТ) становится катодом, а ПТ анодом, что влечёт за собой интенсивное электрохимическое разрушение металла труб ПТ с последующим возникновением аварийной ситуации.

Таким образом, необходимо провести исследование новых технических решений по защите подземных промысловых газонефтепроводов с использованием защитных заземлителей. В результате, была определена эффективность защитных заземлителей при наличии катодных токов, возникающих при работе станций катодной защиты на магистральных трубопроводах на пересечениях с ПТ. [1]

Сравнение графиков коррозионной потери массы при 72 часах эксперимента показывает, что скорость коррозии образцов при использовании стальных заземлителей уменьшается в 1,3 раза, а благодаря применению графитового защитного заземлителя скорость коррозии стального образца снижается в 2,6 раза, рис 1.

1 – без использования заземлителей; 2 – с использованием стальных заземлителей; 3 – с использованием графитовых заземлителей; 4 – теоретическая прямая по закону Фарадея

Рисунок 1 – Графики потери массы стальных образцов в зависимости от силы тока

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что защитные заземлители эффективно способствуют пассивной защите промысловых трубопроводов при параллельной прокладке с МТ от электрохимической коррозии. Также возможно использование ферросилидовых, магнетитовых, платинированных танталовых, титан-никелевых заземлителей. Они обладают более высокой долговечностью и экономической эффективностью чем графитовые заземлители.

При исследовании влияния реальной вертикальной нагрузки, равной 20 кПа, от труб большого диаметра на показатель переходного сопротивления изоляционного покрытия труба-грунт (R_п):

Во-первых, изучено влияние вертикальной нагрузки на свойства защитных покрытий трубопроводов, где был рассмотрен общий процесс изменения переходного сопротивления полиэтиленовых покрытий под воздействием вертикальной нагрузки 20 кПа, что соответствует нагрузке трубопровода большого диаметра (Dн≥820мм), рис 2. Также проведено сравнение полученных графических данных различных защитных полиэтиленовых покрытий, приведенных в таблице 1.

Таблица 1 – Описание образцов эксперимента

1 – без нагрузки (зависимость имеет вид R_п = 9,7•10⁶e^-1,0τ, коэффициент детерминации R² = 0,84); 2 – под воздействием вертикальной нагрузки (R_п = 3,5•10⁶e^-2,2τ, R² = 0,82); 3 - под совместным воздействием вертикальной нагрузки и катодной поляризации (R_п = 5,9•10⁵e^-2,4τ, R² =0,77)

Рисунок 2 – Графики изменения переходного сопротивления полиэтиленовых покрытий (по усреднённым значением для полиэтиленовых плёночных покрытий) в различных условиях

По графику можно сделать вывод, что при исследовании надёжности и долговечности защитных покрытий трубопровода большого диаметра необходимо учитывать влияние нагрузки, воздействующей на свойства покрытий трубопровода. Толщина изоляционного покрытия берется по ГОСТ Р 51164-98 и равна 2,5 мм для труб диаметром 820 мм и более. Также значение переходного сопротивления изоляции на законченных строительством и засыпанных участках трубопровода при температуре выше 273 К (0 °С) должно быть не менее 0,3 МОм∙м² для покрытий усиленного типа и не менее 0,05 МОм∙м² для покрытий нормального типа.

Читать полностью