Применима ли бесконтактная магнитометрическая диагностика для специальных коррозионных обследований и прогноза коррозионной ситуации подземных и подводных трубопроводов?
Трубопроводы являются одним из наиболее востребованных видов транспорта в мире. При помощи различных трубопроводов производится транспортировка жидких и газообразных веществ от производителя к потребителю.
Большинство трубопроводов металлические, что обеспечивает их высокую прочность и надежность. Однако, даже металл высокого качества со временем подвергается разрушению. Основная причина – коррозия, а также растрескивание под воздействием циклических напряжений или агрессивной среды.
Причины коррозии трубопроводов
Существует огромное количество факторов, которые провоцируют возникновение коррозионных процессов. Все они обусловлены как свойствами коррозионно-опасной среды, в которой находится трубопровод, так и недостаточной стойкостью стали труб к воздействиям эксплуатационных факторов. Необходимо помнить, что коррозии подвергается как внутренняя, так и внешняя поверхность труб в зависимости от агрессивности среды – транспортируемого продукта или грунта, а также надежностью системы защиты от коррозии. При этом воздействия, которые приводят к возникновению процесса деградации металла, будут разными.
Возникновение внутренней коррозии обычно связано с эксплуатационными особенностями: перекачка и транспортировка обводненных агрессивных сред, которые включают не только воду, но и нефть, а также факторы так называемой биокоррозии. Коррозия наружной части провоцируется постоянным воздействием разннобразных факторов грунта, включая почвенный электролит, агрессивную газовую фазу, а также усугубляется механическими нагрузками. При этом огромное значение в скорости течения процесса играет способ укладки трубопровода и эффективность защиты от коррозии. Подземные магистрали сильнее подвержены коррозионным процессам, нежели наземные и надземные объекты.
Виды коррозии
Выделяют такие разновидности коррозионного разрушения:
- Почвенная электрохимическая коррозия.
- Коррозии за счет блуждающихи токови, которые могут происходить от источников постоянного или переменного тока.
- Появление коррозионного растрескивания под напряжением, проявляющееся в появлении микротрещин и затем магистральных трещин, которые являются следствием постоянного либо переменного повышенного напряжения и коррозионного воздействия среды. Данный тип коррозии характерен для магистральных трубопроводов, в основном с пленочным типом изоляционных покрытий и катодной защитой.
- Биокоррозия или микробиологические коррозия. ((микробиологически индуцированная коррозия – MIC, поставляющей сероводород, углекислоту, органические кислоты и другие коррозионно-агрессивные продукты обмена веществ в среду). Возникает как правило локально под отслоившимся изоляционным покрытием, характеризуются высокой скоростью и трудно поддаются контролю обычными средствами защиты без применения специальных биоцидных воздействий.
Для того, чтобы определить наиболее эффективный способ защиты от коррозии необходимо понимать суть происходящих процессов.
Почвенная коррозия
Свойственна для трубопроводов подземной прокладки. Грунт на значительной протяженности обладает разными свойствами (гетерогенностью) – по влажности, засоленности, проницаемостью для кислорода. Из-за этого возникает существенная разность электрических потенциалов. Труба является отличным проводником, поэтому на ней появляются так называемые коррозионные гальванопары. Кроме того, дополнительную роль играет глубина прокладки. Чем глубже расположена труба, тем больше уровень влажности окружающей почвы. Эти два фактора в числе прочих провоцируют возникновение почвенной коррозии.
Коррозии блуждающими токами
Блуждающие токи появляются из-за утечки электротоков от эксплуатируемых электрифицированных устройств (железных дорог, ЛЭП, и т.п). Эти токи двигаются по пути наименьшего сопротивления и могут вызвать изменения в системе электрохимической защиты от коррозии. В подобной ситуации металл трубопровода является отличной мишенью. При этом тот участок трубы, из которого токи выходят, является анодом и подвергается ускоренной коррозии. Область трубопроводной системы, в которую электроток входит, называется катодом.
Коррозионные трещины (трещины коррозионного растрескивания под напряжением – КРН или стресс-коррозия)
Дефекты КРН появляются вследствие одновременного действия на металл внешних (коррозионная среда) и внутренних (повышенное напряжение в системе) факторов. А также механических напряжений. Как считают, первоначально формирование (зарождение) микротрещин происходит за счет наводораживания металла перед кончиками растущих микротрещин, являющихся концентраторами механических напряжений. В основе этого химического процесса лежит диффузия протонов (атомарного водорода). Процесс наводораживания также связывают с появлением биогенных продуктов микробиологической коррозии – сероводорода, углекислоты и органических кислот, как промоутеров наводораживания,
Микробиологическая коррозия
Основная причина – воздействие продуктов жизнедеятельности различных микроорганизмов, которые находятся в почве. Жизнедеятельность бактерий почвы очень интенсивна, особенно в в непосредственной близости от техногенной среды, создаваемой воздействием трубопровода – за счет дренажного эффекта и повышения влажности, температурного воздействия, а также факторов электрохимической защиты (в случае так называемой «перезащиты»). Микрофлора активно размножается и при этом значительно преобразует окружающую почвенную среду, способствуя появлению газовой фазы с избытком кисло и сероводорода. Постепенное накопление биологических элементов в грунте и наличие повышенной влажности провоцируют возникновению самых опасных коррозионных повреждений – стресс-коррозии (КРН) и так называемой локальной подпленочной коррозии под отслоившимся изоляционным покрытием.
Методы защиты трубопровода от коррозии
Существует несколько видов защиты трубопроводов от коррозии:
- Пассивный. Основывается на особом способе укладки трубы и применении специальных средств защиты от коррозии в виде изоляционных покрытий.
- Активный. Базируется на использовании электрохимической защиты.
- Снижение степени агрессивности окружающей трубопровод среды за счет создания водоупорных слоев, дренажей, применения биоцидных элементов.
Выбирать тот или иной метод необходимо, исходя из особенностей трубопровода и условий его эксплуатации. Для каждого трубопровода проектом предусматривают свои средства противокоррозионной защиты.
Пассивный вид защиты
Основная сфера применения – подземные трубопроводы. На практике используется три основных варианта защиты:
- Оптимальная методика укладки. Между поверхностью трубы и грунтом создается песчаная «постель», которая обеспечивает дренаж и предотвращает контакт трубопровода с камнями, которые способны повредить изоляционное покрытие.
- Специальные средства защиты трубопроводов от коррозии (антикоррозионное покрытие). Наружная часть трубы изолируют с помощью покрытий разной конструкции (пленочных, битумных, полимерных, пластиковых экструдированных, стеклокерамических и т.д.) устойчивых к воздействию агрессивных факторов среды, вызывающих коррозионное поражение. Например, в заводских условиях изоляция трубы осуществляется путем грунтовки поверхности с дальнейшей покраской алкидной эмалью, мастикой. В трассовых условиях на загрунтованную поверхность труб наносят пленочные полимерные либо каменноугольные покрытия с обертками.
- Нанесение до изоляционных покарытий на поверхность металла трубы химических веществ, которые обладают высокой устойчивостью к действию агрессивных факторов. Наиболее распространенным вариантом является фосфаты, которые образуют очень тонкую защитную пленку, пассивирующую поверхность металла. К подобным способам относится также введение в состав клеющих слоев (так называемых «праймеров») различных ингибиторов коррозии и/или биоцидов, защищающих от факторов биокоррозии.
Активная защита трубопровода
Осуществляется при помощи электротоков за счет электрохимических реакций – так называемая электрохимзазита (ЭХЗ). Наиболее распространенные методики:
- Установка электродренажа. Основная задача такой дренажной системы – защита от воздействия блуждающих токов. Также, производится установка электро-экранов и монтаж изолирующих фланцев.
- Анодный метод защиты трубопровода («жертвенные аноды»). Методика основывается на использование магниевого или алюминиевого анодного элемента. При воздействии электрического тока происходит постепенное высвобождение ионов анода, обеспечивая защиту металлической поверхности трубы от коррозии, создавая защитный потенциал . Этот способ не позволяет полностью предотвратить процесс разрушения, однако дает возможность его замедлить Кроме того, он требует постоянного контроля, поскольку в разных условиях защитные аноды растворяются с разной скоросьтю.
- Катодная защита от коррозии. Производится катодная поляризация металлической трубопроводной системы, благодаря чему металл труб приобретает небольшой потенциал, защищающий его от растворения. Обычно уровень защитного потенциала рассчитывают с учетом так называемой «омической составляющей» электросопротивления грунта и регламентируют эту величину в нормативных документах
Снижение уровня агрессивности почвенной среды
Основная защита направлена на уменьшение воздействия агрессивной внутренней среды промысловых трубопроводов – до очистки и поступления магистральную систему транспортировки товарного продукта. Такой способ борьбы с коррозионными поражениями особо актуален для трубопроводных систем, которые транспортируют нефть, нефтепродукты и трехфазные смеси. Разрушение металла провоцируется влиянием обводненных агрессивных сред и продуктов химических реакций, которые непрерывно протекают в трубе. Важный вклад в эти процессы обеспечивает и микробиологическая коррозия и коррозионно-эрозионные явления, приводя к появлению такого опасного вида внутреннего поражения стенки труб, как «ручейковая коррозия»
Защита внутренней поверхности осуществляется при помощи введения специальных средств: итнгибиторов коррозии и биоцидов, подавляющих биокоррозию. Эти добавки взаимодействуют с примесями или микрофлорой на молекулярном уровне и блокируют их отрицательное действие на металлическую поверхность. Эта методика считается одной из самых эффективных. При использовании качественных средств удается свести вероятность возникновения коррозионного повреждения до минимума. Огромное преимущество защиты путем снижения агрессивности среды – низкая затратность. Кроме того, методика отличается простотой выполнения и универсальностью. Однако она также требует постоянного контроля, поскольку приходится следить за сохранением и возобновлением защитного эффекта, иначе возникает эффект «привыкания». В западной практике существует специальная автоматическая система контроля скорости внутренней коррозии с программированием смены вводимых биоцидов по мере падения их эффективности.
Физические методы защиты от коррозии
Весьма эффективно зарекомендовали себя так называемые «физические методы» защиты от коррозии промысловых трубопроводов путем воздействия , например, мощными магнитами или кавитацией, способствующими очистке от примесей, снижения обводненности, биоцидным эффектом на агрессивную микрофлору. Преимуществами данных методов является отсутствие привыкания к этому виду воздействия.
Выбор коррозионно-стойких трубных сталей, устойчивых к определенному виду коррозии
Практикуется на стадии проектирования с учетом особенностей условий эксплуатации и исходных технических требований к материалу труб.