Статью подготовили:
ПЛЕТНЕВ Егор Александрович - главный инженер ООО «Евразия-Строй», Корпорация ПСС
ПАЧИН Константин Юрьевич - ведущий инженер ПТО ООО «Евразия-Строй», Корпорация ПСС
Высокоэффективная ЭХЗ от почвенной (подземной) коррозии позволяет обеспечить надежную работу трубопроводов в течение длительного периода. Оптимальный подбор ЭХЗ предполагает учет многих факторов, не последнюю роль среди которых играет климат. Также поддержание высокой эффективности комплексной защиты от коррозии обеспечивается за счет подбора оптимальных режимов работы средств ЭХЗ, своевременного пуска ее в эксплуатацию и эксплуатации в соответствии с требованиями ГОСТов 9.015-74, 25812-83, 51164-98 и других нормативных документов. Невыполнение последнего условия сводит на нет все достоинства качественного проектирования и строительства трубопроводов.
Обеспечение ЭХЗ от коррозии особенно актуально применительно к трубопроводам северных районов страны, в первую очередь, Западной Сибири. Это обусловлено спецификой условий укладки и эксплуатации, а также повышенной сложностью ремонтно-восстановительных работ в случае аварийных отказов.
Особое внимание следует уделить выбору способа ЭХЗ морских гидротехнических сооружений. При проектировании и обустройстве объектов активной катодной защитой следует учитывать факторы, оказывающиеся непосредственное влияние на работоспособность всей системы: гидрологию местности, изменения уровня минерализации в зависимости от сезонности, выхода пресных подземных вод, розу ветров, ледовую нагрузку. На подобных объектах к оборудованию предъявляются повышенные требования по устойчивости к воздействию агрессивных соединений хлора, образующихся в результате электролиза морской воды, степени защиты от воздействия волновой нагрузки и ударов, защиты от атмосферных осадков, высокой влажности, туманообразования, точки росы, вызванной большими перепадами температур в дневное и ночное время.
Модели для подбора ЭХЗ
Оптимальный подбор ЭХЗ может производиться на основе математической, эмпирической или гибридной модели.
Математический расчет ЭХЗ магистральных трубопроводов (МП) и промысловых трубопроводов (ПТ) (рис. 1) производится на основе следующих нормативных документов:
РД 91−020.00-КТН-234−10 «Нормы проектирования электрохимической защиты магистральных трубопроводов и сооружений НПС»;
СТО ГАЗПРОМ 9.2−003−2009 «Защита от коррозии. Проектирование электрохимической защиты подземных сооружений».
Расчет ЭХЗ МП производится на основе норвежского стандарта DNV-RP-B401 «Catodic protection design (Проектирование катодной защиты)».
Основу эмпирической модели составляют результаты анализа некоторого объема данных (информации), полученных в результате эксперимента или измерений.
Наконец. гибридная модель представляет собой совокупность математической и эмпирической моделей.
Для сбора данных используются опросные листы (ОЛ):
- ОЛ для ЭХЗ портовых сооружений;
- ОЛ для внешней ЭХЗ кожухов;
- ОЛ для внешней ЭХЗ резервуаров;
- ОЛ для внешней ЭХЗ трубопроводов;
- ОЛ для внутренней ЭХЗ резервуаров РВС и емкостей.
Рис. 1. Расчет ЭХЗ при помощи математической модели
Обеспечение комплексной защиты от коррозии
Для обеспечения надежной комплексной защиты от подземной коррозии требуется решить следующие задачи:
- установить требования к изоляционным покрытиям, необходимым для реализации комплексной защиты от почвенной коррозии;
- выбрать критерии защиты, соответствующие устойчивому равновесию действующих факторов – потенциала металла, величины кислотности, плотности защитного тока и температуры в приэлектродной области;
- разработать оптимальную технологическую систему катодной защиты подземных трубопроводов в северных районах и методики расчета ее рабочих параметров с учетом влияния подстилающего слоя многолетнемерзлых пород;
- определить пути снижения сопротивления растеканию анодных заземлений и стабилизации и их параметров в различные времена года;
- создать автономную технологическую систему катодной защиты подземных трубопроводов с использованием литых и протяженных протекторов с учетом влияния зимнего ареола талого грунта, окружающего трубопровод;
- разработать специальную нормативную документацию, необходимую для проектирования, сооружения и эксплуатации ЭХЗ от подземной коррозии северных и низкотемпературных трубопроводов.
На выполнении всех перечисленных задач основано новое проблемное направление научных исследований в области защиты магистральных трубопроводов от подземной коррозии. Своевременное внедрение полученных результатов в практику противокоррозионной защиты на газовых и нефтяных магистралях Западной Сибири и Крайнего Севера позволяет обеспечить их безотказную работу в течение всего планового периода эксплуатации и получить заметный экономический эффект.
Факторы выбора изоляционного покрытия
Правильный выбор типа и конструкции изоляционного покрытия играет важную роль в обеспечении комплексной защиты трубопроводов от подземной коррозии в промерзающих местах, сложном каменистом грунте, а также в болотистой местности (рис. 2). В связи с этим любое решение по выбору изоляции должно быть основано на технико-экономическом обосновании на стадии проектирования. В основу такого обоснования должны быть положены следующие параметры изоляционного покрытия:
- гармонизация с работой в комплексе со средствами ЭХЗ;
- кинетика и динамика износа и старения изоляционного покрытия, характеризуемая снижением ее первоначального переходного сопротивления и константой старения, используемой в расчетах по гармонизации с действием ЭХЗ;
- совместимость выбранного изоляционного материала с температурным режимом работы трубопровода и его стойкость к циклическим переходам температуры через 0°С;
- стойкость изоляционного покрытия против снижения адгезии к металлу труб, а также биохимическому влиянию почвенных микроорганизмов и их генезису.
Рис. 2. Трубопроводы в различных климатических и природных условиях
Повышение эффективности изоляционного покрытия
Любое изоляционное покрытие органического происхождения, обладающее естественной пористостью своей структуры, не может обеспечить 100% защиту от подземной коррозии, так как всегда сохраняет возможность инициирования коррозионных процессов на поверхности стального трубопровода за счет заполнения естественных микропор коррозионным электролитом грунта. При этом по мере развития таких процессов образующиеся первоначально продукты окисления стали, в пять раз превышающие по объему саму корродирующую сталь, постепенно разрывают микропоры и стимулируют дальнейший рост интенсивности процессов коррозии.
Основное назначение изоляционного покрытия заключается в сокращении поверхности стальных трубопроводов, доступной для прямого контакта с коррозионной окружающей средой и для прохождения блуждающих токов. Такое сокращение позволяет реализовать ЭХЗ в комплексе с изоляцией, что обеспечивает реальное торможение коррозионных процессов.
Функциональная роль изоляционного покрытия на трубопроводных системах большой напряженности заключается в обеспечении возможности увеличения зоны распространения токов катодной защиты, стекающих с анодного заземления единичной установки ЭХЗ. В связи с этим в условиях старения изоляции на трубопроводе эту функцию можно обеспечить не только в процессе ремонта, но и путем изменения конструкции анодного заземления, используя вместо стандартных заземлений точечного типа (поверхностных или глубинных) протяженные гибкие аноды.
