Трубопровідний транспорт - найпоширеніший спосіб доставки рідких і газоподібних середовищ в світі. Невеликі внутрішні трубопроводи є в кожному сучасному будинку, в населених пунктах побудовані мережі надземних і підземних розподільних трубопроводів, усі регіони нашої країни з'єднані системою магістрального трубопровідного транспорту. Трубопроводи транспортують воду, нафту і нафтопродукти, газ і т.д. У нашій країні був побудований навіть унікальний трубопровід транспорту аміаку. Більшість вітчизняних експлуатованих трубопроводів - металеві, головна причина їх руйнувань - корозія, а видів корозії - безліч. В даному огляді ми коротко розглянемо основні види корозії трубопроводів в залежності від їх призначення, а також трохи поговоримо про наслідки корозійних аварій.
Причини корозії завжди визначаються властивостями корозійно-небезпечного середовища, з якою контактує внутрішня і зовнішня поверхня трубопроводу. Корозія внутрішньої поверхні трубопроводів має місце в основному при перекачуванні водних середовищ, особливо якщо в них розчинені корозійно-небезпечні речовини: солі, кислоти, луги і т.д. Така ситуація реалізується на всіх водоводах, зокрема в системах опалення та гарячого водопостачання, системах нефтесбора (пам'ятаємо, що в РФ в видобутої з свердловин нафти міститься до 99% води!), Стічних водах промислових підприємств. Найнебезпечніший останній випадок. Корозія зовнішньої поверхні залежить від способу прокладки трубопроводу і застосованих конструктивних рішень. Наприклад, при прокладці методом «труба в трубі» корозія зовнішньої поверхні не відбувається. При прокладанні трубопроводу на повітрі протікає атмосферна корозія, яка практично не призводить до порушення цілісності трубопроводу (утворення наскрізних дефектів). Процесу атмосферної корозії ми вже присвятили окремий огляд , Тому в даній статті до цього питання повертатися не будемо. Основна небезпека корозійного руйнування зовнішньої поверхні трубопроводів виникає при підземному прокладанні, причому призначення трубопроводу в даному випадку не дуже принципово. За невеликим винятком, усі типи трубопроводів під землею корродируют однаково. Окреме питання - підводний корозія трубопроводів, прокладених по дну, без заглиблення в грунт. Правда цей суто специфічний вид корозії стосується всього декількох об'єктів в РФ - морських магістральних газопроводів, наприклад, Блакитний потік і Північний потік, а також кількох промислових трубопроводів в Каспійському, Чорному і північних морях. У зв'язку з крайньою вузькістю зацікавленого кола осіб і специфічністю процесів морська корозії зовнішньої поверхні трубопроводів в цьому огляді теж не буде порушуватися.
Отже, ми починаємо. В даному огляді, розділеному на кілька частин, ми окремо і докладно розглянемо можливі механізми корозії наступних видів трубопроводів, класифікованих за їх функціональним призначенням:
- магістральні трубопроводи;
- промислові трубопроводи родовищ нафти і газу;
- трубопроводи систем опалення, гарячого та холодного водопостачання;
- трубопроводи промислових стічних вод.
Почнемо, мабуть, з найбільш простих з корозійної точки зору об'єктів - магістральних трубопроводів транспорту нафти, газу, аміаку, нафтопродуктів і т.д.
Корозія магістральних трубопроводів
Мабуть, це самий добре вивчений і систематизований вид корозії трубопроводів. По крайней мере, магістральні трубопроводи - це єдиний вид трубопроводів, захист від корозії яких регламентується окремим національним стандартом ГОСТ Р 51164-98 * «Трубопроводи сталеві магістральні. Загальні вимоги до захисту від корозії ». Звичайно, ГОСТ Р 51164-98 * в основному присвячений методам протикорозійного захисту, а не механізмів корозійного руйнування, проте, при його уважному вивченні можна виділити і певну систематизацію небезпеки корозії магістральних трубопроводів в залежності від її механізму. Відразу слід зазначити, що магістральні трубопроводи використовуються для транспорту підготовлених корозійно-інертних продуктів, тому для них небезпеку становить тільки зовнішня корозія, причому на ділянках надземної прокладки тільки порівняно безпечна атмосферна корозія . Далі наш огляд буде присвячений тільки ділянкам магістральних трубопроводів під землею трубопроводу.
Отже, ГОСТ виділяє 3 види ділянок магістральних трубопроводів, схильних до особливим корозійних небезпекам: ділянки високу корозійну небезпеку, ділянки підвищеної корозійної небезпеки і корозійно-небезпечні ділянки. Серед критеріїв ГОСТ, що стосуються механізмів корозії і дозволяють віднести деякі ділянки трубопроводів до особливо небезпечних ділянках, можна виділити наступні критерії ділянок підвищеної корозійної небезпеки:
- блукаючі струми від джерел постійного струму;
- мікробіологічна корозія;
- корозійне розтріскування під напругою.
Додатково, ГОСТ відносить до ділянок підвищеної корозійної небезпеки ділянки прокладки магістральних трубопроводів, на яких може різко зрости небезпеку звичайної грунтової корозії:
- ділянки трубопроводів в засолених грунтах будь-якого району країни (солончакових, солонцях, солодях, сорах і ін.);
- ділянки трубопроводів на ділянках промислових і побутових стоків, звалищ сміття і шлаку;
- ділянки трубопроводів з температурою продукту, що транспортується вище 303 К (30 ° С).
Узагальнюючи вищесказане, а також багаторічний досвід експлуатації та діагностики, можна резюмувати, що на магістральних трубопроводах підземної прокладки в основному реалізуються наступні види корозійного руйнування:
- ґрунтова електрохімічна корозія;
- корозія блукаючими струмами від джерел постійного струму;
- корозія блукаючими струмами від джерел змінного струму (на ділянках перетинів і рідше зближень з ПЛ 110 кВ і вище);
- корозійне розтріскування під напругою (властиво переважно магістральних газопроводів);
- мікробіологічна корозія (на ділянках, де грунт навколо трубопроводу заражена мікроорганізмами).
Ґрунтова електрохімічна корозія
Корозія підземних трубопроводів протікає по електрохімічного механізму, що базується на виникненні різниці потенціалів між різними ділянками трубопроводу, і, як наслідок, виникнення струму корозії. В результаті протікання струму корозії ділянки металу на анодних зонах розчиняються і переходять в грунт, де згодом взаємодіють з ґрунтовим електролітом, утворюючи іржу.
Механізм електрохімічної корозії
Однією з найбільш важливих особливостей трубопроводів, з точки зору корозії, є їх велика протяжність. При своїй великої протяжності підземні лінії проходять через грунту різного складу і будови, різної вологості і аерації. Все це створює можливість виникнення значних різниць потенціалів між окремими частинами підземної лінії. Так як трубопроводи мають високу провідність, то на них легко утворюються корозійні гальванопари, що мають іноді протяжність в десятки і навіть сотні метрів.
Так як при цьому часто створюються великі щільності струму на анодних ділянках, це сильно збільшує швидкість корозії. Істотним для розвитку корозії виявляється і те, що підземні лінії укладаються на такій глибині, де завжди зберігається деяка вологість, що забезпечує протягом корозійних процесів. На глибині закладення трубопроводів температура рідко знижується нижче 00С і це також сприяє корозії. Сприяє розвитку корозії на підземних трубопроводах і наявність на поверхні труб прокатної окалини, яка далеко не завжди видаляється при очищенні.
Було встановлено наявність прямої залежності між площею, яка піддається корозії, і глибиною корозійного руйнування. Це пояснюється тим, що на більшій поверхні металу існує велика можливість створення більш важких корозійних умов. Зокрема, цим пояснюється, що інші сталеві підземні споруди, крім трубопроводів, при інших рівних умовах руйнуються електрохімічної корозією повільніше.
Корозійна агресивність самих грунтів визначається їх структурою, гранулометричним складом, питомим електричним опором, вологістю, повітропроникністю, рН та ін. Зазвичай корозійну агресивність ґрунту по відношенню до вуглецевої сталі оцінюють по питомій електричному опору грунту, середньої щільності катодного струму при зсуві електродного потенціалу на 100 мВ отрицательнее корозійного потенціалу стали, градієнту природних потенціалів вільної корозії на ділянці трубопроводу.
Корозія блукаючими струмами від джерел постійного струму
Блукаючі струми - це струми антропогенного походження, що протікають в землі і в підземних металевих конструкціях. Такі струми виникають за рахунок витоків в землю струмів експлуатованих пристроїв і споруд, що працюють на постійному струмі, зокрема залізниць на постійному струмі, електрозварювальних апаратів, систем катодного захисту сторонніх об'єктів і т.д., і т.п. Як відомо, електричний струм завжди прагне рухатися по шляху найменшого опору, тому при наявності в зоні поширення блукаючих струмів в землі підземних протяжних металевих трубопроводів, електропровідність яких в рази більше електропровідності грунту, блукаючий струм буде протікати саме по ним. У найбільш вдалому місці (з точки зору того ж самого принципу найменшого опору) блукаючий струм стече з трубопроводу назад в землю і повернеться до свого джерела. При цьому ділянка трубопроводу, з якого блукаючий струм виходить в землю, є анодом, а та частина трубопроводу, де блукаючий струм потрапляє в нього, є катодом. На анодних ділянках блукаючі струми підвищеної щільності викликають значні корозійні пошкодження трубопроводів, швидкість корозії на них практично необмежена і може досягати гігантських значень 10-20 мм / рік.
Корозія блукаючими струмами від джерел змінного струму
Даний вид корозії зустрічається в місцях зближення і паралельного проходження ПЛ напругою 110 кВ і вище та магістральних трубопроводів. Це явище вже докладно висвітлено на нашому сайті в спеціальному огляді і в цій статті додатково розглядатися не буде.
Корозійне розтріскування під напругою (КРН) або стрес-корозія
Корозійне розтріскування під напругою в магістральних трубопроводах (в основному газопроводах) розвивається в результаті одночасного впливу на метал корозійного середовища і напруг, що розтягують. Завдяки проведеним дослідженням, в даний час сформувалася воднево-корозійна теорія розвитку КРН в трубопроводах.
Формування і розвиток мікротріщин в металі відбувається в результаті наводоражіванія трубної сталі в місцях дислокацій і вакансій кристалічної решітки і зростання в них внутрішнього тиску до значень, що перевищують еквівалент енергії зв'язку атомів решітки. Саме наводоражіваніе відбувається внаслідок процесів, що протікають дифузії протонів (H +), що утворюються в результаті гідролізу води при підвищених потенціалах катодного захисту, дисоціації ряду неорганічних сполук, таких як гідрокарбонати, гідросульфіди і сульфіди, нітрати, аммонати, фосфати і т.д., життєдіяльності сульфатвосстанавлівающіх організмів .
Після розкриття тріщин на поверхні труби в місцях пошкодження ізоляційного покриття трубопроводу відбувається прискорення утворення тріщин за рахунок корозійного впливу електроліту грунту, що проникає в тріщини.
Кінцевий етап деструкції (включаючи долом тріщин) контролюється умовами механічної навантаження на трубопровід, напружено-деформованим станом трубної сталі, а також її міцності.
мікробіологічна корозія
Мікробіологічної корозією (або біокоррозія) називають корозію металу, яка виникає в результаті життєдіяльності мікроорганізмів. У грунтах і природних поверхневих водах міститься величезна кількість мікроорганізмів - бактерії, грибки, водорості, найпростіші і т.д. В даний час встановлено, корозію металу ініціюють в більшості випадків саме бактерії через високу швидкість їх розмноження і активності в хімічних перетвореннях навколишнього середовища. Для протікання процесу мікробіологічної корозії викликають її бактерії повинні перебувати у вологому або водному середовищі, також їм потрібен азот, мінеральні солі і ряд інших елементів. Необхідна наявність цілком певних зовнішніх умов, при яких вони починають активно розмножуватися поблизу трубопроводу, таких як:
- температура;
- тиск;
- освітленість;
- концентрація водневих іонів;
- концентрація кисню.
Мікроорганізми можуть викликати корозію шляхом продукування речовин, що викликають корозію (наприклад, кислот), створюючи на поверхні металу умови, які зумовлюють появу на поверхні металу різниці потенціалів і утворення додаткових анодних і катодних зон, з подальшим перебігом корозійного процесу по електрохімічного механізму.
У разі магістральних трубопроводів найбільш часто зустрічається мікробіологічна корозія, що ініціюється сульфатвосстанавлівающімі бактеріями. Під дією цих бактерій на трубах утворюються окремі каверни. Продукти корозії мають чорний колір і запах сірководню. Вони містять близько 40% двовалентного заліза і 5% сірки у вигляді сульфідів. Сульфатвосстанавлівающіе бактерії присутні практично у всіх грунтах, але помітний корозійний процес відбувається тільки тоді, коли присутня їх відносно велике число.
Отже, в цій статті ми коротко виклали види і механізми корозії магістральних трубопроводів. Продовження розпочатої теми, присвячене водопровідних систем, читайте тут .
