Обоснование мероприятий по защите подземных нефтегазопроводов от коррозионного воздействия высоковольтных линий электропередачи переменного тока тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат наук Яблучанский, Павел Анатольевич

• Яблучанский, Павел Анатольевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Яблучанский, Павел Анатольевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР ОСНОВНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВЛИЯНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НА ПОДЗЕМНЫЙ ТРУБОПРОВОД

1.1 Краткие сведения о развитии теории электромагнитного влияния линий электропередачи

1.2 Основные исследования влияния линий электропередачи на коррозионного состояние подземного трубопровода

1.3 Исследования коррозионного воздействия переменного тока на трубопровод, оборудованного системой катодной защиты

1.4 Критерии опасного влияния переменного тока на подземные трубопроводы в отечественной нормативной документации

1.5 Методы расчета электромагнитного влияния линий электропередачи на подземный трубопровод

1.6 Основные методы защиты от влияния переменного тока, наведенного на подземный трубопровод

1.7 Цели и задачи исследований

ГЛАВА 2 РАСЧЕТ ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ, НАВЕДЕННОГО ЛИНИЕЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НА ПОДЗЕМНЫЙ ТРУБОПРОВОД

2.1 Методика расчета электромагнитного влияния

2.1.1 Продольная ЭДС взаимоиндукции

2.1.2 Потенциал трубопровода

2.1.3 Напряжение прикосновения

2.1.4 Плотность тока утечки

2.2 Алгоритм расчета электрических потенциалов

2.3 Сравнение результатов вычислений с другими данными

2.3.1 Расчеты по аналитической формуле

2.3.2 Вычисления по программе GDEGS

2.3.3 Вычисления по программам SESTLC, ROW, HIFREQ

2.3.4 Данные, полученные на действующих трубопроводах

2.4 Выводы по главе 2

ГЛАВА 3 АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ, НАВЕДЕННОЕ НА ТРУБОПРОВОДЕ ПРИ ПЕРЕСЕЧЕНИИ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

3.1 Параметры сближения

3.2 Зависимости наведенного потенциала от профиля опор ЛЭП

3.2.1 Одноцепные опоры с различным расположением фазных проводов

3.2.2 Зависимость наведенного потенциала от пространственного расположения фаз ЛЭП

3.2.3 Двухцепные опоры с вертикальным расположением фаз

3.3 Зависимости наведенного потенциала от параметров трубопровода и удельного сопротивления грунта

3.4 Выводы по главе 3

ГЛАВА 4 ОЦЕНКА ОПАСНОСТИ КОРРОЗИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ЛЭП НА ТРУБОПРОВОД

4.1 Влияние катодной защиты на параметры дефекта

4.2 Оценка предельной глубины коррозионного повреждения

4.3 Методика оценки коррозионной опасности на подземном трубопроводе, пересекающем ЛЭП

4.3.1 Определение плотности тока утечки с дефектов в защитном покрытии

4.3.2 Определение предельной глубины коррозионного повреждения трубы

4.4 Пример использования при проектировании трубопровода

4.5 Мероприятия по устранению коррозионного воздействия ЛЭП на подземный трубопровод

4.6 Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование мероприятий по защите подземных нефтегазопроводов от коррозионного воздействия высоковольтных линий электропередачи переменного тока»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований

Систематизация причин аварий магистральных трубопроводов свидетельствует, что доля отказов трубопроводной системы по причинам коррозионного разрушения составляет более 40%. Обслуживающие трубопроводные системы предприятия, как в России, так и в других странах, направляют большие усилия и средства на повышение надежности этих систем путем совершенствования их противокоррозионной защиты, в том числе на решение проблем коррозионного воздействия на трубопровод электромагнитного поля высоковольтных линий электропередачи переменного тока (ЛЭП).

Установленные нормативными документами критерии опасного влияния ЛЭП на подземный трубопровод, требуют обоснованного выделения зон потенциально опасных в плане возможных коррозионных повреждений как для существующих трубопроводов, при включении их в план первоочередных обследований, так и при проектировании новых, для принятия технических решений, снижающих это влияние до безопасного уровня. Необходимость применения мероприятий по защите трубопровода от опасного влияния ЛЭП определяют исходя из величины плотности тока на возможном дефекте в защитном покрытии.

Единой методики оценки величины влияния ЛЭП на подземный трубопровод, применимой для всех возможных ситуаций, не разработано. Применяемые методы оценки влияния ЛЭП на пересечении с трубопроводом не учитывают в полной мере всех факторов, существенно влияющих на величину плотности тока через дефект в защитном покрытии трубопровода. Предлагаемые методы оценки путем решения системы линейных уравнений громоздки и требуют наличия доступных сертифицированных программных продуктов.

Отсутствие доступных методик оценки величины влияния ЛЭП вызывает, кроме того, большие трудности при реализации технических условий на

пересечение трубопроводов и ЛЭП в организациях, проектирующих новые трубопроводные или электрические системы.

Широкое развитие электрических сетей переменного тока и не менее интенсивное создание новых трубопроводных транспортных сетей в России делают проблему оценки электромагнитного влияния ЛЭП на трубопроводы востребованной. Таким образом, разработка методики оценки влияния ЛЭП на трубопровод с целью определения мест потенциально-опасного коррозионного воздействия для своевременного принятия мер и предотвращения аварийных ситуаций является актуальной научно-технической задачей.

Цель диссертационной работы

Повышение эксплуатационной надежности подземных нефтегазопроводов путем обоснования необходимости защиты от коррозионного воздействия электромагнитного поля высоковольтных линий электропередачи переменного тока при их пересечении.

Основные задачи исследования

1. Провести анализ результатов основных исследований в области коррозии трубопроводов под воздействием переменного тока, наведенного ЛЭП, а также методов оценки степени опасности этого воздействия и способов защиты.

2. Обосновать метод расчета воздействия электромагнитного поля ЛЭП переменного тока на трубопровод, и на этой основе разработать физико-математическую модель.

3. Выявить основные факторы, определяющие плотность переменного тока в возможных дефектах защитного покрытия трубопровода при пересечении ЛЭП.

4. Разработать физико-математическую модель коррозионного повреждения стали магистрального трубопровода в возможных дефектах защитного покрытия под воздействием наведенного переменного тока.

5. Разработать методику оценки коррозионной опасности влияния наведенного на подземном трубопроводе переменного тока на участках пересечении с ЛЭП.

Научная новизна работы

1. Разработан метод вычисления электрического потенциала на подземном трубопроводе, наведенного линией электропередачи переменного тока при любых типах конструкций опор и видах сближений и пересечений, позволяющий определять коррозионно-опасные участки трубопровода при относительно малом объеме вычислений.

2. Установлены зависимости степени коррозионной опасности воздействия переменного тока, наведенного на трубопроводе при пересечении ЛЭП, от угла пересечения, параметров ЛЭП, физико-технических характеристик трубопровода, и сопротивления грунтов, позволяющие обосновать необходимость применения мероприятий по защите от этого воздействия.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Методика оценки коррозионного воздействия ЛЭП на пересекаемый подземный трубопровод, учитывающая физико-технические параметры трубопровода, параметры ЛЭП и электрическое сопротивление грунтов в зоне пересечения и непосредственно на дефекте покрытия, позволяет определить коррозионно-опасные участки трубопровода и обосновать необходимость в защитных мероприятиях.

2. При обосновании мероприятий по защите подземного трубопровода от коррозионного воздействия переменного тока, наведенного при пересечении ЛЭП, необходимо учитывать диаметр трубопровода, электрическое сопротивление защитного покрытия трубопровода, электрическое сопротивление грунта, прилегающего к дефекту и размер ожидаемых дефектов в защитном покрытии.

Методика исследований

Методической основой исследований является создание физико-математической модели пересечения трубопровода и ЛЭП с последующим анализом и систематизацией полученных результатов расчетов при различных физико-технических параметрах модели и сравнение их с экспериментальными данными.

Достоверность научных положений подтверждена сходимостью теоретических и экспериментальных данных, подтвержденной с помощью методов математической статистики.

Практическая ценность работы

1. Разработан алгоритм расчета индуцированного электромагнитного поля в трубопроводе, позволяющий вычислить величину плотности тока утечки с дефекта в защитном покрытии в любой точке трубопровода для любых видов сближений и пересечений с ЛЭП любых профилей опор.

2. Разработаны номограммы и получены формулы, позволяющие, с достаточной для практики точностью, получить величину максимальной плотности тока через возможный дефект в защитном покрытии трубопровода, находящегося под воздействием электромагнитного поля ЛЭП при их пересечении.

3. Разработана номограмма для оценки предельной глубины коррозионного повреждения стали трубопровода в дефекте защитного покрытия при воздействии переменного тока.

4. Разработана методика экспресс-оценки опасности воздействия ЛЭП на коррозионное состояние трубопровода.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международном форум-конкурсе молодых ученых «Проблемы недропользования» (г. Санкт-Петербург, 2013 г.), всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии в науке о земле» (г. Нальчик, 2013 г.), межрегиональной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт-2013» (г. Уфа, 2013 г.), международной научной школе молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (г. Москва, 2013 г.), межрегиональном семинаре «Рассохинские чтения» (г. Ухта, 2014 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 работ, 2 из которых опубликованы в

изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Личный вклад соискателя

Автором разработан алгоритм расчета электромагнитного поля, наведенного на трубопроводе под воздействием ЛЭП; выявлены основные факторы, влияющие на степень коррозионной опасности; проанализированы электрометрические данные с имитирующих дефект покрытия датчиков, установленных на действующих трубопроводах, подверженных влиянию ЛЭП; получены номограммы и формулы для определения величины плотности тока через возможный дефект в защитном покрытии трубопровода, вызванного воздействием электромагнитного поля ЛЭП; разработана и обоснована методика оценки опасного воздействия электромагнитного поля ЛЭП на коррозионное состояние трубопровода.

Реализация результатов работы

Разработанная методика оценки коррозионно-опасного воздействия электромагнитного поля ЛЭП на трубопровод при их пересечении может быть использована на предприятиях нефтегазовой отрасли, осуществляющих транспорт углеводородов по магистральным и промысловым трубопроводам. Проверка алгоритма расчета электрического потенциала на подземном трубопроводе, наведенного линией электропередачи переменного тока и методика экспресс-оценки опасности воздействия ЛЭП на коррозионное состояние трубопровода применялась в процессе проектирования и реализации отдельных участков объектов «Северо-Европейский газопровода» и «Расширение ЕСГ для обеспечения подачи газа в газопровод «Южный поток».

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложена на 126 страницах текста, содержит 60 рисунков, 3 таблицы, список использованных источников из 68 наименований, 2 приложения.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ОСНОВНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВЛИЯНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НА

ПОДЗЕМНЫЙ ТРУБОПРОВОД

1.1 Краткие сведения о развитии теории электромагнитного влияния линий

электропередачи

Начало изучения явления электромагнитного влияния между электрическими сетями было связано, в основном, с распространением в начале 20 века проводных линий связи, телеграфов и телефонов. Возникали проблемы помех в телекоммуникационных сетях, создаваемые линиями электропередачи вследствие возникающей электромагнитной связи между ними.

Важным моментом в исследованиях этих проблем было решение задачи об учете конечной проводимости земли при определении электромагнитного влияния одной цепи на другую — определение полного магнитного сопротивления между влияющей и подверженной влиянию цепями (сопротивление магнитной связи или взаимной индуктивности). Первое строгое решение задачи о поле вертикального диполя, помещенного на поверхности раздела воздух-проводящая среда (земля) с определенной проводимостью было получено Зоммерфельдом в 1909 г. [1].

В России исследованиями электромагнитного поля переменного тока от протяженных источников конечной длины на поверхности земли занимались академик Фок В.А. и профессор Бурсиан В.Р., которые еще в 1926 г. решили в общем виде основную задачу теоретического определения электромагнитного поля провода конечной длины, расположенного на поверхности однородного полупространства [2].

Приближенные формулы для определения величин взаимной индуктивности между проводами конечной длины, основанные на законах прохождения постоянного тока в земле, были даны Кемпбеллом [3], а между проводами малого диаметра бесконечной длины при однородной земле —

Поллячеком [3], Карсоном [5] и другими. Следует отметить работы Карсона и Поллячека, которые рассмотрели вопросы распространения электромагнитных волн вдоль провода, подвешенного над поверхностью однородной земли с конечной проводимостью. В этих работах были принятии следующие основные допущения: земля представляет собой полубесконечную среду с постоянной конечной проводимостью; сечение проводов бесконечно мало; затухание электрического и магнитного полей в направлении оси провода мало; токи смещения и проводимости в воздухе и токи смещения в земле отсутствуют. В работе получены зависимости модуля взаимной индуктивности между однопроводными параллельными цепями от параметра а-(10/у) , где а — расстояние между линиями, / - частота электромагнитного поля, у — электрическая проводимость земли, которые до сих пор используются в инженерной практике.

Основы точной теории волнового поля линий электропередачи с учетом проводимости земли и параметров провода линии заложены в работе Гринберга Г.А. и Бронштеда Б.Э. [6]

В работе, выполненной Костенко М.В [7], получены сравнительно простые формулы для взаимного сопротивления между однопроводными линиями, учитывающие конечную проводимость земли как для параллельных, так и для косых сближений. На основе этих формул получены расчетные формулы и предложен способ расчета взаимных сопротивлений для трехфазных симметричных линий электропередачи.

Большой вклад в развитие теории электромагнитного влияния цепей внесли отечественные ученые Михайлов М.И., Соколов С.А., Разумов Л.Д, Костенко М.В. [7-10]. Эти исследования касались электромагнитного влияния ЛЭП на сооружения связи и трубопроводы, в основном, обеспечения безопасности их облуживания. При этом была решена задача электромагнитного влияния однопроводной линии электропередачи переменного тока (аварийный режим работы - короткое замыкание фазы ЛЭП на землю) на подземный кабель конечных размеров при их параллельном расположении.

В перечисленных работах результаты исследований, применимые в инженерной практике, касались, в основном, только взаимного электромагнитного влияния между однопроводными линиями.

В отдельных работах приведены номограммы для расчета взаимного магнитного влияния трехфазной ЛЭП частотой 50 Гц на параллельно проходящий подземный трубопровод только для одного, так называемого, «дунайского типа» опор, по критерию безопасной работы обслуживающего персонала [11,12]. Пятой исследовательской комиссией международного консультационного комитета по телефонии и телеграфии (МККТТ, фр. Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique, CCITT — подразделение Международного союза электросвязи, ITU) при приближенных расчетах мешающего влияния трехфазной линии электропередачи частотой 800 Гц на низкочастотный канал телефонной цепи рекомендовано определять величину взаимной индуктивности по кривой, построенной в зависимости от расстояния между ними для средней проводимости земли, равной

1-10 См/м.

Во всех вышеперечисленных работах коррозионные процессы на подземных стальных коммуникациях, вызванные влиянием переменного тока, не рассматривались.

Электромагнитное влияние линий электропередачи переменного тока на металлические коммуникации, такие как линии связи, газо- и нефтепроводы, стало серьезной проблемой в начале 60-х годов прошлого столетия в связи со значительным увеличением энергетических мощностей, необходимых для удовлетворения возрастающих потребностей промышленности СССР и западных стран. Еще одной причиной повышенного уровня взаимовлияния между коммуникациями явилось государственное регулирование, обязывающее прокладывать их в общих коридорах в целях сведения к минимуму воздействия на природу.

На сегодняшний день протяженность российских магистральных трубопроводов превышает 221 тыс. км, из которых 153 тыс. км — это

магистральные газопроводы, около 70 тыс. км - магистральные нефтепроводы, более 20 тыс. км - магистральные нефтепродуктоводы.

По данным министерства энергетики РФ протяженность электрических сетей России напряжением 110 кВ и выше на начало 2011 г. составила свыше 457 тыс. км, в том числе 0,95 тыс. км — BJI 1150 кВ, 3 тыс. км — ВЛ 750 кВ, 39,4 тыс. км - ВЛ 500 кВ, 10,8 тыс. км - ВЛ 330 кВ и 99,1 тыс. км - ВЛ 220 кВ. Протяженность линии электропередачи всех классов напряжений составляет более 2,5 млн. км.

1.2 Основные исследования влияния линий электропередачи на коррозионного состояние подземного трубопровода

В России первые научно-исследовательские работы по изучению влияния переменного тока на коррозионное состояние подземного трубопровода проводились в 1958-1964 гг. Михайловским Ю.Н., Толстой М.А., Иоффе Э.И., Потемкинской И.В., [ 13 -16].

По результатам проведенных исследований было установлено, что при определенных плотностях переменного тока, коррозионные процессы на оголенных от защитного покрытия участках подземного стального сооружения усиливаются и приводят к интенсивной коррозии, значительно превышающей скорость обычной почвенной коррозии.

Основные результаты этих исследований:

1. При поляризации стали переменным током наблюдается асимметрия поляризационных кривых, относительно величины стационарного потенциала стали (фст). Эффект характеризуется преимуществом катодной поляризуемости

системы над анодной и приводит к частичному выпрямлению тока с появлением постоянной анодной составляющей:

- в области низких и средних значений плотностей переменного тока (до 510 А/м2) эффект коррозии стали в грунте определяется доступом кислорода к металлу;

- при повышении плотности тока (до 10-100 А/м ) общий эффект коррозии стали дополнительно усиливается за счет появления постоянной составляющей анодного тока;

- при больших плотностях тока утечки (порядка 100 А/м ) в катодный полупериод возможна реакция разряда ионов водорода.

2. Наиболее существенными факторами коррозии стальных трубопроводов под действием переменного тока является степень аэрации грунтов и параметры поляризующего тока. В грунтах средней и низкой влажности скорость коррозии стали резко возрастает при увеличении плотности тока утечки с трубопровода.

3. Величина рН грунтов в интервале 4,0-9,0 (характерном для реальных грунтов) при влажности в пределах 10-17 % не оказывает заметного влияния на скорость коррозии стали под действием переменного тока.

4. Образование защитных пленок из продуктов коррозии на поверхности стали приводит к дополнительному диффузионному торможению процесса коррозии стали в грунтах при действии переменного тока.

5. Установлен факт защитного действия катодной поляризации при коррозии стали переменным током. При совместном действии постоянного и переменного тока процесс коррозии стали резко активизируется на анодном поляризуемом участке и подавляется на катодном участке.

6. Коррозионная опасность воздействия переменного тока на стальные подземные сооружения в аэрируемых грунтах определяется сосредоточенной утечкой тока на небольших участках металла в местах повреждения изоляционного покрытия (высокая локальная плотность тока с наличием постоянной анодной составляющей).

В 1972 г. по результатам научно-исследовательских работ [13-16] и данных обследований на подземных стальных трубопроводах в зонах влияния

электрифицированных переменным током железных дорог была впервые разработана «Инструкция по защите от коррозии подземных стальных трубопроводов, расположенных в зоне действия рельсового электротранспорта на переменном токе» [17]. В инструкции были отражены основные положения:

- определена критическая плотность тока утечки }к > 20А/м с повреждений в защитном покрытии подземных трубопроводов, вызывающая развитие коррозии стали в грунте под действием переменного тока;

- представлена методика расчета плотности тока утечки с дефектов в изоляции вызванной воздействием электрифицированной переменным током железной дороги;

- подземные трубопроводы, подверженные влиянию переменного тока, должны быть защищены методом катодной поляризации;

- предложены технические решения по снижению плотности тока утечки в случае превышения критической величины.

Установленных критических плотностей переменного тока на трубопроводах }к > 20А/м2, при низком качестве защитного покрытия того времени, не наблюдалось и указанная норма была исключена из перечня критериев, учет которых обязателен при организации противокоррозионной защиты подземных трубопроводов.

Результаты исследований коррозионного воздействия переменного тока на стальные коммуникации, проводимых в США, обобщены и представлены в работе [18]. По этим исследованиям был сделан вывод, что коррозионное воздействие переменного тока на подземный трубопровод является лишь небольшим процентом того, что было бы при постоянном токе плотностью эквивалентной среднеквадратичной плотности переменного тока и составляет примерно 0,1% для переменного тока частотой 50 Гц. Другие источники [19] для стали приводят проценты, колеблющиеся в пределах примерно от 1 до 5%.

1.3 Исследования коррозионного воздействия переменного тока на трубопровод, оборудованного системой катодной защиты

Исследованиями Толстой М.А., Иоффе Э.И., Потемкинской И.В. и Стрижевского И.В. в области коррозионного воздействия переменного тока на трубопровод установлен факт защитного действия катодной поляризации трубопроводов от коррозии стали переменным током [11-14].

Исследования, проведенные Девай в 1967 году, показали, что увеличенный ток катодной защиты, накладываемый на переменный ток, действительно уменьшает скорость коррозии, но не полностью избавляет от нее [20]. Несмотря на это долгое время считалось, что коррозия трубопроводов под воздействием переменного тока несущественна в связи с малыми значениям скоростей коррозии относительно скоростей при постоянном токе, а также в связи с наличием катодной защиты.

Тем не менее, в 1986 году в Германии на трубопроводе с полиэтиленовым покрытием, установленном в 1980 году и проходящем параллельно железнодорожной системе электроснабжения частотой 16,6 Гц, в месте пересечения с дорогой было обнаружено 2 сквозных коррозионных повреждения. Исследования этого случая представлены в работе [21]. Потенциал катодной защиты составлял -1В по медно-сульфатному электроду сравнения (МЭС), а рН продуктов коррозии составлял 10. Потенциал катодной защиты соответствовал промышленным стандартам. Под продуктами коррозии были найдены коррозионные углубления типа "кратер", образующие "выпуклость". Был установлен стальной купон площадью 1 см2 и измерения на нем проводились в течение 220 дней. Несмотря на плотность защитного тока /0с=1,5-2 А/м2 и потенциале включения -1,8-т- -2В (МЭС), на купоне образовались коррозионные язвы со скоростью примерно 5,3 мм/год при плотности переменного тока на купоне 20-220 А/м2.

В результате этого случая различными государственными и частными организациями Германии были организованы обширные полевые и лабораторные

программы исследований для того чтобы обратить внимание на предмет коррозии под воздействием переменного тока совместно с работающей системой катодной защиты [22].

В 1987 году подобная проблема в Швейцарии была также связана с переменным током [23]. Такие случаи были зарегистрированы в США [24], Канаде [25] и Франции [26]. Некоторые примеры случаев коррозионных повреждений трубопроводов под воздействием ЛЭП представлены в Приложении Б.

В то же время, известные зарубежные документы по катодной защите стандарта NACE не принимают во внимание опасность коррозии под воздействием переменного тока и отрицают возможность серьезного коррозионного разрушения исходя из защищенности трубопроводов катодной защитой [27, 28].

Дальнейшими исследованиями было установлено, что при наложении большой величины напряжения переменного тока на подземный трубопровод, оборудованный катодной защитой, для одной половины цикла переменного тока может происходить коррозия, а для другой половины цикла, будет выделяться газообразный водород, который может вызвать отслоение покрытия.

В 1999 г. во Франции в результате лабораторных исследований и полевых наблюдений был предложен критерий на основе соотношения плотностей постоянного тока катодной защиты /dc и наведенного переменного тока/ас [29]:

у'дс /7dc > 10 - коррозия переменным током почти обязательна;

/ас /jdc > 3 - серьезный риск коррозии;

/ас / /dc <2- риск незначителен, но полностью не отсутствует.

В 2001 году международная организация по проблемам коррозии CEOCOR опубликовало руководство по оценке риска коррозии переменным током на трубопроводах, защищенных катодной защитой, и мероприятиям по уменьшению последствий. В руководстве утверждается, что традиционные значения защитного потенциала труба-земля не гарантируют эффективной катодной защиты на трубопроводах, подверженных влиянию переменного тока. [30].

В 2003 г. Немецким обществом газо- и водопроводчиков (DVGW) рабочим листком AfK-11 были приняты критерии, определяющие опасность воздействия переменным током в месте дефекта в защитном покрытии подземного трубопровода, обеспеченного системой катодной защиты:

у'лс < 20 А/м2 - коррозионной опасности нет (критерий потенциала катодной защиты применим во всем разрешенном диапазоне);

20 < у ас < ЮО А/м2 - коррозионная опасность возможна (критерий потенциала катодной защиты применим не во всех случаях и требует уточнения);

/ас >100 А/м2 - коррозионная опасность присутствует (критерий защитного потенциала для ЭХЗ неприменим);

/ас /Jdc < 3 - допустимое отношение плотностей токов утечки.

В 2006 году Датским центром газовых технологий был представлен доклад исследований в рамках проекта «Коррозия трубопроводов, обусловленная воздействием переменного/постоянного тока». Отчет дает общее представление о проблемах коррозии переменным/постоянным током, отображает современное состояние отрасли и акцентирует внимание на результатах исследований [31]: плотность переменного тока в дефекте покрытия имеет наибольшее влияние на состояние коррозии и является очевидным характерным признаком; сопротивление растеканию тока с дефекта является таким же важным параметром, поскольку оно определяет плотность тока утечки и зависит от размера дефекта; при одновременном воздействии на трубопровод переменного и постоянного токов, возникает конфликт в оптимизации уровня катодной защиты, поскольку катодный ток увеличивает показатель рН в дефекте покрытия, приводя к значительному снижению сопротивления растеканию, что в свою очередь приводит к увеличению плотности переменного тока.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Яблучанский, Павел Анатольевич, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Sommerfeld A. Über die Ausbreitung der Wellen in der drahtlosen Télégraphié //Annalen der Physik. — 1909. — Vol. 333 (28). — P. 665—736.

2. Бурсиан В.Р., Фок В.А. Электромагнитное поле переменного тока в цепи с двумя заземлениями.-Журнал Русского физико-химического общества. 1926, вып. 2, т. 58, с. 355-363.

3. Campbell G. Mutual Impedances of Grounded Circuits. - B.S.T.J., 1923, v. 2, №4, p. 1-30.

4. Pollaczek F. Über das Feld einer unendlich langen Wechselstrom durchflossenen einfachleitung. Electrische Nachrichtentechnik, Vol. 3, No. 4, 1926, s.339-359.

5. Carson J. Wave Propagation in Overhead Wires with Ground Return.-R.S.T.J., 1926, v.5, №io, p. 539-554.

6. Гринберг Г.А., Бронштед Б.Э. Основы точной теории волнового поля линий электропередачи. ЖТФ, 1954, с.67.

7. Костенко В.М. Взаимные сопротивления между воздушными линиями с учетом поверхностного эффекта в земле.- Электричество, 1955, № 10, с.29-34.

8. Михайлов М.И., Разумов Л.Д., Соколов С.А. Защита соорущений связи от опасных и мешающих влияний.-М.: Связь, 1978. -288 с.

9. Михайлов М.И., Разумов Л.Д. Электромагнитное влияние линий высокого напряжения на подземные трубопроводы и меры защиты.-«Труды ВНИИСТ», 1962, вып. 13. -С.96-199.

10. Михайлов М.И., Разумов Л.Д., Соколов С.А. Электромагнитные влияния на сооружения связи.-М.: Связь, 1979. -264 с.

11. Бэкман В., Швенк В. Катодная защита от коррозии: Справ. Изд. Пер. с нем.-М.: Металлургия, 1984. -496 с.

12. Бэкман Б. Катодная защита. :Справочник.-. Металлургия. 1992.-196 с.

13. Толстая М.А., Иоффе Э.И., Потемкинская И.В. Влияние переменного тока промышленной частоты на электрокоррозию стали. Сб. «Газовое дело» №3.

ЦНИИЭНефтегаз, 1963. - С. 3-17.

14. Толстая М.А., Иоффе Э.И., Потемкинская И.В. Влияние солесодержания, ионного состава, величины рН и степени аэрации грунта на коррозию подземных стальных трубопроводов под действием переменного тока. Сб. «Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов» №1. ЦНИИЭНефтегаз, 1964. -С.16-24.

15. Толстая М.А., Иоффе Э.И., Потемкинская И.В. Электрохимическая коррозия стальных подземных сооружений переменным током промышленной частоты. Сб. «Газовое дело» №3. ЦНИИЭНефтегаз, 1964.-С. 19-26.

16. Михайловский Ю.Н. Коррозия металлов под действием переменных токов в жидких электролитах и вляжных почвах.: Автореф. дис. д-ра хим. наук. — М., 1963.-30 с.

17. Инструкция по защите от коррозии подземных стальных трубопроводов, расположенных в зоне действия рельсового электротранспорта на переменном токе. Академия коммунального хозяйства им. К.Д.Панфилова. -М.:Стройиздат. 1972. -125 с.

18. Dabkowski J. Taflove A. Mutual Design Considerations for Overhead AC Transmission Lines and Gas Transmission Pipelines. Volume 1: Engineering analysis. Report EL-904. American Gas Ass. and EPRI, September 1978. - P.207-215.

19. Proceedings of the 3rd International Pipeline Technology Conference, Brugge, Belgium, May 21-24, 2000, vol. 2. -599 p.

20. Devay J., Takacs Т., Abd El-Rehim S.S. Electrolytic AC corrosion of iron. Acta Chimica, 52, 1967. - p.63-68.

21. Prinz W. AC induced corrsion on cathodically protected pipelines. UK Corrosion 92, vol.1, 1992. -87 p.

22. Gummow, R.A., Wakelin, R.G., Segall, S.M. AC Corrosion - A New Challenge to Pipeline Integrity, CORROSION 1998, Houston, NACE International, 1998.-18 p.

23. Stalder F. Pipelines failures. Materials Science Forum, vol.247, 1997. -P. 139-146.

24. Hanson H.R. Smart J. AC corrosion in a pipeline located in a HVAC utility corridor, CORROSION NACE 2004, paper no. 4209, 2004. -18p.

25. Wakelin R.G, Gummow R.A., Segall S.M. AC corrosion. Case histories, tests procedures and mitigation. Corrosion 98, NACE, paper n°565, 1998. -14p.

26. Ragault I. AC corrosion induced by V.H.V electrical lines on polyethylene coated steel gas pipelines, CORROSION/98, NACE International, San Diego, CA, USA, paper 98557, 1998. - 14 p.

27. Peabody A. W. Control of Pipeline Corrosion, NACE, Second Edition, 2001.-374 p.

28. Morgan J. Cathodic Protection, Second Edition, NACE, 1993, p 442.

29. Collet E., Delores В., Gabillard M., Ragault I. Corrosion due to AC influence of very high voltage power lines on polyethylene-coated steel pipelines: evaluation of risks - preventive measures // Anti-Corrosion Methods and Materials. — 2001. — Vol. 48, 4. — P. 221 - 227.

30. The CEOCOR Booklet, AC corrosion on cathodically protected pipelines. Guidelines for risk assessment and mitigation measures, APCE, 2001. -44 p.

31. DGC.FAUGT.10 AC/DC interference corrosion in pipelines. Summary Report, MetriCorr, 25.04.2006. - 46 p.

32. Simon P. D Overview of HVAC transmission line interference issues on buried pipelines // proceedings of NACE Northern Area Western Conference 2010. — Calgary, 2010.-21 p.

33. Синько В.Ф. Комплексная электрохимическая защита от коррозии сооружений и оборудования в грунтах и жидких средах химических производств.: дис. д-ра тех. наук. - М., 2007. - 375 с.

34. Агиней Р.В. Разработка методов повышения эффективности противокоррозионной защиты объектов газотранспортной системы.: дис. д-ра тех. наук. - Ухта., 2009. - 396 с.

35. ГОСТ 9.602-89 «Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии». - 58 с.

36. ГОСТ 9.602-2005 «Единая система защиты от коррозии и старения.

Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии». - 55 с.

37. Technische Richtlinien-71 (TRL-71). EMR-Technic Kathodischer Korrosionsschutz fur Erdgasfernleitungen. — 80 p.

38. ГОСТ 51164-98 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии». - 42 с.

39. СТО «Газпром» 9.0-001-2009 «Защита от коррозии. Основные положения». - 14 с.

40. СТО «Газпром» 9.2-003-2009 «Защита от коррозии. Проектирование электрохимической защиты подземных сооружений». - 43 с.

41. Типовой проект УПР.ЭХЗ-02-2007.Типовые схемы электрохимической защиты от коррозии. ДОАО «Газпроектинжиниринг». — 44 с.

42. РД-91.020.00-КТН-234-10 «Нормы проектирования электрохимической защиты магистральных трубопроводов и сооружений НПС». -66 с.

43. РД-17.220.00-КТН-151-10 «Методика определения воздействия BJI-110 кВ и выше на коррозию нефтепровода и мероприятия по защите трубопровода». — 80 с.

44. Временная методика оценки опасности влияния высоковольтных ЛЭП переменного тока на проектируемый трубопровод и технические решения по его защите. ОАО «Газпром», 2009 г. -26 с.

45. Guided on The Influence of High Voltage AC Power Systems on Metallic Pipelines, CIGRE Working Group 36.02 Preliminary Guide 36-92, July 1992. - 145 p.

46. Pieretti A. Criteria and methods for assessing interference between highvoltage power lines and parallel linear infrastructures. [Magistrali biennali], 44581, 2013.-P.8-10.

47. Satsios K. J., Labridis D. P., Dokopoulos P. S. Currents and Voltages Induced During Earth Faults in a System Consisting of a Transmission Line and a Parallel Pipeline, European Transactions on Electrical Power Engineering (ETEP), May/June 1998, Vol. 8, No. 3, pp. 193-199.

48. Christoforidis G., Labridis D., Dokopoulos P. A Hybrid Method for Calculating the Inductive Interference Caused by Faulted Power Lines to Nearby Buried

s

Pipelines, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.20, No.2, April 2005, pp. 15651473.

49. Al-Alawi S., Al-Badi A., Ellithy K. An Artificial Neural Network Model for Predicting Gas Pipeline Induced Voltage Caused by Power Lines Under Fault Conditions, Emerald, Vol. 24, No. 1, 2005. - pp. 69-80

50. Budnik K. Machczynski W. AC Corrosion Computer Simulation as an Element of Pipeline System Integrety Process, Reports from the 24th World Gas Conference, Buenos Aires, Argentina, October, 2009.

51. Нестеров C.B., Целебровский Ю.А. Заземление на магистральных трубопроводах, проходящих в зонах влияния воздушных линий электропередачи. Материалы 3-ей российской конференции по заземляющим устройствам. Новосибирск, 27-31 октября 2008, с.79-92.

52. Li Y., Dawalibi F., Ma J. Integrated Method in Electromagnetic Interference Studies, Proc. 62nd Annual Meeting of the American Power Conference, Chicago, 2000.-P. 311-316.

53. CDEGS Software Package Safe Engineering Services & technologies ltd., Montreal, Quebec, Canada, Dec. 1998.

54. Markovic D. Induced currents in gas pipelines due to nearby power lines, University of Wollongong Thesis Collection, School of Electrical, Computer and Telecommunications Engineering October 2005. - 133 p.

55. Dawalibi F. P., Li Y., Ma J. Safety of Pipelines in Close Proximity to Electric Transmission Lines, IAS 2000 Workshop, New Delhi, India, April 2000. — 6 p.

56. Стрижевский И.В., Дмитриев В.И. Теория и расчет влияния электрифицированной железной дороги на подземные металлические сооружения.-М. ¡Издательство литературы по строительству. 1967. -247 с.

57. Яблучанский А.И., Лейба В.М., Олексейчук В.Р. Методика оценки опасности влияния переменного тока высоковольтных линий электропередачи переменного тока на подземный трубопровод и технические решения по устранению этого влияния. Материалы отраслевого совещания по вопросам защиты от коррозии (Астрахань, 17-21 мая 2010 г.).-М:000 «ИРЦ Газпром», 2010 г. с. 191-207.

58. Крапивский Е.И., Яблучанский П.А. Алгоритм расчета электромагнитного влияния линии электропередачи переменного тока на подземный трубопровод // Горный информационн-аналитический бюллетень. — 2013.-№2. С.213-224.

59. Серия 3.407-106 (3539тм-т2) Стальные опоры ВЛ 500 кВ. Том 2. Рабочие чертежи. Энергосетьпроект, 1968. — 70 с.

60. Tribollet В., Meyer М. AC-induced corrosion of underground pipelines // Underground Pipeline Corrosion / book auth. Orazem M. — Woodhead publiching series in metals and surface engineering, 2014. — Vol. 63.

61. Buchler M. Determining the a.c. corrosion risk of pipelines based on coupon measurements, CEOCOR international congress, Editor: CEOCOR, c/o C.I.B.E., Brussels, Belgium, 2013. - 17 p.

62. Linhardt P., Ball G. AC corrosion: results from laboratory investigations and from a failure analysis, Corrosion NACE 2006, paper no. 06160, 2006. - 9 p.

63. Захаров Д.Б., Яблучанский П.А., А.В. Титов // Об оценке коррозионного воздействия ЛЭП на подземный трубопровод при их пересечении // Территория нефтегаз. - М.:, 2013. - Т.7. - с. 319-323.

64. Evans В. Induced AC Interference, Proceedings of the Corrosion & Mitigation NACE / Pipeliners Joint Meeting, Atlanta, April 8, 2013. - 15 p.

65. Shoaf R. Induced AC Mitigation for Safety and Corrosion Control, Proceedings of the XIX Gas/Electric Partnership Conference, Cypress, Texas, February 9th, 2011.-340 p.

66. Yunovich M., Waters S. Final Report External Corrosion Direct Assessment For Unique Threats To Underground Pipelines Contract No. Dtph56-06-T-0012, November 2007. - 213 p.

67. Копьев И. Ю. Методы оценки коррозионного состояния магистральных газопроводов в зонах действия постоянных блуждающих токов.: дис. д-ра тех. наук. - М., 2013. - 136 с.

68. Петров Н.Г., Марьянин В.В., Яблучанский А.И., Захаров Д.Б., Передерий В.И., Яковлев В.В. Новое оборудование для защиты трубопроводов от воздействия наведенного переменного тока. Газовая промышленность №1. 2012. -с.38-39.