Влияние катодной защиты магистральных газопроводов на процесс развития коррозионных трещин под напряжением тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат технических наук Песин, Александр Семенович

• Песин, Александр Семенович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Песин, Александр Семенович

Введение.

Глава 1. Состояние проблемы коррозионных повреждений магистральных газопроводов.

Цель и задачи исследования.

1.1. Анализ состояния и причин отказов линейной части магистральных газопроводов Западной Сибири.

1.2. Виды коррозионных повреждений магистральных газопроводов.

1.3. Стресс-коррозия, как наиболее опасный вид коррозионных повреждений.

1.4. Методы обнаружения стресс-коррозионных повреждений.

Выводы по главе 1. Цели и задачи исследования.

Глава 2. Кинетика коррозионного процесса в узкой трещине с природным электролитом при наличии механических напряжений.

2.1. Определение и виды коррозионных процессов.

2.2. Химические реакции на аноде и катоде при коррозионном процессе.

2.3. Определение анодного и катодного токов при диффузионном и электрохимическом перенапряжениях.

2.4. Распределение потенциала электролита и катодного тока в тонкой трещине прямоугольного сечения.

2.5. Динамика развития трещины по ее глубине.

2.6. Влияние механических напряжений на скорость коррозионного процесса в трещине.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Кинетика коррозионного процесса в узкой трещине и динамика ее глубинного роста при наложенной катодной защите.

3.1. Способы защиты от коррозии.

3.2. Принципиальная схема катодной защиты и определение ее эффективности.

3.3. Кинетика коррозионного процесса в трещине при постоянном потенциале электролита на устье трещины.

3.4. Динамика развития стресс-коррозионной трещины во времени. 80 Выводы по главе 3.

0 Глава 4. Особенности влияния катодной защиты на развитие коррозионных трещин.

4.1. Расчет основных зависимостей катодной защиты.

4.2. Определение электрофизических характеристик при катодной защите.

4.3. Влияние потенциала наложенной катодной защиты на предельную глубину трещины по длине газопровода.

4.4. Динамика глубинного развития трещины при постоянной щ плотности тока в устье трещины.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние катодной защиты магистральных газопроводов на процесс развития коррозионных трещин под напряжением»

В экономике России важное место занимает система магистральных газопроводов, которая, как и все сложные технические системы имеет свои особенности и проблемы.

Для магистральных газопроводов характерны большая протяженность и разнообразие условий эксплуатации, обусловленные географическими и климатическими факторами. Это требует использование соответствующих материалов, в том числе изоляционных, способных обеспечить защиту стальных трубопроводов от почвенной коррозии в течение всего срока эксплуатации.

Несмотря на значительные усилия ученых всего мира в борьбе с коррозией, разработка эффективных способов защиты действующих магистральных газопроводов от коррозионного разрушения до сих пор остается одной из главных проблем трубопроводного транспорта. Так, только в системе Газпрома количество аварий и отказов в 2003 году исчислялось десятками тысяч. При этом факторы, определяющие безопасность газопроводов, известны и достаточно хорошо изучены.

Анализ причин аварийности магистральных газопроводов, показывает, что основной причиной отказов магистральных газопроводов являются коррозионные повреждения (до 40%). При этом, общая и язвенная коррозии наблюдаются практически на всех трубопроводах, имеющих дефекты изоляции. Для борьбы с этими видами коррозии в газопроводном транспорте используется дополнительная защита - электрохимическая. Подключение катодной защиты позволяет если не остановить, то значительно замедлить общую и язвенную коррозии металла труб в местах с дефектами изоляции. Поэтому все магистральные газопроводы имеют катодную (электрохимическую защиту).

При обслуживании трубопроводов в первую очередь уделено внимание наличию катодного потенциала по всей длине трассы. Разработаны эффективные методы и достаточно совершенные приборы, позволяющие по утечке защитного тока обнаруживать повреждения изоляции.

Однако в последние десятилетия (в бывшем СССР коррозионное растрескивание под напряжением было обнаружено в 80-х годах) - появился новый вид коррозионного повреждения магистральных газопроводов - коррозионное растрескивание под напряжением. Стресс-коррозия на протяжении уже 30 лет представляет собой одну из наиболее актуальных проблем при транспортировке газа, как в Росси, так и за рубежом.

Так в ООО «Севергазпром» аварии по причине коррозионного растрескивания под напряжением составляют почти 70%, а в системе магистральных газопроводов ООО «Сургутгазпром» до 40% от общего числа аварий.

Причиной такого положения являются недостаточная изученность исключительно сложного самого процесса образования коррозионных трещин под напряжением на различных стадиях их развития и факторов, определяющих эти процессы.

Таким образом, коррозионное растрескивание под напряжением является основной причиной отказов и аварий на магистральных газопроводах и, как правило, развивается на внешней катоднозащищенной поверхности, а их катодная защита - одним из наиболее существенных факторов, определяющих образование и развитие трещин.

В настоящей работе изложены результаты исследования кинетики коррозионного процесса в трещине с природным электролитом при наличии механических напряжений, включая случаи наложения катодной защиты магистральных газопроводов, и оценено влияние катодной защиты на процесс развития коррозионных трещин.

Заключение диссертации по теме «Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ», Песин, Александр Семенович

Основные выводы по работе

1. На основе кинетики электрохимических процессов получены распределения потенциала и токов электролита в коррозионной трещине стенок магистральных газопроводов.

2. Получено и решено уравнение динамики глубинного роста трещин в стенке газопровода в отсутствии катодной защиты.

3. Выявлено влияние катодной защиты на кинетику электрохимического процесса в природном электролите трещины.

4. Выявлены условия роста коррозионной трещины, получено и решено уравнение динамики глубинного роста коррозионных трещин в стенке газопровода.

5. Получено соотношение между наложенным потенциалом катодной защиты и током в грунте по трассе трубопровода и глубиной защиты трещины.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Песин, Александр Семенович, 2005 год

1. Абдуллин И.Г., Гареев А.Г. Магистральные газопроводы: особенности проявления ККР //Газовая промышленность. 1992. № 10. С. 18-20.

2. Абдуллин И.Г., Гареев А.Г. Современное состояние проблемы стресс-коррозии и перспективные направления дальнейшего исследования//Экспресс-информация. Транспорт и подземное хранение газа, 1993. -№ 2-4. -С. 10-11.

3. Абдуллин И.Г., Гареев А.Г., Мостовой A.B. Диагностика коррозионного растрескивания трубопроводов.-Уфа.: Гилем, 2003.-100с.

4. Абдуллин И.Г., Гареев А.Г., Мостовой A.B. Коррозионно-механическая стойкость нефтегазовых трубопроводных систем: диагностика и прогнозирование долговечности.-Уфа. .Тилем, 1997,-177 с.

5. Абдуллин И.Г., Гареев А.Г., Мостовой A.B. Изучение механизма карбонатного коррозионного растрескивания // Газовая промышленность, 1993.- № 4.-С. 35-36.

6. Абдуллин И.Г., Мостовой A.B., Гареев А.Г. Влияние вибрации на развитие коррозионного растрескивания магистральных газопроводов. -Уфа.: Гилем, 1997.- С. 117-118.

7. Асадуллин М.З., Аскаров P.M., Гареев А.Г. Коррозионное растрескивание труб магистральных газопроводов // Энергетическая безопасность, 2000. -№ 2. -С. 38-39.

8. Багоцкий B.C. Основы электрохимии.-М.:Химия, 1988.-412 с.

9. Бекман В. Катодная защита. Справочник.-М.:Металлургия,1992.-176 с.

10. Борисов Б.И. Исследование процессов трещинообразования в покрытиях на трубах в грунтовой среде. // Физико-химическая механика материалов.-М, 1973.-№4.-С.25-27.

11. Бурнышов И.Н., Глухов H.A., Махнев Е.С., Мостовой A.B. и др. Некоторые материаловедческие аспекты безопасности магистральных газопроводов // Труды Второй международной конференции «Безопасность трубопроводов». -М.: РАО «Газпром», 1997.- С. 22-32.

12. Важенин Ю.И., Иванов И.А., Михаленко С.В, Песин A.C., Руденко A.M. Способы диагностирования запорной арматуры при транспорте газа.-Диагностика-2002Материалы международной деловой встречи.-Москва, 2002 г.-С 51-55.

13. Василенко Н.И., Мелехов Р.К. Коррозионное растрескивание сталей.-Киев.: Наукова думка, 1977.-246 с.

14. Воронин В.Н., Илатовский Ю.В., Колотовский А.Н., Конакова М.А., Теплинский Ю.А., Яковлев А .Я. Систематизация аварий по причине КРН // Энергетическая безопасность, 2002.- № 8.- С. 34-37.

15. Галяутдинов A.A., Гумеров K.M., Козин И.В. Стресс-коррозия как основной источник опасности на магистральных газопроводах.-проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов:Сб.н.тр.-Уфа, 1998г.

16. Гареев А.Г. Фотоприставка для стереоскопического микроскопа МБС-9 // Заводская лаборатория. 1990.- № 5.- С.93-95.

17. Гареев А.Г., Насырова Г.И. Прогнозирование времени до разрушения магистральных трубопроводов в условиях коррозионного растрескивания // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов: Тр. ИПТЭР, 1995.-С.96-99.

18. Глазов Н.П., Пригула В.В. Современное состояние защиты от подземной коррозии.-И.:ВНИИОЭНГ, 1972.-123 с.

19. ГОСТ 16149-70. Защита подземных сооружений от коррозии блуждающим током поляризованными протекторами. М.: 1970.

20. ГОСТ 25812-83. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии. М.: 1983.

21. ГОСТ 5272-68. Коррозия металлов. Термины. М.: 1968.

22. ГОСТ 9.015-74. Единая система защиты от коррозии и старения. Подземные сооружения. Общие технические требования. М.: 1974.

23. ГОСТ 9.602-89. Единая система защиты от коррозии и старения. Подземные сооружения. Общие требования к защите от коррозии. -М.: 1989.

24. Г'ОСТ Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии. М.: 1999.

25. Гулд X., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике: В 2-х частях. Часть 1/Пер. с англ. -М.: Мир, 1990. -349 с.

26. Гутман Э.М. Механохимия металлов и защита от коррозии. М.: Металлургия, 1981.- 270 с.

27. Дизенко Е.И., Новоселов В.Ф, Тугунов П.И. и др. Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров.-М.:Недра, 1978.-472 с.

28. Димов JT.A. Методика оценки опасности дефектов для магистральных трубопроводов // Энергетическая безопасность, 2000. -№ 3,- С.32-33.

29. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 1976. - 472с.

30. Зайнуллин P.C. Обеспечение работоспособности оборудования в условиях механохимической повреждаемости. Уфа.: НТЦ «Безопасность эксплуатации сложных технических систем»,1997.-426 с.

31. Зайнуллин P.C., Гумеров А.Г. и др. Расчеты ресурса оборудования и трубопроводов с учетом механохимической коррозии и неоднородности.-М.:Недра,2004.-195 с.

32. Зайнуллин P.C., Гумеров А.Г., Халимов А.Г. и др. Оценка технического состояния и ресурса нефтегазохимического оборудования. М.: Недра, 2004.286 с.

33. Зарецкий Е.М. Влияние деформации на потенциал материалов // журнал прикладной химии, 1951.-№6.-С.614-623.

34. Зиневич A.M., Глазков В.И., Котик В.Г. Защита трубопроводов и резервуаров от коррозии. М.: Недра, 1975. - 288с.

35. Калашников С.Г. Общий курс физики. Электричество. М.: Наука, 1977. - 592с.

36. Канайкин В.А., Матвиенко А.Ф. Разрушение магистральных газопроводов (Современные представления о коррозионном растрескивании под напряжением). -Екатеринбург, 1997. -102с.

37. Карпенко Г.В. Влияние среды на прочность и долговечность металлов.-Киев: Наукова думка, 1976. -123 с.

38. Карпенко Г.В., Василенко И.И. Коррозионное растрескивание сталей.-Киев.: Техника, 1971.-191 с.

39. Катодная защита от коррозии. /Пер. с нем.; Под ред. В.А. Пригулы. М.: Госэнергоиздат, 1962. - С.11 - 95.

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

41. Клас X. Катодная защита подземных сооружений //Сб. «Катодная защита от коррозии» /Пер. с нем.; Под ред. В.А. Притулы. М.: Госэнергоиздат, 1962. - 254с.

42. Кляхандер JI.A. Аварии на газопроводах: анализ ситуации // Голубая магистраль, 1990.-№3. -С.3-4.

43. Конакова М.А., Теплинский Ю.А., Яковлев А .Я. Анализ причин аварийных разрушений МГ в ООО «Севергазпром» // Энергетическая безопасность, 2003.- № 5.- С. 63-64.

44. Коррозия (справочник) /Пер. с англ.; Под ред. JI.JI. Шрайера. -М.: Металлургия, 1981,— 632с.

45. Коррозия металла с ПВХ покрытием под действием биогенного сероводорода. /Могильницкий Г.М., Зиневич A.M., Борисов Б.И. и др. -Защита металлов, 1980. №2.

46. Красноярский В.В., Ларионов А.К. Подземная коррозия металлов и методы борьбы с ней. М.: Изд-во МКХ РСФСР, 1962.

47. Красноярский В.В., Цикерман Л.Я. Коррозия и защита подземных металлических сооружений. -М: Высшая школа, 1968. 296с.

48. Курс физической химии. Том II / под ред.Герасимова Я.И.-М.:Химия,1973.-624 с.

49. Кэше X. Теоретические основы и понятия катодной защиты от коррозии наложенным током и гальваническими анодами. //Катодная зашита от коррозии. /Пер. с нем.; Под ред. В.А. Пригулы. М.: Госэнергоиз-дат, 1962.-С.13-39.

50. Лепендин Л.Ф. Акустика. -М.: Высшая школа, 1978. -448 с.

51. Лыков A.B. Явление переноса в капиллярно-пористых телах. -М.: Гостехтеориздат, 1954.

52. Марочкин С.И., Подмарков В.Ю. Анализ отказов Единой системы газоснабжения за 1999-2001 гг. // Энергетическая безопасность, 2002.- № 11.-С.38-39.

53. Материалы НТС ОАО «Газпром» «Проблемы повышения надежности и безопасности газопроводов, подверженных стресс коррозии». Экспресс-информация // Транспорт и подземное хранение газа, 1993.- № 2-4.- 70 с.

54. Махутов H.A. Сопротивление элементов конструкций хрупкому разрушению.-М. Машиностроение, 1973.-201 с.

55. Медведев В.Н. Анализ уровня эксплуатации и аварийности МГ Северного коридора. // Газовая промышленность, 2003.-№5.- С. 13-15.

56. Мингалев Э.П. Коррозия подземных промысловых трубопроводов в торфяных грунтах Западной Сибири. М.: ВНИИОЭНГ, 1976. -28с.

57. Михайловский Ю.Н., Томашов Н.Д. Метод определения коррозионных свойств грунтов //Теория и практика противокоррозионной защиты подземных сооружений: Сб. тр. М.: Изд-во АН СССР, 1958.

58. Нерпин C.B., Чудновский А.Ф. Физика почв.-М.:Наука, 1967.-584 с.

59. Никитенко Е.А. Влияние величины водородного показателя грунтов и содержания в них хлоридов и сульфатов на коррозию газопровода. //Сб. Газовое дело. № 9. - М.: Изд. ЦНИИТЭ-Нефтегаз, 1964.

60. Никитенко Е.А. Влияние влажности грунтов на коррозию магистральных газопроводов //Экспресс-информация по эксплуатации магистральных газопроводов. № 2. - М.: Изд. ЦНТИ Газпрома СССР, 1964.

61. Никитенко Е.А. Зависимость коррозии стального газопровода от изменения фунтовых условий по трассе //Защита металлов. Т. 1. - Ks 1. -M.: Наука, 1955.

62. Никитенко Е.А. Электрохимическая коррозия и защита магистральных газопроводов. М.: Недра, 1972.

63. Новоселов В.Ф., Дизенко Е.И. Противокоррозионная защита. -Уфа: Изд. Уфимского нефт. ин-та, 1974. 129с.

64. Новые параметры максимально допустимых защитных потенциалов подземных трубопроводов: Экспресс-информация М.: ВНИИ-Эгазпром, 1969. -5с.68. (Этт К.Ф. Механизм и кинетика стресс-коррозии МГ // Энергетическая безопасность, 1999. 7. -С. 46-49.

65. Ott К.Ф. Функции неметаллических включений в жизненном цикле сталей газопроводных труб//Газовая промышленность. 1993.-№ 7.- С.32-70.

66. Палашов В.В. Расчет полной катодной защиты. JL: Недра, 1988.-136с.

67. Палашов В.В., Прокофьев Ю.И. Общие вопросы теории полноты катодной защиты //Пром. энергетика. 1986. № 2. - С.32 - 33.

68. Палашов В.В., Юрасов В.Н. и др. Контроль эффективности действия катодной защиты по расчетному потенциалу: Информ. листок. -Горький: ЦНТИ, 1980. № 192-80. - 4с.

69. Парис П., Эрдоган Ф. Критический анализ законов распространения трещин. // Техническая механика, 1963.-№4.-С.60-66.

70. Песин A.C., Горковенко А.И., Пульников С.А. Кинетика глубинного роста одиночной модельной стресс-коррозионной трещины.-Вопросы состояния и перспективы развития нефтегазовых объектов Западной Сибири: Сб.науч.тр. Тюмень: ТюмГНГУ, 2005г.-С.22-27.

71. Песин A.C., Кушнир С.Я, Горковенко А.И. Влияние электрохимической защиты трубопровода на развитие усталостных трещин.- Вопросы состояния и перспективы развития нефтегазовых объектов Западной Сибири: Сб.науч.тр. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2002г.-С.67-69.

72. Петров JI.H., Коррозия под напряжением. Киев.: Вища школа, 1986.142 с.

73. Петров Л.Н., Тищенко В.Н., Густов A.C. О коррозионно-электрохимическом факторе при развитии трещин коррозии под напряжением. // Физико-химическая механика материалов, 1979.-№4.-С.20-25.

74. Положение о расследовании отказов газовых объектов Министерства газовой промышленности, подконтрольных органам государственного газового надзора в СССР. М.: Главгосгазнадзор СССР, 1986 . -Дополнение № 1. -10 с.

75. Притула В.А. Зависимость коррозийности почв от их сопротивления //Нефтяное хозяйство, 1946. № 6, 7.

76. Розенфельд ИЛ. Ингибиторы коррозии. М: Химия, 1977.- 352 с.

77. Романив О.Н. Новые подходы к оценке усталости металлов. Итоги науки и техники. Коррозия и защита от коррозии.-М.: ВНИИОЭНГ, 1979. -50 с.

78. Сидоров Б.В., Харионовский В.В., Мартынов С.А. Оценка состояния изоляционных покрытий подземных трубопроводов //Контроль. Диагностика, №6. 2001. - С.7-15.

79. Скорчеллети В.В. Теоретическая электрохимия.-М.:Чимия, 1970.-608 с.

80. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы / Госстрой СССР.- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1998. -52с.

81. СНиП Ш-42-80*. Магистральные трубопроводы.-М.:: Миннефтегазстрой, 1997.

82. Стрижевский И.В. Современные методы определения опасности коррозии и защищенности нефтепромысловых сооружений. М.: ВНИИОЭНГ, 1973.-1 Юс.

83. Стрижевский И.В., Зиневич А.М., Никольский К.К. и др. Защита металлических сооружений от подземной коррозии. Справочник. М.: Недра, 1981.-293с.

84. Тальхофер К. Методика измерений при катодной защите от коррозии //Катодная защита от коррозии. /Пер. с нем.; Под ред. В.А. Притулы. М.: Госэнергоиздат, 1962. - С. 132 -151.

85. Татаринов JI.M., Худяков JI.A. Коррозионное растрескивание катодно-защищенных трубопроводов в карбонатных средах. Проблемы освоения Западно-Сибирского топливно-энергетического комплекса. Уфа.: 1982.- С. 1011.

86. Типовой регламент по переиспытанию действующих магистральных газопроводов диаметром 1420 мм, подверженных стресскоррозии. М.: РАО «Газпром», 1998.- 16с.

87. Ткаченко В.Н. Электрохимическая защита трубопроводных сетей.-Волгоград.:ВолгГАСА, 1997.-312 с.

88. Томашов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1959.-592с.

89. Улиг Г.Г. Коррозионное растрескивание под напряжением. / Разрушение.-М.,1976.-284 с.

90. Физическая химия. Электрохимия. Химическая кинетика и катализ.Кн.2 / под ред.Краснова К.С.-М.:Высшая школа,2001.-319 с.

91. Фрумкин А.Н. Распределение катодного процесса в полости полубесконечной трубки.// Журнал физической химии, 1949.-т.23.-Вып.12.-С. 1477-1482.

92. Школьник JI.M. Скорость роста трещины и живучесть металла. М.: Металлургия, 1973. -216 с.

93. Abdullin I.G., Gareev A.G. Diagnostics of stress-corrosion cracking of pipelines //2nd Int. Conf. Pipeline Inspection. Moscow, 1991. Oct.14-18. Moscow, 1991. R3 38-341.

94. Baker T.N., Rochfort G.G., Parkins R.N. Pipeline rupture -conclusion. Stress corrosion cracking studies prompt changes in pipeline operating conditions // Oil & Gas Journal. 1987. Feb. 2. P.37-38.

95. Christman T.K., Beavers J.A. Coarse of stress-corrosion cracking in pipe //Oil & Gas Journal. 1987. Jan. 5. P.40-43.

96. Delbeck W., Engel A., Muller D., Sporl R. et al. Protection of high-pressure steel pipelines for the transmission of gas against stress corrosion cracking at high temperature /AVerkstoff und Korrosion. 1986. № 37. S. 176-182.

97. Fessler R.R. Preventive measures for pipeline stress-corrosion cracking described //Oil & Gas Journal. 1980. P.80-90.

98. Fessler R.R. Status report given on prevention of stress corrosion cracking in buried pipelines //Oil & Gas Journal. 1982. May 17. P.68-70.

99. Fessler R.R., Barlo T.J. Many causes possible for stress corrosion cracking //Pipeline & Gas Journal. 1979. № 3. P.25-28.

100. Hussain K., Shaukat A., Hassan F. Corrosion cracking of gas -carrying pipelines. Does cathodic protection contribute// Materials Performance. 1989. № 2. P. 13.

101. Parkins R.N. Stress corrosion cracking of low strength steels //Proc. 8th Int.Brown Bowery Symp. Baden: New York, London, 1984. P.53-84.

102. Police A.A. Acoustic emission capabilities and application in monitoring corrosion//ASTMSTP 908. 1996. P.30-42.