ВВЕДЕНИЕ 19
1 СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ РАЗРУШЕНИЯ МНГП, АНАЛИЗ РАЗРУШЕНИЙ 22
1.1 Основные понятия коррозии металлов 22
1.2 Статистика коррозионных отказов в Западной Сибири
1.3 Механизмы разрушения
1.3.1 Электрохимическая теория 25
1.3.2 Основные условия возникновения коррозии 29
1.4 Основные теории, описывающие природу возникновения склонности материалов к коррозионному растрескиванию
1.5 Условия формирования коррозионных трещин 36
1.6 Влияние различных факторов на скорость коррозии 43
1.7 Механизм образования стресскоррозионных трещин
2 ПРОБЛЕМА ВОДОРОДНОГО ОХРУПЧИВАНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В ВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ СРЕДАХ 50
3 МЕХАНИЗМ И КИНЕТИКА ВОДОРОДНОГО ОХРУПЧИВАНИЯ СТАЛЕЙ ТРУБНОГО СОРТАМЕНТА
4 ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДА НА ВЫДЕЛЕНИЕ ВОДОРОДА НА ВНЕШНЕЙ КАТОДНОЗАЩИЩЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ 56
4.1 Анализ режимов катодной защиты на участках аварийных разрушений
5 ПРЕДЛАГАЕМЫЙ КРИТЕРИЙ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДА ИСКЛЮЧАЮЩИЙ ВЫДЕЛЕНИЕ ВОДОРОДА И НАВОДОРОЖИВАНИЕ .. 67
6 Рассчетная часть 76
6.1 Рассчет коэффициента полезного использования тока катодной защиты.
7 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 80
7.1 Потребители результатов исследования 80
7.2 SWOT-анализ 80
7.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации 81
7.4 Организационная структура проекта 83
7.4.1 План проекта 83
7.4.2 Бюджет научного исследования 85
7.4.3 Риски проекта 89
8 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ПРИ ВНУТРЕННЕЙ И ВНЕШНЕЙ
ДИАГНОСТИКЕ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ, ПРОЛОЖЕННЫХ НА УЧАСТКАХ С МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫМ ГРУНТОМ 91
8.1 Профессиональная социальная безопасность 92
8.1.1 Анализ вредных производственных факторов и обоснование по их
устранению 93
8.1.2 Анализ опасных производственных факторов и обоснование
сероприятий по их устранению 96
8.2 Экологическая безопасноть 99
8.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 103
8.4 Законодательное регулирование проектных решений
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРиложение
Коррозионное растрескивание трубопроводов под напряжением (стресс-коррозия) в настоящее время является основной причиной аварийных ситуаций преимущественно на магистральных газопроводах, так как транспорт газа осуществляется при более высоких давлениях, по сравнению с магистральными нефтепроводами.
В России за последние пятнадцать лет происходят аварии на газопроводах больших диаметров из-за коррозионного растрескивания металла труб под напряжением. Только за последние пять лет по причине стресс-коррозии число разрушений газопроводов составило около 82 % от всех аварий, которые произошли в результате наружной коррозии, а 65 % составили аварии в следствии разрушения газопроводов диаметром 1420 мм.
Одной из первых аварий от стресс-коррозии в системе магистральных нефтепроводов была авария которая произошла в 2002 году на нефтепроводе диаметром 1220 мм Нижневартовск - Курган - Куйбышев. При этом металл трубопровода в большинстве случаев охрупчивается и растрескивается неравномерно, начиная с внешней поверхности. За последние двадцать пять лет эксплуатации на некоторых участках трубопроводов трещины достигают середины толщины стенки, что соответствует исчерпанию всех предусмотренных проектами запасов прочности. После происходит разрыв труб, под большим давлением выброс газа и далее самовозгорание с высотой пламени более десяти метров. Как правило, части трубопровода оказываются раскрытыми и выброшенными на несколько десятков метров от места разрыва.
Все аварии произошедший из-за корозионного разрушений под напряжением наблюдались на катоднозащищаемых трубопроводах, которые имели значение защитного потенциала с омической составляющей от 1,2 до3,5В по м.с.э. При одновременном воздействии механических напряжений при высоких потенциалах катодной защиты с большей вероятностью возможно развитие водородного коррозийного растрескивания ферритноперлитных сталей в нейтральных и слабокислых грунтах.
Результаты анализа образцов, вырезанных из аварийных труб, где происходили стресс-коррозионные разрушения, подтверждают это предположение. Вблизи катодно-защищаемой поверхности (КЗП), в образцах, на глубине 0,1...0,3 мм, обнаружена повышенная концентрация водорода: до 1,7 мг/100 г, при исходном («родословном») содержании 0,18...0,23 мг/100 г. Но до настоящего времени систематических исследований по влиянию режимов катодной защиты на образование коррозионных трещин под напряжением не проведено. Наименьшая степень удельного наводороживания стальных трубопроводов различных диаметров, которая приводит к появлению в стенке трубы колоний продольных трещин, не установлена.
Путем пропуска специальных внутритрубных ультразвуковых и магнитных дефектоскопов обнаруживаются колонии трещин КРН. Дальнейшая расшифровка полученных результатов дает возможность установить степень опасности выявленных дефектов, а так же установить дальнейшие действия ремонтных служб. Однако до сих пор отсутствует инструментальный метод, который бы позволил прогнозировать появление трещин КРН в зависимости от степени электролитического наводороживания, который был вызван недопустимо высокой плотностью тока катодной защиты и воздействием высоких механических напряжений, вызываемых давлением транспортируемого продукта по трубопроводу. В области потенциалов катодной защиты от 0,85 до 2,5 В по м.с.э. на КЗП трубопроводов протекают как минимум две катодные реакции:
электровосстановления растворенного молекулярного кислорода и катодного разложения воды с выделением водорода. Протекание последней реакции на КЗП трубопроводов приобретает серьезное значение, так как возникает вопрос о диффузии атомарного водорода в структуру трубной стали. При катодном выделении водорода адсорбированный на КЗП трубопровода атомарный водород Надс образуется как промежуточный продукт, часть из которого по реакции Гейровского (Тафеля) молизуется и уходит в окружающий грунт (почвенный электролит), другая часть, в виде протона и электрона, внедряется в стенку трубы: Надс^Набс. В составе трубной стали Набс представляет собой абсорбированные протоны (Н+)абс, а их электроны входят в электронный газ стенки катоднозащищаемого трубопровода. При наличии в структуре трубной стали вблизи КЗП напряженно-деформированного трубопровода концентраторов (ловушек) водорода, в стенке трубы происходит рекомбинация (Н+)абс и электронов с образованием незаряженного атомарного Набс, который, при наличии вблизи КЗП трубопровода микропустот, стремится к последующей рекомбинации с образованием Н2, давление которого при перезащите, когда плотность тока катодной защиты j^. в десятки раз превышает плотность предельного тока по кислороду jпр, растет, что приводит к образованию на КЗП «водородного надреза», инициирующего появление стресс-коррозионных трещин. Когда jK.3-
Перечисленные проблемы трубопроводного транспорта обусловливают актуальность выбранной темы, которая связана с разработкой методов технической диагностики электрохимической защиты от коррозии современных трубопроводных систем, которые впервые позволили количественно определить очень высокий коррозионный износ и выявить появление трещин КРН на внешней катодно защищаемой поверхности напряженно-деформированных подземных стальных трубопроводов.
Цели данной выпускной квалификационной работы заключаются в следующем:
1. Изучение и обобщение механизмов и кинетических особенностей влияния факторов системы сталь - изоляция - грунт на коррозию подземных стальных трубопроводов через диффузионное торможение кислорода в грунтах, водная вытяжка которых имеет нейтральную или близкую к ней реакцию (рН 5,5...7,5), в которых проложено наибольшее число российских подземных стальных трубопроводов.
2. Анализ новых инструментальных методов количественного определения остаточной скорости коррозии в сквозных дефектах изоляции подземных стальных трубопроводов при разных потенциалах катодной защиты в трассовых условиях.
3. Изучение степени электролитического наводороживания напряженно-деформированных образцов ферритно-перлитных сталей трубного сортамента при разных соотношениях между плотностью тока катодной защиты и плотностью предельного тока по кислороду .
4. Выбор критерий и установление методики определения степени электролитического наводороживания напряженно-деформированных трубопроводов при разных потенциалах катодной защиты.
5. Изучение системы прогнозирования инкубационного периода образования стресс-коррозионных трещин на внешней катодно защищаемой поверхности напряженно-деформированных трубопроводов в зависимости от давления транспортируемого продукта и соотношения между плотностью тока катодной защиты и плотностью предельного тока по кислороду.
В данной выпускной квалификационной работе изучены основные теоретические и экспериментальные положения, являющиеся основой для технических решений при разработке новых методов технической диагностики систем электрохимической защиты подземных стальных трубопроводов, проложенных в нейтральных и слабощелочных грунтах. Внедрение новых методов в практику эксплуатации подземных катодно защищаемых трубопроводов внесет значительный вклад в повышение надежности трубопроводного парка страны. Предлагаемый критерий контроля режимов катодной защиты впервые позволяет с достаточной для практики точностью количественно определять остаточную скорость коррозии и время до появления стресс-коррозионных трещин при заданном режиме катодной защиты в диапазоне допустимых рабочих давлений транспортируемого продукта, что является решением крупной научной проблемы, имеющей важное практическое значение для повышения надежности эксплуатации трубопроводных систем транспорта нефти и газа.
Изучен процесс коррозионного разрушения трубной стали при различных внутренних напряжениях в зависимости от условий доставки кислорода к корродирующей поверхности, характеризуемой плотностью предельного тока по кислороду. Установлено, что плотность коррозионного тока в язвах с максимальной глубиной при внутренних напряжениях 0,95 предела текучести практически достигает плотности предельного тока кислорода (63-86%). В отсутствии внутренних напряжений плотность коррозионного тока в язвах с максимальной глубиной проникновения составляет 32 - 46% от плотности предельного тока по кислороду.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
