Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


Анализ изменения свойств дисперсных грунтов различных типов под влиянием токов катодной защиты

Работа №127833

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

геология и минералогия

Объем работы64
Год сдачи2022
Стоимость4930 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
64
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


СПИСОК ПРИНЯТЫХ ТЕРМИНОВ И СОКРАЩЕНИЙ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. Электрокинетические явления и процессы в грунтах 6
1.1 Понятие о дисперсных грунтах 6
1.2 Теория двойного электрического слоя (ДЭС) 7
1.3 Электрокинетические явления в грунтах 13
Глава 2. Явление коррозии и электрохимическая защита 19
2.1 Общие положения 19
2.2 Коррозионная активность грунта 23
2.3 Последствия коррозии и защита от неё 28
Глава 3. Геоморфологические и геологические условия 34
Глава 4. Проведение исследования и результаты 39
4.1 Характеристика трубопроводов 39
4.2 Методика и результаты 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 56
ПРИЛОЖЕНИЯ 60
Приложение 1 60
Приложение 2 61
Приложение 3 62
Приложение 4 63
Приложение 5 64
Приложение 6 65


Современный мир невозможно представить без использования газопроводов, нефтепроводов, других трубопроводов и коммуникаций. С каждым годом количество строящихся и эксплуатируемых подземных металлических конструкций увеличивается. Таким образом, только в России протяженность магистральных трубопроводов превышает 217 тыс. км (МЧСРоссии, 03.03.2022).
В связи с этим увеличивается вероятность коррозионного воздействия на данные линейные сооружения, соответственно, повышаются риски возникновения негативных последствий. В промышленно развитых странах убытки от коррозии металла ежегодно составляют примерно 10% от их национального дохода (Яблучанский, 2016).
Противокоррозионные мероприятия включают в себя нанесение изоляционных защитных покрытий (органических, неорганических), легирование металла с целью повышения коррозионной стойкости, снижение агрессивности коррозионной среды и электрохимическую защиту (Бурлуцкий, Еремеева, 2020).
Применение электрохимической защиты является эффективным и действенным способом борьбы с явлением электрохимической коррозии. Катодная поляризация трубопроводов с помощью внешних источников постоянного тока, что носит название катодной защиты, применение которой необходимо в качестве защитной меры. Однако, в результате применения катодной защиты происходит изменение физико-химических свойств грунтов, расположенных непосредственно у защищенных трубопроводов.
Данные факты говорят о необходимости изучения зоны формирования техногенно-измененных грунтов под влиянием токов катодной защиты в целях снижения коррозионной обстановки и предотвращения развития необратимых процессов, влияющих на последующее строительство и эксплуатацию инженерных сооружений.
Объект исследования - грунты, вмещающие магистральные газопроводы Кипень-Петродворец и Конная Лахта, и грунты, залегающие на расстоянии 2-х метров от газопроводов.
Предмет исследования - физико-химические свойства грунтов и закономерности их изменения.
Целью научно-исследовательской работы является анализ изменения свойств дисперсных грунтов различных типов под влиянием токов катодной защиты.
Задачи, направленные на достижение поставленной цели:
1. Изучение электрохимических и электрокинетических явлений в грунтах;
2. Отбор дисперсных грунтов, вмещающих магистральные газопроводы, и грунтов, залегающих на расстоянии 2-х метров от них;
3. Лабораторное изучение физико-химических свойств грунтов;
4. Анализ и интерпретация полученных данных с помощью комплекса компьютерных программ Microsoft Office (Word, Excel) и с привлечением литературных данных. Выявление зависимостей изменения физико-химических свойств от величины защитного потенциала газопроводов.
Фактический материал и личный вклад автора. Магистерская диссертация основана на материале, который был получен в ходе преддипломной производственной практики в ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург», а затем самостоятельно исследован в грунтовой лаборатории и обработан с помощью комплекса компьютерных программ.
Научная новизна состоит в том, что в работе впервые исследовано влияние токов катодной защиты газопровода на грунты в естественных условиях и выявлены закономерности изменения физико-химических свойств грунтов. Ранее подобные исследования уже проводились, однако, только в рамках моделирования в лабораторных условиях на одном типе грунта.
Практическая значимость изучения физико-химических свойств грунтов и выявления закономерностей их изменения в зависимости от величины защитного потенциала заключается в практическом применении при выборе оптимальных параметров электрохимической защиты трубопроводов.
Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю к.г.-м.н. Бурлуцкому С.Б., рецензенту, главному специалисту ПКЗ ЗАО «Трубопроводные системы и технологии» и к.г.-м.н. Яблучанскому А.И., заведующей грунтовой лаборатории СПбГУ Лаздовской М.А. за помощь в проведении исследования. Особую признательность начальнику отдела электро-химической защиты ООО «Газпром трангаз Санкт-Петербург» Зайцеву А.Н, а также Корякову И.В. и Романову Е.В. за сопровождение на участки магистральных газопроводов.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!


Применение электрохимической защиты магистральных трубопроводов с целью предотвращения процессов коррозии является необходимой мерой, однако она влечет за собой изменение свойств, структуры и состояния грунтов.
В результате исследования наблюдаются закономерные различия физико-химических свойств грунтов, вмещающих магистральные газопроводы Кипень- Петродворец и Конная Лахта, и грунтов, залегающих на расстоянии 2 м от них.
По мере приближения к газопроводам, глинистость грунтов значительно падает (на 19,1-28,6%); содержание песчаной и пылеватой фракций увеличивается (на 3,8-6,9% и на 2,9-16,7% соответственно). Такие существенные изменения связаны с электрокинетическими процессами, в основном с процессом электрокоагуляции.
Грунты расположенные непосредственно над трубопроводом обладают меньшей плотностью (на 5,1-9,7%), плотностью сухого грунта (на 2,8-7,6%) и твердых частиц (на 1,5-3,7%). Помимо этого, наблюдается рост пористости от 1,9 до 7,9%. Данные изменения связаны с электроосмотическим процессом, который приводит к структурному преобразованию грунта и его разуплотнению.
Естественная влажность грунтов у газопроводов выше на 9,5-25,0%. Увеличение данной характеристики приводит к значительному возрастанию коррозионной активности грунта.
Показатели пластичности также претерпевают изменения. Отмечается рост числа пластичности на 10,2-27,7%. По мере приближения к газопроводу консистенция грунтов смещается к более текучему состоянию.
Водородный показатель рН над трубопроводом сдвигается в сторону более щелочной среды, что обуславливается кислородной деполяризацией, то есть восстановлением кислорода с превращением его в ион гидроксила.
В результате воздействия постоянного тока, грунт становится более дезинтегрированным, увеличивается доступ кислорода, а так же обмен кислорода с водой, что в свою очередь значительно увеличивает коррозионную активность грунта.
В конечном итоге увеличение защитного потенциала сооружения влечет за собой ухудшение коррозионной обстановки, и именно поэтому необходимо выбирать оптимальные параметры катодной защиты (учитывать размер токов, не превышать защитные потенциалы) и обеспечивать её эффективность. Таким образом, благодаря токам электрохимической защиты трубопроводов формируются техногенно-измененные грунты, которые необходимо выделять отдельный инженерно-геологический элемент.



1. Антропов Л.И., Е.М. Макушин, В.Ф. Панасенко. Ингибиторы коррозии металлов. - К.: Техника, 1981. - 183 с.
2. Багрова Т.Н. Ландшафтообразующие процессы ленинградской области. - СПб: РГГМУ, 2021. - 76 с.
3. Баранов В.Я., Фролов В.И. Электрокинетические явления. Учебное пособие. - М.: РГУ нефти и газа, 2002. - 53 с.
4. Бискэ Ю.С. Геология России: Курс лекций. - СПб: Изд-во С.-Петерб. ун¬та, 2019. - 228 с.
5. Бурлуцкий С.Б., Еремеева А.А. Коррозия и защита от коррозии конструкционных материалов и сооружений. Учебное пособие. - СПб, 2020 - 37 с.
6. Валашковский Р.Ю. Техника борьбы с коррозией / Сухотин А.М. - Л.: Химия. Ленинградское отделение, 1978. - 304 с.
7. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. - М.: Химия, 1976. - 512 с.
8. Всероссийский научно-исследовательский геологический институ им. А.П. Карпинского: [Электронный ресурс]. URL:https://vsegei.ru/ru/(Дата обращения: 15.03.2022)
9. Геологический атлас Санкт-Петербурга / Под ред. Филиппова Н.Б. - СПб: Комильфо, 2009. - 57 с.
10. Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. Коллоидная химия. - СПб.: Изд-во Лань, 2010. - 336 с.
11. ГОСТ 25100-2020 Грунты. Классификация.
12. ГОСТ 12536-2014 Грунты. Методы лабораторного определения
гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава.
13. ГОСТ 5180-2015. Грунты. Методы лабораторного определения
физических характеристик.
14. ГОСТ 26423-85 Почвы. Методы определения удельной электрической
проводимости, pH и плотного остатка водной вытяжки.
15. ГОСТ 9.602-89 Единая система защиты от коррозии и старения.
Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии.
16. ГОСТ Р 51164-98 Трубопроводы стальные магистральные. Общие
требования к защите от коррозии.
17. МЧС России. Трубопроводный транспорт: [Электронный ресурс]. URL: https://www.mchs.gov.ru(Дата обращения: 03.03.2022).
18. ГОСТ 9.602-2016 Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии / Официальное издание. М.: Стандартинформ, 2016. - 87 с.
19. Геология СССР. Том 1. Ленинградская, Псковская и Новгородская области / Под ред. Котлукова В.А. - М: Недра, 1955. - 292 с.
20. Гидрогеология СССР. Том 3. Ленинградская, Псковская и Новгородская области / Под ред. Архангельского Б.Н., Зайцева И.К. - М: Недра, 1967. - 325 с.
21. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты (включая специальный курс инженерной геологии). - Л.: Стройиздат, Лен. отд-ние, 1988. - 415 с..
22. Дашко Р.Э., Александрова О.Ю., Котюков П.В., Шидловская А.В. Особенности инженерно-геологических условий Санкт-Петербурга // Развитие городов и геотехническое строительство. 2011. №1. С. 1-47.
23. Жук Н. П. Курс теории коррозии и защиты металлов. - М.: Металлургия, 1976. - 472 с.
24. Зайцев О.С. Химия. Учебник для академического бакалавриата. - М.: Изд-во Юрайт, 2015. - 470 с.
25. Информационный техно портал. [Электронный ресурс]. URL: http://www.tehnoinfa.ru(Дата обращения: 15.04.2022)
26. Исаченко А.Г. Основы Ландшафтоведения и физико-географическое районирование. - М.: Высшая школа, 1991. - 366 с.
27. Клинов И.Я. Коррозия химической аппаратуры и коррозионностойкие материалы. М-Л.: Госхимиздат, 1950. - 294 с.
28. Клындюк А.И. Поверхностные явления и дисперсные системы. Учебное пособие. - Минск: БГТУ, 2011. - 317 с.
29. Коробко А.А. Инженерно-геологический анализ и оценка условий строительства и эксплуатации сооружений различного назначения в пределах предглинтовой низменности (Санкт-Петербургский регион). Диссертация. Санкт- Петербург, 2-15. - 223 с.
30. Королёв В.А. Теория электроповерхностных явлений в грунтах и их применение. - М.: ООО «Сам полиграфист», 2015. - 468 с.
31. Красноярский В.В., Ларионов А.К. Подземная коррозия металлов и методы борьбы с ней. - М.: Издательство Министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1962 - 308 с.
32. Мальцева, Г.Н. Коррозия и защита оборудования от коррозии: Учеб. пособие / Г.Н. Мальцева; под ред. д. т. н., проф. С.Н. Виноградова. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2000.- 55 с.
33. Мангушев Р.А., Карлов В.Д., Сахаров И.И. Механика грунтов: Учебник. - М.: Издательство АСВ, 2015. - 256 с.
34. Мухин В.А. Коррозия и защита металлов. [Учебно-методическое пособие]. - Омск: Омск. гос. унт., 2004 - 112 с.
35. Нефтегаз-2022. 21-я международная выставка «Оборудование и
технологии для нефтегазового комплекса»: [Электронный ресурс]. URL:
https://www.neftegaz-expo.ru(Дата обращения: 09.04.2022)
36. Петрова Л.Г., Тимофеева Г.Ю., Демин П.Е., Косачев А.В. Основы электрохимической коррозии металлов и сплавов. - М.:МАДИ, 2016. - 148 с.
37. Подгорный, А.А. Защита подземных металлических трубопроводов от коррозии. - Киев: Из-во «Буд1вельник», 1987. - 176 с.
38. Притула В. В. Подземная коррозия трубопроводов и резервуаров. - М.: Акела, 2003. - 225 с.
39. Познайка.Орг. Сайт знаний: [Электронный ресурс]. URL:
https://poznayka.org(Дата обращения: 22.03.2022)
40. Разумовский В. М. Рекомендации по обеспечению ландшафтно-экологической репрезентативности региональной сети ООПТ Ленинградской области, 2007.
41. Ролдугин В.И. Курс лекций по коллоидной химии. - М: МГУ, 2015. - 27 с.
42. Румянцева В.Е. Процессы коррозионной деструкции и защиты металлов: учебное пособие / В.Е. Румянцева. - Иваново: ИВГПУ, 2016. - 156 с.
43. Савицкая Т. А., Котиков Д. А., Шичкова Т. А. Коллоидная химия: строение двойного электрического слоя, получение и устойчивость дисперсных систем. Пособие для студентов химического факультета. - Минск: БГУ, 2011. - 82 с.
44. Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов: [Электронный ресурс]. URL:https://thesaurus.rusnano.com(Дата обращения: 26.04.2022)
45. Справочник химика 21. Химия и химическая технология: [Электронный ресурс]. URL:https://chem21.info(Дата обращения: 29.03.2022)
46. Станки-лэнд. Техника и технологии: [Электронный ресурс]. URL: https://strata.su(Дата обращения: 09.04.2022)
47. Стрижевский, И.В. Защита металлических сооружений от подземной коррозии: Справочник / И.В. Стрижевский, А.М. Зиневич, К.К. Никольский и др. - М.: Недра, 1981.- 293 с.
48. Федосова Н.Л. Антикоррозионная защита металлов. - Иваново, 2009. - 187 с.
49. Хомутинников С.Н. Оценка влияния постоянных токов системы электрохимической защиты трубопроводов от коррозии на свойства дисперсных грунтов: маг.дис. ест. наук: 05.04.01 / Хомутинников Сергей Николаевич. - Санкт- Петербург, 2020. - 69 с.
50. Чухарева Н.В., Абрамова Р.Н., Болсуновская Л.М. Коррозионные повреждения при транспорте скважинной продукции / Методические указания. - Томск: Изд. Томского Ун-та, 2019. - 65 с.
51. Шубенкова Е.Г. Коллоидная химия. - Омск: ОмГТУ, 2014. - 32 с.
52. Яблучанский А.И. Оптимизация параметров катодной защиты в системе коррозионного мониторинга как необходимое условие повышения надежности газотранспортной системы // Коррозия Территория Нефтегаз. 2016. №1 (33). С. 74-77.
53. Ярославцева О.В, Рудой В.М., Останин Н.И., Останина Т.Н., Трофимов А.А. Теория и технология электрохимических методов защиты от коррозии: [учебно-методическое пособие] / Под ред. Даринцевой А.Б. - Екатеринбург: Изд-во Урал. Ун¬та, 2016. - 96 с.
54. Baeckman von W.v., Schwenk W. Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes.Weinheim: Verlag Chemie. 1980. - 496 p.
55. Grahame D.C. The role of the cation in the electrical double layer. - Journal of The Electrochemical Society, 1951 98. pp. 343-350.


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2024 Cервис помощи студентам в выполнении работ