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
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.
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.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
