Развитие научных основ, разработка и реализация новых методов технической диагностики электрохимической защиты подземных стальных трубопроводов

10,33

329,23

45,1

18,04

12,89

7,5

311,2

14,629

9,341

297,484

40,75

16,3

11,64

8

332

15,604

8,366

266,433

36,49

14,59

10,43

В предельном случае, когда давление в трубопроводе достигает максимально-допустимых значений, плотность тока катодной защиты не должна превышать плотность предельного тока по кислороду более, чем в 5…7 раз, то есть выделение водорода на катодно защищаемой поверхности должно быть сведено к минимуму, либо исключено.

Области возможного применения нового метода технической диагностики электрохимической защиты от коррозии подземных стальных трубопроводов. Разработанный метод контроля режимов катодной защиты должен применяться при регулировании потенциалов катодной защиты подземных стальных трубопроводов путем дополнительного измерения предельного тока электровосстановления кислорода и тока катодной защиты с последующим определением остаточной скорости коррозии и интенсивности электролитического наводороживания, с последующим прогнознымм определением степени коррозионного износа трубопровода и инкубационного периода образования стресс-коррозионных трещин в зависимости от превышения плотности тока катодной защиты над предельным по кислороду и механических напряжений в стенке трубопровода, создаваемых давлением транспортируемого продукта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации приведены разработанные автором теоретические и экспериментальные положения, являющиеся основой для технических решений при разработке новых методов технической диагностики систем электрохимической защиты подземных стальных трубопроводов, проложенныъх 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.

Выводы

1. Изучен процесс коррозионного разрушения трубных сталей 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 увеличении внутренних напряжениях до составляет практически . В отсутствии внутренних напряжений плотность коррозионного тока в язвах с максимальной глубиной проникновения составляет 32 - 46% от плотности предельного тока по кислороду.

2. Показано, что установившиеся во времени значения плотности предельного тока кислорода, по мере увеличения диаметра дефекта, уменьшаются, что связано со снижением эффективности боковой доставки кислорода. При этом в любых пространственных положениях относительно трубопровода плотность тока катодной защиты находится в обратной пропорциональной зависимости от радиуса сквозного дефекта изоляции, что свидетельствует о том, что доставка кислорода к сквозному дефекту изоляции (рабочему электроду зонда) описывается уравнением сферической диффузии.

3. Разработана методика исследования коррозионных процессов в сквозных дефектах изоляции и под отслоившейся изоляцией в зоне контакта стальной поверхности с электролитом при различных режимах катодной защиты.

4. Впервые в практику катодной защиты трубопроводов от коррозии введено понятие «эффект саморегулирования катодной защиты». Разработаны теоретические основы эффекта саморегулирования катодной защиты трубопроводов в сквозных дефектах изоляционного покрытия и под отслоившейся изоляцией в зоне контакта оголенной поверхности трубопровода с электролитом, находящихся в различных условиях доставки кислорода относительно периметра трубопровода.

5. Экспериментально установлено отсутствие зависимости остаточной скорости коррозии от внутренних напряжений. Показано, что изменение электрохимической активности образца, вызванного внутренними напряжениями, компенсируется эффектом саморегулирования катодной защиты: увеличение тока коррозии за счет внутренних напряжений в отсутствии катодной защиты, при включении катодной защиты компенсируется пропорциональным увеличением тока катодной защиты.

6. Впервые показано, что отношение плотности тока катодной защиты к плотности предельного тока по кислороду является объективным критерием для количественного определения остаточной скорости коррозии трубопроводов при различных потенциалах катодной защиты. Cтепень подавления коррозии катодно-защищаемых образцов, независимо от внутренних напряжений, определяется режимом катодной защиты, характеризуемым отношением плотности тока катодной защиты к плотности предельного тока по кислороду.

7. Впервые в практику катодной защиты трубопроводов от коррозии введено понятие коэффициент полезного действия тока катодной защиты. Показано, что коэффициент полезного использования тока катодной защиты имеет максимальное значение, когда . Дальнейшее увеличение плотности тока катодной защиты приводит к незначительному увеличению защитного эффекта и снижению коэффициента полезного использования тока катодной защиты, что свидетельствует о начале протекания реакции выделения водорода, не оказывающей влияние на подавление коррозионного процесса.

8. Впервые экспериментально исследована динамика накопления водорода в образцах трубной стали ферритно-перлитного класса в зависимости от превышения плотности тока катодной защиты над плотностью предельного тока по кислороду. Показано, что при реально наблюдаемых плотностях тока катодной защиты, превышающих плотность предельного тока кислорода в 100 и более раз, интенсивность электролитического наводороживания ферритно-перлитной стали трубного сортамента возрастает в 1.5..2 раза при переходе наводороживания образца в нижнем положении, соответствующем положению сквозного дефекта изоляции у верхней образующей трубопровода, к потолочному, соответствующему нахождению сквозного дефекта изоляции у нижней образующей трубопровода.

9. Впервые разработан и предложен к практическому применению алгоритм определения времени появления стресс-коррозионных трещин на действующих магистральных трубопроводах при заданном рабочем давлении в трубопроводе в зависимости от превышения плотности тока катодной защиты над плотностью предельного тока кислорода.

10. На основе полученных теоретических и экспериментальных результатов разработан и прошел промышленные испытания в ООО «Газпром трансгаз Томск» полевой аппаратно-программный комплекс «ТА-Коррозия» для определения остаточной скорости коррозии и степени электролитического наводороживания напряженно-деформированных трубопроводов при различных режимах катодной защиты, впервые позволяющий контролировать появление коррозионных и стресс-кооррозионных повреждений на наружной катодно защищаемой поверхности трубопроводов при различных рабочих давлениях.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО

в изданиях, рекомендованных ВАК России:

1. Хижняков В.И. О специфике коррозии подземных трубопроводов в условиях таежно-болотной зоны центральной части Западной Сибири. Защита металлов, М, Наука, 1983, № 5.

2. Хижняков В.И., Трофимова Е.В. Превышение тока катодной защиты над предельным по кислороду - фактор коррозионного растрескивания трубопроводов под напряжением. Практика противокоррозионной защиты, 2009, № 1, с. 57 - 61.

3. Хижняков В.И. Определение остаточной скорости коррозии трубопроводов при различных режимах катодной защиты. Практика противокоррозионной защиты, 2008, № 2, с. 18 - 22.

4. Хижняков В.И. Определение максимальной скорости коррозии подземных стальных трубопроводов. Практика противокоррозионной защиты, 2008, № 3, с. 31 - 34.

5. Хижняков В.И. Предупреждение выделения водорода при выборе потенциалов катодной защиты подземных стальных трубопроводов. - Коррозия: материалы, защита, 2009, № 8, с. 32 - 36.

6. Хижняков В.И. Новый критерий выбора режимов катодной защиты подземных стальных трубопроводов. - Практика противокоррозионной защиты, 2009, № 4, с. 40 - 43.

7. Хижняков В.И., Жилин А.В. Определение инкубационного периода образования дефектов КРН на катодно защищаемой поверхности подземных стальных трубопроводов. Практика противокоррозионной защиты, 2009, № 4, с. 43 - 46.

в прочих изданиях:

8. Хижняков В.И. Предупреждение аварийности подземных стальных трубопроводов по причине коррозии под напряжением. - Вестник Российской Академии Естественных Наук (Западно- сибирское отделение), 2008, вып. 10, с. 85 - 91.

9. Хижняков В.И. Влияние кислородной проницаемости грунтов таежно-болотной зоны центральной части Западной Сибири на работу гальванических макропар при коррозии нефтепроводов большого диаметра. Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности, М., ВНИИОЭНГ, 1982, № 4.

10. Хижняков В.И. Влияние глубины укладки и промерзания грунта на распределение тока катодной защиты по периметру трубопроводов большого диаметра, Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. М., ВНИИОЭНГ, 1982, № 6.

11. Хижняков В.И. Коррозия трубной стали в дефектах изоляционного покрытия нефтепроводов центральной части Западной Сибири, Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности, М., ВНИИОЭНГ,1882, № 10.

12. Хижняков В.И. О саморегулировании катодной защиты подземных трубопроводов. . Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности, М., ВНИИОЭНГ, 1983, № 6.

13. Хижняков В.И., Гамза В.В., Обливанцев Ю.Н. Зонд и полевой полярограф для определения предельного тока кислорода при коррозии подземных трубопроводов. Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности, М., ВНИИОЭНГ, 1984, № 4.

14. Хижняков В.И., Глазов Н.П., Налесник О.И. К оценке содержания кислорода в грунте по значению предельного тока по кислороду на платиновом электроде. Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности, М.. ВНИИОЭНГ, 1978, № 2.

15. Хижняков В.И., Глазов Н.П., Налесник О.И. Математическая модель диффузии кислорода к поверхности подземного трубопровода. В сб. Теория и практика защиты от коррозии, Куйбышев, 1977.

16. Хижняков В.И., Глазов Н.П., Налесник О.И. Исследование процесса коррозии стальных образцов с поврежденной изоляцией в грунтах Томского Приобья. В сб. Прогрессивные материалы, технологии и оборудование для защиты изделий, металлоконструкций и сооружений от коррозии, Горький, 1983.

17. Хижняков В.И., Глазов Н.П., Налесник О.И. Исследование коррозии трубной стали во влажных грунтах Среднего Приобья. Коррозия и защита скважин, трубопроводов и морских сооружений в газовой промышленности, М., ВНИИОЭГазпром, 1982, № 4.

18. Хижняков В.И., Глазов Н.П., Налесник О.И. Об определении коэффициента диффузии кислорода в грунтах при коррозии подземных стальных сооружений. Коррозия и защита скважин, трубопроводов и морских сооружений в газовой промышленности, М., ВНИИОЭГазпром, 1983, № 3.

19. Хижняков В.И. Опыт коррозионного обследования магистральных нефтепроводов в условиях центральной части Западной Сибири. Трубопроводный транспорт нефти, М., 1992, № 6.

20. Хижняков В.И., Штин И.В. Анализ коррозионного состояния полости магистрального нефтепровода Александровское - Анжеро - Судженск. Трубопроводный транспорт нефти, М., 2000, № 4.

21. Хижняков В.И., Махрин В.И. Противокоррозионная защита резервуаров для хранения нефти. М., Трубопроводный транспорт нефти, М., 2003, № 3.

22. Хижняков В.И. Защита магистральных нефтепроводов от почвенной коррозии. . Трубопроводный транспорт нефти, М., 2004, № 12.

23. Хижняков В.И., Жилин А.В. Выбор режимов катодной защиты, исключающих стресс-коррозионное растрескивание подземных нефтегазопроводов. В сб. Экологические проблемы и тегногенная безопасность строительства, эксплуатации и реконструкции нефтегазопроводов. Новые технологии и материалы. Томск, 2005.

24. Хижняков В.И., Иванов Ю.А., Назаров Б.Ф. Переносной полевой прибор для определения остаточной скорости коррозии и степени наводороживания стенки нефтегазопроводов при различных режимах катодной защиты. В сб. Экологические проблемы и техногенная безопасность строительства, эксплуатации и реконструкции нефтегазопроводов. Новые технологии и материалы. Томск, 2005.

25. Хижняков В.И., Кудашкин Ю.А. Количественное определение остаточной скорости коррозии газопроводов при различных потенциалах катодной защиты. - В сб. Газотранспортные системы: настоящее и будущее, М. 2007 г.

26. Хижняков В.И. Иванов Ю.А., Назаров Б.Ф., Мошкин В.В. Датчики и приборы для диагностики и повышения эффективности катодной защиты газотранспортных систем. - В сб. Газотранспортные системы: настоящее и будущее, М. 2007 г.

27. Хижняков В.И. Противокоррозионная защита объектов трубопроводного транспорта нефти и газа, Томск, 2005, с.187.

28. Патент РФ № 2341589. Хижняков В.И., Хижняков М.В., Жилин А.В. Cпособ определения продолжительности периода до образования стресс-коррозионных трещин в стальных трубопроводах. Опубл. 20.12.2008. Бюл. № 35.

29. Патент РФ № 2308545.Хижняков В.И., Иванов Ю.А. Способ катодной защиты подземных стальных трубопроводов. Опубл. 20.10.2007. Бюл. № 29.

30. А.С. № 1693710. Хижняков В.И., Прасс Л.В. Устройство для защиты внутренней поверхности резервуаров для хранения нефти от коррозии. 2001.

31. А.С. № 1620506. Хижняков В.И., Лягушин В.А. Способ определения эффективности катодной защиты стальных сооружений и коррозионно-индикаторный зонд для его осуществления. 1994.

32. А.С. № 1694698. Хижняков В.И., Чертов С.В., Иванов Ю.А. Устройство для измерения максимальной скорости коррозии магистральных трубопроводов.1989.

33. Хижняков В.И., Кудашкин Ю.А. Количественное определение остаточной скорости коррозии газопроводов при различных потенциалах катодной защиты. - В сб. Современные методы и технологии защиты от коррозии, М. 2008, с. 29.

34. Хижняков В.И. Влияние режимов катодной защиты на степень подавления коррозии и на наводороживание стали 17ГС. - Всероссийская конференция по физической химии и нанотехнологиям «НИФХИ-90». Сборник тезисов, Москва, 2008, с. 178 - 179.

35. Хижняков В.И. Выбор режимов электрохимической защиты подземных трубопроводов, исключающих электролитическое наводороживание.- Всероссийская конференция «Физико-химические аспекты технологии наноматериалов, их свойства и применение. Сборник тезисов, Москва, 2009, с. 132.

36. Хижняков В.И., Трофимова Е.В. Превышение тока катодной защиты над предельным по кислороду - фактор электролитического наводороживания трубных сталей. - В сб. Современные методы и технологии защиты от коррозии и износа, М. 2009, с. 8 - 9.

37. Хижняков В.И. Влияние режимов катодной защиты на степень подавления почвенной коррозии трубных сталей и на объем поглощенного при этом водорода. - Вестник Российской Академии Естественных Наук (Западно-сибирское отделение), 2009, вып. 11, с. 160 - 166.

Размещено на Allbest.ru