Оценка коррозионного состояния тепловых сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка коррозионного состояния тепловых сетей

Б. В. Кошкин, В.Н. Щербаков, В.Ю. Васильев, ГОУВПО «Московский государственный Институт Стали и Сплавов (технологический университет)», ГУП «Мосгортепло»

Электрохимические методы оценки, мониторинга, диагностики, прогнозирования коррозионного поведения и определения скоростей коррозии, достаточно давно и хорошо разработанные в теоретическом плане [1-3], и широко применяемые в лабораторных условиях, начали применяться для оценки коррозионного состояния в эксплуатационных условиях лишь в последние 5-10 лет.

Отличительной особенностью электрохимических методов оценки является возможность определения коррозионного состояния (в том числе и непрерывно) в реальном времени при одновременном отклике материала и коррозионноактивной среды.

Наиболее широкое применение для оценки коррозионного состояния в эксплуатационных условиях имеют методы поляризационного сопротивления (гальвано- и потенциостатический), резистометрический и импедансный. Практическое применение получили два первых. Гальваностатический метод измерения используется в портативных переносных приборах, потенциостатический - преимущественно при лабораторных исследованиях вследствие более сложного и дорогого оборудования.

Метод поляризационного сопротивления основан на измерении скорости коррозии посредством определения тока коррозии.

Существующие зарубежные приборы для измерения скоростей коррозии основаны в основном на принципе поляризационного сопротивления и с достаточной степенью точности могут определять скорость коррозии лишь в условиях полного погружения измеряемого объекта в коррозионно-активную среду, т.е. практически определяется коррозионная активность среды. Такая схема измерений реализуется в зарубежных приборах для оценки скорости коррозии (приборы фирм ACM, Ronbaks, Voltalab, Magna и др.). Приборы достаточно дороги и не адаптированы к российским условиям. Отечественные коррозиметры определяют агрессивность среды вне зависимости от реальных сталей, из которых изготовлены трубопроводы, в связи с чем не могут определять коррозионную стойкость трубопроводов в эксплуатационных условиях.

В связи с этим в МИСиС был разработан коррозиметр, предназначенный для определения скоростей коррозии трубопроводов тепловых сетей из реально эксплуатирующихся сталей.

Малогабаритный коррозиметр «КМ-МИСиС» (рис. 1) разработан на современной элементной базе на основе прецизионного цифрового микровольтметра с нулевым сопротивлением. Коррозиметр предназначен для измерения скорости коррозии методом поляризационного сопротивления с бестоковой IR-компенсацией. Прибор имеет простой, интуитивно понятный интерфейс управления и ввода/вывода информации на жидкокристаллическом дисплее.

Программой коррозиметра предусмотрена возможность введения параметров, позволяющих оценивать скорость коррозии различных марок сталей и установку нуля. Эти параметры устанавливаются при изготовлении и калибровке коррозиметра. Коррозиметр показывает как измеренное значение скорости коррозии, так и текущие значения разности потенциалов «Е2 -Е1» для контроля параметров.

Основные параметры коррозиметра находятся в соответствии с Единой Системой Защиты от Коррозии и Старения (ЕСЗКС).

Коррозиметр «КМ-МИСиС» предназначен для определения скорости коррозии методом поляризационного сопротивления в электролитически проводящих средах и может использоваться для определения скорости коррозии металлических деталей и оборудования в энергетике, химической и нефтехимической промышленности, строительстве, машиностроении, при охране окружающей среды, для нужд образования.

Опыт эксплуатации

Коррозиметр прошел опытно-промышленные испытания в эксплуатационных условиях теплосетей г. Москвы.

Испытания на Ленинском проспекте проводили в августе - ноябре 2003 г. на первом и втором контуре тепловых сетей (абонент 86/80). На этом участке в I и II контур трубопроводов тепловых сетей были вварены патрубки, в которые установили датчики (рабочие электроды) и проводили ежедневные измерения скорости коррозии и электрохимических параметров с помощью опытного образца коррозиметра. Измерения проводили во внутренней части трубопроводов с регистрацией параметров теплоносителя. Основные параметры теплоносителя приведены в таблице 1.

При измерениях с различной длительностью от 5 до 45 мин. регистрировали основные параметры коррозионного состояния трубопроводов тепловых сетей при длительных испытаниях. Результаты измерений приведены на рис. 2 и 3. Как следует из результатов испытаний, начальные значения скорости коррозии хорошо коррелируются с длительными испытаниями как при испытаниях в I, так и во II контуре. Средняя скорость коррозии для I контура составляет около 0,025 - 0,05 мм/год, для II контура около 0,25 - 0,35 мм/год. Полученные результаты подтверждают имеющиеся опытные и литературные данные по коррозионной стойкости трубопроводов тепловых сетей из углеродистых и низколегированных сталей. Более точные значения могут быть получены при конкретизации марок сталей эксплуатируемых трубопроводов. Обследование коррозионного состояния тепловых сетей проводили на участке шоссе Энтузиастов - Саянская ул. Участки теплотрассы в этом районе (№ 2208/01 - 2208/03) часто выходят из строя, трубопроводы на данном участке были уложены в 1999 - 2001 гг. Теплотрасса состоит из прямой и обратной нитки. Температура прямой нитки теплотрассы около 80-120 ОС при давлении 6 атм, обратной - около 30-60 ОС. В весенне-осенний период теплотрасса часто подтопляется грунтовыми водами (вблизи Терлецкие пруды) и/или канализационными стоками. Характер укладки теплотрассы в этом районе - канальная, в бетонные желоба с крышкой, и глубиной укладки около 1,5-2 м. Первые течи в теплотрассе были замечены весной 2003 г., вышли из строя и были заменены в августе - сентябре 2003 г. При осмотре канал теплотрассы был затоплен примерно на 1/3 - 2/3 диаметра трубы грунтовыми водами или стоками. Трубы теплотрассы имели изоляцию из стеклоткани.

коррозионный электрохимический оценка резистометрический

Участок № 2208/01 - 22008/02. Теплотрасса уложена в 1999 г., трубы сварные, продольно-шовные, диаметром 159 мм, изготовлены предположительно из ст. 20. Трубопроводы имеют теплоизоляционное покрытие из кузбасс-лака, минеральной ваты и пергамина (рубероида или стеклоткани). На данном участке имеется 11 дефектных зон со сквозными коррозионными поражениями преимущественно в зоне затопления канала. Плотность коррозионных поражений по длине прямой нитки 0,62 м-1, обратной -0,04 м-1. Вышли из строя в августе 2003 г.

Участок № 2208/02 - 2208/03. Уложен в 2001 г. Преимущественная коррозия прямой нитки теплотрассы. Общая длина дефектных участков трубопровода, подлежащего замене -82 м. Плотность коррозионных поражений прямой нитки 0,54 м-1. По данным ГУП «Мосгортепло» трубопроводы изготовлены из стали 10ХСНД.

Участок № 2208/03 - ЦТП. Уложен в 2000 г., трубы бесшовные, предположительно из ст. 20. Плотность коррозионных поражений прямой нитки -0,13 м-1, обратной нитки -0,04 м-1. Средняя плотность сквозных коррозионных поражений (типа делокализованной язвенной коррозии) внешней поверхности трубопроводов прямой нитки 0,18 - 0,32 м-1. На вырезанных образцах труб покрытие на внешней стороне отсутствует. Характер коррозионных поражений внешней стороны трубы образцов - преимущественно общая коррозия при наличии сквозных поражений типа язвенной коррозии, которые имеют конусообразную форму с размером около 10-20 см с внешней поверхности, переходящих в сквозные диаметром около 2-7 мм. На внутренней части трубы - небольшая общая коррозия, состояние удовлетворительное. Результаты определения состава образцов труб приведены в таблице 2.

По составу материал образцов труб соответствует сталям типа «Д» (или ХГСА).

Поскольку часть трубопроводов находилась в канале в воде, возможно было оценить скорость коррозии наружной части трубы. Оценку скорости коррозии проводили в местах выхода канальной прокладки, в грунтовой воде в непосредственной близости от трубопровода, и в местах наиболее быстрого течения грунтовых вод. Температура грунтовых вод составляла 40 - 60 ОС.

Результаты измерений приведены в табл. 3-4, где данные, полученные в спокойной воде, выделены красным цветом.

Результаты измерений показывают, что скорости общей и локальной коррозии увеличиваются во времени, что наиболее выражено для локальной коррозии в спокойной воде. Скорость общей коррозии имеет тенденцию к возрастанию на течении, в спокойной воде увеличиваются скорости локальной коррозии.

Полученные данные позволяют определить скорость коррозии трубопроводов тепловых сетей и прогнозировать их коррозионное поведение. Скорость коррозии трубопроводов на данном участке составляет > 0,6 мм/год. Максимальный срок службы трубопроводов в этих условиях - не более 5-7 лет с периодическими ремонтами в местах локальных коррозионных поражений. Более точный прогноз возможен при непрерывном коррозионном мониторинге и по мере накопления статистических данных.

Анализ эксплуатационных коррозионных поражений трубопроводов теплосетей

Анализ коррозионных поражений трубопроводов теплосетей г. Москвы показывает, что в основном они выходят из строя вследствие общей коррозии внешней поверхности (50-70%), язвенной или коррозии пятнами (20-30%), коррозии сварных соединений (10-20%). Трубопроводы первичного контура менее устойчивы к коррозионным повреждениям. Случаи выхода теплосетей из-за внутренней коррозии трубопроводов ниже (10-20%), вследствие достаточно качественной водоподготовки теплоносителя.

Основной проблемой при эксплуатации трубопроводов теплосетей является диагностика и предупреждение их разрывов. Эти работы регламентируются Правилами Госэнерго- и Госгортехнадзора и отраслевыми нормативно-техническими документами [8-11]. Существующие системы контроля в основном регламентируют правила и порядок проведения планово-предупредительных ремонтов и оценки защитных свойств покрытий теплосетей методами определения их электроизоляционных свойств [8, 11]. Практически для определения эксплуатационных повреждений трубопроводов теплосетей пользуются методом опрессовки и проникающими методами, что явно недостаточно.

Для отечественной и международных систем (ЕСЗКС, ISO 1146, 4540) характерна 10-балльная система оценок коррозионной стойкости материалов и покрытий. В этих же системах (ЕСЗКС, ISO 11473) электрохимические методы оценки коррозионного состояния в основном существуют как сравнительные для локализованных видов коррозии, и в отечественной практике не получили достаточно широкого применения в эксплуатационных условиях. Однако факторов, влияющих на коррозионное поведение теплопроводов в эксплуатационных условиях, достаточно много, и они должны учитываться на всех стадиях жизненного цикла теплосетей.

Общая схема системы коррозионного контроля тепловых сетей, учитывающая эти факторы, может быть представлена на рис. 4.

Введение в практику эксплуатации трубопроводов тепловых сетей отсутствующей в настоящее время системы коррозионного контроля, обеспечивающей необходимое качество и достоверность результатов, должно обеспечить:

прогнозирование коррозионного поведения тепловых сетей и длительности их эксплуатации в конкретных условиях укладки;

рациональное планирование планово-предупредительных ремонтов, позволяющее существенно снизить затраты на их проведение за счет комплексной оценки коррозионного состояния трубопроводов тепловых сетей, коррозионного мониторинга и прогнозирования скоростей коррозии трубопроводов в различных условиях эксплуатации, производимой на основе разрабатываемого автоматизированного комплекса. Введение в практику эксплуатации тепловых сетей системы оперативного коррозионного контроля может обеспечить:

уменьшение аварийности трубопроводов и тепловых сетей,

рациональное проведение планомерных планово-предупредительных ремонтов (ППР),

уменьшение стоимости ППР за счет комплексного коррозионного мониторинга и прогнозирования коррозии стальных трубопроводов в различных условиях эксплуатации,

оценку ремонтопригодности заменяемых участков трубопроводов на аналогичные путем определения марок сталей, что позволит избежать опасности возникновения контактной коррозии.

Выводы

В результате опытно-промышленных испытаний коррозиметра «КМ-МИСиС» установлено, что приборы для измерения скоростей коррозии, основанные на принципе поляризационного сопротивления, с достаточной степенью точности могут определять скорость коррозии лишь в условиях полного погружения измеряемого объекта в коррозионно-активную среду, что реализуется в тепловых сетях для внутренней поверхности трубопровода. В эксплуатационных условиях, особенно при канальной прокладке, часто наиболее подвержена коррозии наружная поверхность трубопроводов. В связи с этим предполагается доработка системы измерений комплексной оценки коррозионного состояния тепловых сетей, для чего предполагается разработка автоматизированного комплекса приборов, объединяющего различные методы определения скорости коррозии.

Измерительный комплекс должен состоять из трех функциональных автоматизированных автономных компактных приборов, позволяющих определять скорости коррозии в различных эксплуатационных условиях канальной и бесканальной прокладки тепловых сетей, а также марку стали теплотрубопровода. Первая часть измерительного комплекса (коррозиометр) после соответствующей доработки будет предназначена для оценки коррозионного состояния в условиях полного погружения в коррозионноактивную среду (внутренняя поверхность трубопроводов), вторая предназначена для оценки коррозионного состояния тепловых сетей при наличии на внешней поверхности трубопроводов конденсированных слоев влаги в условиях интенсивного смачивания (весна-осень) или адсорбированных слоев влаги (лето-зима) в условиях канальной и бесканальной прокладки. Поскольку коррозионное состояние трубопроводов тепловых сетей определяется не только параметрами коррозионно-активной среды, но и маркой стали, состав которой в эксплуатационных условиях часто неизвестен, предполагается разработка третьей части комплекса - электрохимического анализатора, позволяющего определять марку стали трубопроводов непосредственно в полевых условиях.

Литература

Томашов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов. М.,И-воАНСССР,М., 1959.

Bard A.J., Larry R., Faulkner J. Electrochemical methods.Fundamental and Application., N.Y., 2002.

Жук Н.П. Курс коррозии и защиты металлов. М., Металлургия, 1968.

Engel H.J. Arciv fur Eisenhuttanweisen. 1958, b.29, №, p.553.

BarnarttS. Electrochem. Acta. 1970, v. 15, p. 1313.

Mansfeld F.J. Electrochem. Soc. 1973, v. 120, №4, p. 515.

Васильев В.Ю., Белеевский В.С., Кошкин Б. В. и др. Разработка системы оперативного и долговременного контроля коррозионного состояния тепловых сетей, создание и изготовление портативных автоматизированных приборов с использованием принципа поляризированного сопротивления для замера скорости коррозии. Отчет, М., МИСиС, 2003 г.

Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от электрохимической коррозии. М., Стройиздат,1982.

Правила технической эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей. М., Госэнергонадзор,1987.

Синягин Н.Н., Афанасьев Н.А., Новиков С.А. Система планово-предупредительного ремонта оборудования и сетей промышленной энергетики. М., Энергоатомиздат,1984.

Типовая инструкция по защите трубопроводов тепловых сетей от наружной коррозии. РД 153-31.0-20.518-2003.М., Новости теплоснабжения. 2003 г.

Размещено на Allbest.ru