Coroziunea conductelor - cauze și consecințe
Transportul prin conducte este cel mai comun mod de a livra medii lichide și gazoase din lume. În fiecare casă modernă există conducte interne mici, în localități au fost construite rețele de conducte de distribuție supraterane și subterane, toate regiunile țării noastre sunt conectate printr-un sistem de transport prin conducte principale. Conductele transportă apă, petrol și produse petroliere, gaze etc. Chiar și o conductă unică de transport amoniac a fost construită în țara noastră. Majoritatea conductelor acționate domestic sunt metalice, principala cauză a distrugerii lor este coroziunea și există multe tipuri de coroziune. În această recenzie, vom lua în considerare pe scurt principalele tipuri de coroziune a conductelor, în funcție de scopul lor, și vom vorbi puțin despre consecințele accidentelor de coroziune.
Cauzele coroziunii sunt întotdeauna determinate de proprietățile mediului corosiv cu care intră în contact suprafețele interioare și externe ale conductei. Coroziunea suprafeței interioare a conductelor are loc în principal la pomparea mediilor apoase, mai ales dacă în acestea sunt dizolvate substanțe corozive: săruri, acizi, alcali etc. Această situație se realizează în toate conductele de apă, în special în sistemele de încălzire și alimentare cu apă caldă, sistemele de colectare a uleiului (rețineți că în România petrolul produs din puțuri conține până la 99% din apă!), apele uzate de la întreprinderile industriale. Ultimul caz cel mai periculos. Coroziunea suprafeței exterioare depinde de metoda de așezare a conductei și de soluțiile de proiectare aplicate. De exemplu, la așezarea prin metoda „țeavă în țeavă”, nu are loc coroziunea suprafeței exterioare. La așezarea unei conducte în aer, apare coroziunea atmosferică,ceea ce practic nu duce la o încălcare a integrității conductei (formarea de defecte prin intermediul). Am dedicat dejao recenzie separată procesului de coroziune atmosferică, așa că nu vom reveni asupra acestei probleme în acest articol. Principalul pericol de distrugere prin coroziune a suprafeței exterioare a conductelor apare în timpul așezării subterane, iar scopul conductei în acest caz nu este foarte important. Cu puține excepții, toate tipurile de conducte subterane se corodează în același mod. O problemă separată este coroziunea subacvatică a conductelor așezate de-a lungul fundului, fără a se adânci în pământ. Adevărat, acest tip de coroziune foarte specific afectează doar câteva obiecte din România - gazoductele principale offshore, de exemplu, Blue Stream și Nord Stream, precum și mai multe conducte de câmp din Marea Caspică, Marea Neagră și Marea Nordică. Datorită îngustării extreme a cercului de oameni interesați și specificității proceselor de coroziune marină a suprafeței exterioare a conductelor, această revizuire nu va fi, de asemenea, atinsă.
Așa că începem. În această revizuire, împărțită în mai multe părți, vom analiza separat și în detaliu posibilele mecanisme de coroziune ale următoarelor tipuri de conducte, clasificate în funcție de scopul lor funcțional:
- conductele principale;
- Conducte de câmp ale zăcămintelor de petrol și gaze;
- conducte ale sistemelor de încălzire, alimentare cu apă caldă și rece;
- conducte de ape uzate industriale.
Să începem, poate, cu cele mai simple obiecte din punct de vedere al coroziunii - principalele conducte pentru transportul petrolului, gazului, amoniacului, produselor petroliere etc.
Coroziunea conductelor principale
Poate că acesta este cel mai bine studiat și sistematizat tip de coroziune.conducte. Cel puțin, conductele principale sunt singurul tip de conducte a căror protecție împotriva coroziunii este reglementată de un standard național separat GOST R 51164-98 * „Conductele principale din oțel. Cerințe generale pentru protecția împotriva coroziunii”. Desigur, GOST R 51164-98 * este dedicat în principal metodelor de protecție anticorozivă și nu mecanismelor de distrugere a coroziunii, cu toate acestea, un studiu atent al acestuia poate distinge și o anumită sistematizare a riscului de coroziune a conductelor principale. , în funcție de mecanismul său. Trebuie remarcat imediat că conductele principale sunt utilizate pentru transportul produselor preparate inerte la coroziune, prin urmare, numai coroziunea externă este periculoasă pentru ele, iar în zonele de așezare supraterană doar relativ inofensivcoroziunea atmosferică. În plus, revizuirea noastră va fi dedicată numai secțiunilor de conducte subterane.
Deci, GOST distinge 3 tipuri de secțiuni ale conductelor principale supuse pericolelor speciale de coroziune: zone cu pericol de coroziune ridicat, zone cu pericol de coroziune crescut și zone cu pericol de coroziune. Printre criteriile GOST referitoare la mecanismele de coroziune și care permit clasificarea unor secțiuni de conducte ca zone deosebit de periculoase, pot fi distinse următoarele criterii pentru zonele cu risc crescut de coroziune:
- curenți vagabonzi din surse de curent continuu;
- coroziunea microbiologică;
- fisurare prin coroziune prin tensiuni.
În plus, GOST se referă la zonele cu risc crescut de coroziune pentru instalarea conductelor principale, unde pericolul coroziunii obișnuite a solului poate crește brusc:
- secțiuni de conducte în soluție salinăsoluri din orice regiune a tarii (saline, solonetzes, solods, sors etc.);
- tronsoane de conducte în zonele de ape uzate industriale și menajere, haldele de gunoi și zgură;
- tronsoane de conducte cu o temperatură a produsului transportat peste 303 K (30 °C).
Rezumând cele de mai sus, precum și mulți ani de experiență în operare și diagnosticare, se poate rezuma că următoarele tipuri de daune provocate de coroziune sunt implementate în principal pe conductele principale de așezare subterană:
- coroziunea electrochimică a solului;
- coroziunea prin curenți vagabonzi din surse de curent continuu;
- coroziunea prin curenți vagabonzi din surse de curent alternativ (la intersecții și mai rar apropieri de linii aeriene de 110 kV și mai sus);
- fisurarea prin coroziune prin tensiuni (caracteristică în principal conductelor principale de gaz);
- coroziunea microbiologică (în zonele în care solul din jurul conductei este contaminat cu microorganisme).
Coroziunea electrochimică a solului
Coroziunea conductelor subterane are loc printr-un mecanism electrochimic bazat pe apariția unei diferențe de potențial între diferitele secțiuni ale conductei și, ca urmare, apariția unui curent de coroziune. Ca urmare a curentului de coroziune, secțiunile metalice de pe zonele anodice se dizolvă și trec în sol, unde ulterior interacționează cu electrolitul solului, formând rugina.
Mecanismul coroziunii electrochimice
Una dintre cele mai importante caracteristici ale conductelor, în ceea ce privește coroziunea, este lungimea lor mare. Cu lungimea lor mare, liniile subterane trec prin soluri cu compoziție și structură diferită, umiditate și aerare diferite. Toate acestea creează posibilitatea unor semnificativediferențe de potențial între părțile individuale ale liniei subterane. Deoarece conductele au o conductivitate ridicată, formează cu ușurință cupluri galvanice corozive, uneori având o lungime de zeci și chiar sute de metri.
Deoarece aceasta creează adesea densități mari de curent la locurile anodului, aceasta crește foarte mult rata de coroziune. De asemenea, este esențial pentru dezvoltarea coroziunii ca liniile subterane să fie așezate la o astfel de adâncime în care se păstrează întotdeauna o anumită umiditate, ceea ce asigură cursul proceselor de coroziune. La adâncimea conductelor, temperatura scade rar sub 0 0 C și acest lucru contribuie și la coroziune. Favorizează dezvoltarea coroziunii pe conductele subterane și prezența calcarului de moara pe suprafața țevilor, care nu este întotdeauna îndepărtată în timpul curățării.
S-a stabilit că există o relație directă între zona supusă coroziunii și adâncimea deteriorării prin coroziune. Acest lucru se datorează faptului că pe o suprafață metalică mai mare există o posibilitate mai mare de a crea condiții de coroziune mai severe. În special, acest lucru explică faptul că alte structuri subterane din oțel, pe lângă conducte, ceteris paribus, sunt distruse mai lent de coroziune electrochimică.
Agresivitatea coroziva a solurilor in sine este determinata de structura lor, compozitia granulometrica, rezistivitatea electrica, umiditatea, permeabilitatea aerului, pH-ul etc. De regula, agresivitatea coroziva a solului in raport cu otelurile carbon se estimeaza prin rezistenta electrica specifica a solurilor. sol, densitatea medie a curentului catodic atunci când potențialul electrodului este deplasat cu 100 mV mai negativ decât potențialul de coroziune al oțelului, gradientul potențialelor naturale de coroziune liberă în secțiunea conductei.
Coroziunecurenți vagabonzi din surse de curent continuu
Curenții vagabonzi sunt curenți antropici care curg în pământ și în structurile metalice subterane. Astfel de curenți apar din cauza scurgerii de curent în pământ a dispozitivelor și structurilor acționate care funcționează pe curent continuu, în special căi ferate cu curent continuu, mașini electrice de sudură, sisteme de protecție catodică a obiectelor terțe etc., etc. După cum știți, curentul electric tinde întotdeauna să se deplaseze pe calea cu cea mai mică rezistență, prin urmare, dacă există conducte metalice subterane extinse în zona de propagare a curenților paraziți în pământ, a căror conductivitate electrică este de multe ori mai mare decât cea electrică. conductivitatea solului, curentul parazit va curge prin ele. În cel mai bun loc (din punctul de vedere al aceluiași principiu al rezistenței minime), curentul parazit se va scurge din conductă înapoi în pământ și se va întoarce la sursa sa. În acest caz, secțiunea conductei din care intră curentul parazit în pământ este anodul, iar partea conductei în care intră curentul parazit este catodul. În secțiunile anodice, curenții paraziți cu densitate crescută provoacă daune semnificative de coroziune conductelor, rata de coroziune a acestora este practic nelimitată și poate atinge valori gigantice de 10-20 mm/an.
Coroziunea prin curenții vagabonzi din surse de curent alternativ
Acest tip de coroziune apare în locurile de convergență și urmărire paralelă a liniilor aeriene cu o tensiune de 110 kV și mai sus și conductelor principale. Acest fenomen a fost deja tratat în detaliu pe site-ul nostruîntr-o recenzie specialăși nu va fi luat în considerare în continuare în acest articol.
Fisurarea prin coroziune la stres (SCC) sau coroziune la stres
coroziune fisurare subtensiunile în conductele principale (în principal conductele de gaz) se dezvoltă ca urmare a expunerii simultane a metalului la un mediu corosiv și solicitări de tracțiune. Datorită cercetării, s-a format acum o teorie a hidrogenului-coroziune a dezvoltării SCC în conducte.
Formarea și dezvoltarea microfisurilor în metal are loc ca urmare a hidrogenării țevilor de oțel în locurile de dislocare și goluri ale rețelei cristaline și o creștere a presiunii interne în ele la valori care depășesc echivalentul energiei de legare a rețelei. atomi. Hidrogenarea în sine are loc ca urmare a proceselor în desfășurare de difuzie a protonilor (H +), rezultate din hidroliza apei la potențiale de protecție catodică ridicate, disociarea unui număr de compuși anorganici, cum ar fi hidrocarbonații, hidrosulfuri și sulfuri, nitrați. , amonați, fosfați etc., activitatea vitală a organismelor sulfato-reducătoare.
După deschiderea fisurilor pe suprafața țevii în locurile de deteriorare a stratului izolator al conductei, formarea fisurilor este accelerată datorită efectului coroziv al electrolitului de sol care pătrunde în fisuri.
Etapa finală a distrugerii (inclusiv plenitudinea fisurilor) este controlată de condițiile de sarcină mecanică pe conductă, de starea de efort-deformare a oțelului de țeavă, precum și de caracteristicile sale de rezistență.
Coroziunea microbiologică (sau biocoroziune) este coroziunea metalului, care apare ca urmare a activității vitale a microorganismelor. Solurile și apele naturale de suprafață conțin un număr mare de microorganisme - bacterii, ciuperci, alge, protozoare etc. S-a stabilit acum că coroziunea metalelor este inițiată în majoritatea cazurilor de bacterii datorită ratei ridicate de reproducere a acestora șiactivitate în transformările chimice ale mediului. Pentru ca procesul de coroziune microbiologică să poată decurge, bacteriile care îl provoacă trebuie să se afle într-un mediu umed sau acvatic, au nevoie și de azot, săruri minerale și o serie de alte elemente. Este necesar să existe condiții externe bine definite în care acestea încep să se înmulțească activ în apropierea conductei, cum ar fi:
- temperatura;
- presiune;
- iluminare;
- concentrația ionilor de hidrogen;
- concentrația de oxigen.
Microorganismele pot provoca coroziune prin producerea de substanțe care provoacă coroziune (de exemplu, acizi), creând condiții pe suprafața metalului care provoacă apariția unei diferențe de potențial pe suprafața metalului și formarea unor zone anodice și catodice suplimentare, cu un proces de coroziune suplimentar. procedând printr-un mecanism electrochimic.
În cazul conductelor principale, coroziunea microbiologică inițiată de bacteriile reducătoare de sulfat este cea mai frecventă. Sub acțiunea acestor bacterii, pe conducte se formează cavități separate. Produsele de coroziune sunt de culoare neagră și miros a hidrogen sulfurat. Conțin aproximativ 40% fier feros și 5% sulf sub formă de sulfuri. Bacteriile reducătoare de sulfat sunt prezente în aproape toate solurile, dar un proces de coroziune vizibil are loc numai atunci când sunt prezente un număr relativ mare de ele.