Разработка методов контроля систем электрохимической защиты магистральных газопроводов, эксплуатирующихся в сложных условиях

Рис. 5 Устройство поляризации датчика потенциала электрода сравнения модели Д (рис. 4) и схема его подключения в КИП Наличие устройства для принудительной поляризации датчика потенциала электрода сравнения позволяет существенно сократить время установления поляризационного потенциала при применении в высокоомных грунтах. В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований критериев электрохимической защиты МГ с применением разработанных устройств. Полученные результаты представлены в виде графиков и таблиц. Экспериментально исследована зависимость скорости коррозии стали Ст3 от величины удельного электрического сопротивления электролита в диапазоне от 5 до 1200 Ом.м устройством (Б) (рис. 2) и устройством (В) (рис. 3). Результаты исследования были сравнены с результатами, полученными гравиметрическим методом с катодной защитой и без катодной защиты в электролитах с удельным электрическим сопротивлением 5, 50, 300, 750, 1200 Ом·м. Установлено, что при смещении значения потенциала катодной поляризации в отрицательную сторону от стационарного значения потенциала, наблюдается сначала резкое, а затем постепенное и незначительное снижение скорости коррозии стали. При этом снижение скорости коррозии стали и необходимая плотность тока катодной поляризации зависят от удельного электрического сопротивления электролита. Так, смещение потенциала катодной поляризации стали относительно стационарного потенциала на 0,1 В приводит к снижению коррозии стали примерно в 5 раз и в зависимости от удельного электрического сопротивления электролита находится в пределах от 0,022 до 0,024 мм/год. Дальнейшее увеличение потенциала защиты приводит к незначительному уменьшению скорости коррозии стали и при смещении потенциала защиты от значения стационарного значения на величину от 0,1 В до 0,3 В составляет от 0,018 до 0,021 мм/год. Следовательно, можно сделать вывод о том, что смещение катодной поляризации стали от величины стационарного потенциала более 0,1 В нецелесообразно с точки зрения увеличения эффективности катодной защиты для грунтов с удельным электрическим сопротивлением от 5 до 1200 Омм и может привести лишь к дополнительным энергетическим затратам на электрохимическую защиту. В результате исследований методом поляризационных измерений с применением программно-аппаратного комплекса и устройства (В) (рис.3) определена скорость коррозии в токовых единицах в электролитах с удельным электрическим сопротивлением 5, 50, 300, 750, 1200 Ом.м. Затем по формуле (1) рассчитывалась скорость коррозии в глубинном показателе мм/год. (Таблица 1). , (1) где К – скорость коррозии, мм/год; z – число электронов, переносимых в процессе коррозии; А – атомная масса железа, г; ρ – плотность металла, г/см3; i – плотность тока коррозии, А/м2. Таблица 1 - Скорость коррозии образцов Ст3 в зависимости от величины смещения потенциала от стационарного значения ρОм·м Естац, В (х.с.э.) К, мм/год (без катодной защиты) Скорость коррозии стали, К, мм/год при смещении потенциала катодной поляризации ΔЕ, мВ от ее стационарного значения 100 200 300 1200 - 0,587 0,091 0,022 0,019 0,018 750 - 0,605 0,092 0,022 0,019 0,019 300 - 0,608 0,095 0,022 0,019 0,019 50 - 0,613 0,103 0,023 0,021 0,020 5 - 0,628 0,109 0,024 0,021 0,021 Полученные результаты исследований с применением электрохимической ячейки при температуре 18 0С полностью совпадают с результатами, полученными при исследованиях с применением гравиметрического метода при той же температуре. Из этого следует, что, электрохимическая ячейка (рис. 3) применима при исследовании коррозионных процессов стали в электролитах с различным удельным электрическим сопротивлением от 5 до 1200 Омм, что позволяет определять оптимальные значения критериев катодной защиты для любого влажного мелкодисперсного грунта. Учитывая актуальность решаемой задачи для МГ, находящихся в сложных условиях эксплуатации, с применением электрохимической ячейки (рис. 3) провели исследования коррозионных процессов, протекающих на границе раздела сред «металл - электролит» для электролитов с удельным электрическим сопротивлением 0,015 Ом.м, и для электролитов с удельным сопротивлением до 1500 Ом.м. Исследования проводили в области знакопеременных температур в лабораторных условиях и в трассовых условиях на действующих МГ при положительных температурах. Графики зависимости стационарного потенциала стали Ст3 от времени, при температуре плюс 18 0С и минус 5ºC представлены на рисунке 6. (а) (б) Рис. 6 Стационарный потенциал Ст3 в электролите с удельным электрическим сопротивлением 0,015 Ом·м при температуре 18 ºC (а) и – 5 ºC (б) Поляризационные кривые зависимости потенциала от плотности тока при различной температуре представлены на рисунке 7. (а) (б) Рис. 7 Поляризационная кривая Ст3 в электролите с удельным электрическим сопротивлением 0,015 Ом·м при температуре 18 ºC и минус 5ºC Из анализа полученных графиков была определена плотность тока коррозии на пересечении линейных начальных участков анодных и катодных кривых. Был получен токовый показатель скорости коррозии (А/м2), который затем был пересчитан в глубинный показатель (мм/год) по формуле (1). Потенциал коррозии стали Cт3 в электролите с удельным сопротивлением 0,015 Ом·м при температуре минус 5 ºC, с течением времени практически не изменяется. Следовательно, коррозионная активность низкоомного электролита при температуре минус 5 ºC слабая. Скорость коррозии не превышает допустимых значений 0,01мм/год и электрохимическая защита при таких условиях эксплуатации МГ не требуется. (а) (б) Рис. 8 Стационарный потенциал (а) и поляризационная кривая (б) Ст3 в электролите с удельным электрическим сопротивлением 3 Ом·м при температуре от 0 ºC до минус 4 ºC Стационарный потенциал стали Ст3 в электролите с удельным электрическим сопротивлением 3 Ом·м (рис. 8 а) при изменении температуры от 0 до минус 4 ºC снижается до значения равного минус 0,513 В (ХСЭ). Далее наблюдается смещение потенциала в положительном направлении. Изменение потенциала в положительную сторону можно объяснить уменьшением доступа кислорода к поверхности стали, контактирующей с электролитом и изменением структуры воды в электролите. Из анализа графика (рис. 8 б), следует, что катодное смещение потенциала более чем на 100 мВ от его естественного значения, не приводит к существенному увеличению плотности защитного тока. Следовательно, существенного влияния на защищенность в таких условиях не оказывает. Для экспериментального подтверждения эффективности оценки защищенности от коррозии МГ, проложенных в условиях многолетнемёрзлых грунтов, проведены исследования при знакопеременном изменении температуры электролита в диапазоне 20 ºС минус 15 ºС. Проводилось неоднократное замораживание и размораживание электролита, в котором находился электрод сравнения. На рисунке 9 представлен график цикла «замораживание–оттаивание». Рис. 9 Изменение стационарного потенциала Ст3 относительно насыщенного хлорсеребряного электрода (в пересчете на МСЭ) во времени в электролите с удельным сопротивлением 1 Ом∙м при замораживании от 21 °С до минус 15 °С и последующем оттаивании до 20 °С Полученные результаты лабораторных исследований коррозионного поведения стали в электролите при замораживании и оттаивании свидетельствуют о пригодности электрода сравнения для рассмотриваемых условиях эксплуатации магистральных газопроводов. Выполнены исследования коррозионных процессов на трубах с утяжеляющим обетонированным покрытием для экспериментального подтверждения возможности применения метода и созданных устройств непрерывного контроля защищенности МГ укладываемых на подводных переходах и на заболоченных участках. Уточнение критериев защиты МГ с бетонным покрытием в сложных условиях эксплуатации с применением разработанных устройств (Б, В). Стационарный потенциал вспомогательного электрода ДЭС-1 при затвердевании бетона представлен на рисунке 10. Рис.10 Потенциал стали Ст3 при затвердевании бетона Стационарный потенциал вспомогательного электрода ДЭС-1 при промокании сухого бетона в электролите представлен на рисунке 11. Рис. 11 Потенциал стали Ст3 в бетоне, при промокании Значения критериев защиты трубы под бетонным покрытием, находящейся в грунтовом электролите с удельным электрическим сопротивлением 30 Ом·м, при различной температуре, представлены в таблице 2, 3. Таблица 2 Значения критериев защиты трубы под бетонным покрытием, находящейся в грунтовом электролите при температуре 18 °С Метод контроля Ток, мкА/см2 Потенциал, - В (хсэ) По перегибу поляризационной кривой 12±4 0,663±0,083 По смещению потенциала на 100 мВ 17±6 0,738±0,085 По смещению потенциала на 300 мВ 52±7 0,938±0,085 Таблица 3 Значения критериев защиты трубы под бетонным покрытием, находящейся в грунтовом электролите при температуре минус 4 °С Метод контроля Ток, мкА/см2 Потенциал, - В (хсэ) По перегибу поляризационной кривой 13±10 0,573±0,046 По смещению потенциала на 100 мВ 8±3 0,644±0,055 По смещению потенциала на 300 мВ 29±7 0,844±0,055 Значения критериев защиты трубы под бетонным покрытием, погруженной в электролит (3% NaCl) при различной температуре, представлены в таблице 4, 5. Таблица 4 Значения критериев защиты трубы под бетонным покрытием, находящейся в грунтовом электролите при температуре 18 °С Метод контроля Ток, мкА/см2 Потенциал, - В (хсэ) По перегибу поляризационной кривой 20±3 0,612±0,044 По смещению потенциала на 100 мВ 32±4 0,680±0,044 По смещению потенциала на 300 мВ 143±22 0,780±0,044 Таблица 5 Значения критериев защиты трубы под бетонным покрытием, находящейся в грунтовом электролите при температуре минус 4 °С Метод контроля Ток, мкА/см2 Потенциал, - В (хсэ) По перегибу поляризационной кривой 34±11 0,724±0,061 По смещению потенциала на 100 мВ 48±2 0,776±0,010 По смещению потенциала на 300 мВ 88±4 0,876±0,010 Анализ проведенных исследований показал, что электрод сравнения при нахождении в бетоне в течение продолжительного времени позволяет контролировать поляризационный потенциал при насыщении бетона окружающим электролитом и может применяться на участках МГ с утяжеляющим бетонным покрытием. Выполнены исследования продолжительности работы созданного неполяризующегося электрода сравнения, находящегося в неблагоприятных условиях. Для контроля защищенности морских сооружений от коррозии электродами сравнения, находящимися вне бетонного утяжелителя, провели расчет длительности работы электрода в наиболее неблагоприятных условиях, соответствующих условиям нахождения его в проточной воде. Работоспособность хлорсеребряного электрода (ХСЭ), находящегося внутри корпуса, будет сохраняться до тех пор, пока концентрация соли внутри самого ХСЭ будет соответствовать насыщенному раствору хлорида калия (KCl). Провели расчет необходимого количества КСl для хлорсеребряного электрода со сроком службы 10 лет. Продолжительность времени (t), по истечении которого произойдет перенос необходимого количества КСl из внутренней полости электрода сравнения через капиллярные отверстия наружу, зависит от эффективности окружающего ХСЭ слоя электролита и коэффициента диффузии. , год; (2) где DКСl – коэффициент диффузии хлористого калия; δ – толщина слоя воды, прилегающей к электроду, (см); , см; (3) Площадь, через которую выходят хлорид-ионы за пределы внутреннего объема ХСЭ равна 0,08 см2 (суммарная площадь капиллярных отверстий). V = S×δ, см3; (4) где V - объем прилегающей к электроду воды, см3. Проведенный расчет показал, что для обеспечения десятилетней продолжительности работы электрода сравнения, достаточно, чтобы внутри корпуса электрода находился насыщенный раствор хлорида калия (КСl) и (дополнительно, сверх насыщенного раствора) 1 г КСl в виде кристаллов. Проведены исследования коррозионных процессов в трассовых условиях. На рисунке 12 представлены значения потенциалов на одном из исследованных участков МГ с омической составляющей (СОС) и без омической составляющей (БОС) при влиянии блуждающего тока. Потенциалы измерены устройством А (рис. 1). Измерения проводились по зонд - модульной технологии, разработанной ООО «Газпром ВНИИГАЗ», с записью результатов измерений на электронное записывающее устройство.

Похожие:

	Газотурбинные установки На тему: Научно-технический прогресс газотурбинных установок магистральных газопроводов		Разработка методов оценки напряженно-деформированного состояния морских... «Средняя общеобразовательная школа №19 с углубленным изучением отдельных предметов»
	Разработка методов информационной защиты в экономических информационных... Динамическая эквивалентность как способ преодоления различий в национальных картинах мира		Пояснительная записка на курсовой проект по дисциплине «Разработка... Целью данной работы является разработка программы для автоматизации проектирования систем молниезащиты на базе сапр компас 3D, с...
	Программа bde administrator 28 Обязательной является разработка вопросов системного анализа объектов проектирования, оптимизации и выбора наилучших вариантов решений,...		А. А. Давыдов Модернизация России, полезный опыт Китая и теория сложных систем Ключевые слова: модернизация России, Китай, теория сложных систем, системная социология
	Разработка радиометрических систем и методов полевых и дистанционных...		Разработка методов получения сложных эфиров диоксановых спиртов из отходов производства изопрена ...
	Российский государственный университет Основная цель курса сформулировать физические методы описания свойств сложных углеводородных систем и процессов, имеющих место в...		Прибор контроля микроклимата в условиях повышенной влажности На примере домашней метеостанции рассмотрен вопрос об усовершенствовании ее конструкции с целью защиты от влаги и, как следствие,...
	Прибор контроля микроклимата в условиях повышенной влажности На примере домашней метеостанции рассмотрен вопрос об усовершенствовании ее конструкции с целью защиты от влаги и, как следствие,...		Тест итогового контроля (1 курс, 2 семестр) Спп с несколькими придаточными, знаки препинания в сложных предложениях, грамматическую основу в сложных предложениях
	Отчет №3 о научно-исследовательской работе по теме: «Грид-технологии» Разработка методов эффективного решения задач обработки, хранения, передачи и защиты информации		Проблемы демографического прогнозирования в современных условиях Разработка методов государственного регулирования процессов рождаемости, смертности, брачности и разводимости
	Разработка моделей и Методов мониторинга сервис-ориентированных информационных систем Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Разработка и исследование моделей устойчивых систем инерциальной навигации Работа выполнена в лаборатории прецизионных оптических методов Института автоматики и процессов управления дво ран