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

Скачать 330.04 Kb.

Название	Разработка методов контроля систем электрохимической защиты магистральных газопроводов, эксплуатирующихся в сложных условиях
страница	1/3
Дата публикации	06.08.2013
Размер	330.04 Kb.
Тип	Автореферат

100-bal.ru > Химия > Автореферат

1 2 3

На правах рукописи

УЛИХИН АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

Разработка методов КОНТРОЛЯ систем

электрохимической защиты магистральных

газопроводов, эксплуатирующихся в СЛОЖНЫХ

УСЛОВИЯХ

Специальность: 25.00.19 - Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2012

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью

«Научно-исследовательский институт природных газов и газовых

технологий – Газпром ВНИИГАЗ»

Научный руководитель -

Официальные оппоненты -
Ведущая организация -

кандидат технических наук

Запевалов Дмитрий Николаевич

доктор химических наук

Маршаков Андрей Игоревич
кандидат технических наук

Староконь Иван Викторович
ОАО «Гипрогазцентр», г. Нижний Новгород

Защита состоится «__» _______ 2012 г. в «___» часов на заседании

диссертационного совета Д 511.001.02, созданного при ООО «Газпром ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская обл., Ленинский р-н, пос. Развилка.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

Автореферат разослан «___» ____________2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук И.Н. Курганова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Опыт эксплуатации магистральных газопроводов (МГ), проложенных в сложных условиях (многолетнемерзлые грунты, зоны влияния блуждающих токов, подводные переходы и заболоченные участки с применением труб с наружным утяжеляющим покрытием) показал, что дефекты коррозии являются определяющим фактором, снижающим их надежностью. Существующие методы контроля систем электрохимической защиты (ЭХЗ): отключение станций катодной защиты и прерывание поляризации вспомогательного электрода в этих условиях не обеспечивают эффективной оценки защищенности МГ от коррозии. Причиной являются влияющие на результаты измерений особенности физико-химических свойств грунтов и воздействия постоянно меняющиеся факторов окружающей среды. Поэтому разработка методов контроля и создание технических решений, позволяющих оценивать защищенность МГ от коррозии в сложных условиях эксплуатации, является актуальной задачей научных исследований.

Цель работы. Разработка методов контроля систем электрохимической защиты магистральных газопроводов, эксплуатирующихся в сложных условиях, для повышения их надежности.

Основные задачи исследований:

- обобщить и проанализировать эффективность существующих методов и устройств, контролирующих защищенность магистральных газопроводов в грунтах с различным удельным электрическим сопротивлением в интервалах положительных и отрицательных значений температуры;

- разработать методы и создать технические средства оценки защищенности от коррозии, позволяющие повысить надежность магистральных газопроводов в сложных условиях эксплуатации;

- уточнить значения критериев оценки защищенности магистральных газопроводов с применением разработанных методов и технических средств: в многолетнемерзлых грунтах при различном удельном электрическом сопротивлении грунта; под слоем бетонного утяжеляющего покрытия в грунтовом и морском электролите.
Научная новизна полученных результатов: научно обоснованы методы экспериментальных исследований систем электрохимической защиты магистральных газопроводов (МГ) в сложных условиях эксплуатации. Смоделированы и исследованы в лабораторных условиях факторы, влияющие на скорость коррозии наружной поверхности стенки трубы под бетонными утяжеляющими покрытиями. Экспериментально обосновано применение созданных технических средств, для оценки защищенности от коррозии МГ, эксплуатирующихся в многолетнемерзлых грунтах.

Экспериментально, в лабораторных и трассовых условиях исследованы и уточнены закономерности изменения скорости коррозии МГ при катодной защите в многолетнемерзлых грунтах, под утяжеляющими бетонными покрытиями в интервалах положительных и отрицательных значений температуры. Обоснована необходимость уточнения значения основного критерия защиты – поляризационного потенциала для МГ в сложных условиях эксплуатации.

Впервые предложен дополнительный критерий оценки защищенности МГ от коррозии - плотность тока, натекающего на датчик потенциала, подключенный к трубопроводу и находящийся в грунте в непосредственной близости от трубы. Создана электрохимическая ячейка, позволяющая с применением программно-аппаратного комплекса контролировать значения критериев защиты от коррозии магистральных газопроводов, уложенных во влажный мелкодисперсный грунт.
Защищаемые положения.

1. Научное обоснование метода непрерывного измерения поляризационного потенциала как основного критерия, оценивающего защищенность магистральных газопроводов от коррозии.

2. Создание методов и технических средств, необходимых для непрерывного контроля защищенности от коррозии магистральных газопроводов по критериям защиты в условиях многолетнемерзлых грунтов, под слоем утяжеляющего бетонного покрытия и в зонах действия блуждающих токов.

3. Экспериментальное подтверждение эффективности применяемых технических средств оценки защищенности МГ от коррозии:

- по плотности катодного тока при непрерывном измерении поляризационного потенциала;

- по смещению потенциала защиты на 100 мВ от его стационарного значения при контроле потенциала и плотности тока, определяемых по результатам поляризационных измерений (U – log i).
Практическая значимость.

1. Результаты исследований использованы при разработке нормативных документов:

- Р Газпром 9.2-005-2009 «Защита от коррозии. Критерии защищенности от коррозии магистральных газопроводов, проложенных в высокоомных (скальных, песчаных, многолетнемерзлых) грунтах»;

- Р Газпром 9.2-012-2011 «Защита от коррозии. Рекомендации по электрохимической защите, контролю коррозионного состояния и защитных покрытий магистральных газопроводов с многослойными тепловыми и утяжеляющими покрытиями»;

- Стандарт ООО «Газпром ВНИИГАЗ» «Методика определения параметров катодной защиты подземных стальных сооружений с применением электрода сравнения ДЭС-1 на объектах ОАО «Газпром».

2. Изготовлена и установлена для опытно - промышленной апробации на объектах ОАО «Газпром» партия электродов сравнения ДЭС-1.
Апробация работы.

Основные результаты работы были доложены и обсуждены на конференциях: Международная научно-техническая конференция «Целостность и прогноз технического состояния газопроводов» PITSO 2007 (Москва, 2007 г); Международная научно-техническая конференция «Проблемы системной надёжности и безопасности транспорта газа» (Москва, 2008г); III Международная конференция «Актуальные вопросы противокоррозионной защиты» РАСР-2009. (Москва, 2009 г).
Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 4 – в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Минобрнауки РФ и 8 патентов на полезные модели.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав и выводов. Материал изложен на 148 страницах, содержащих 53 рисунка и 23 таблицы. Список цитируемой литературы включает 146 наименований работ.
Содержание работы

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы цель и задачи исследования, положения, выносимые на защиту, научная новизна, практическая значимость и реализация результатов исследования.

В первой главе на основе обзора отечественной и зарубежной литературы о современном состоянии защиты от коррозии подземных трубопроводов проанализированы условия эксплуатации и режимы работы электрохимической защиты магистральных газопроводов в грунтах с различной удельной электрической проводимостью. Выявлены основные факторы, влияющие на эксплуатационные параметры электрохимической защиты МГ в положительном и отрицательном интервале температур грунта. Изучена эффективность электрохимической защиты и значения защитного потенциала МГ в грунтах с удельным электрическим сопротивлением от 1 до 1200 Ом·м.

Основное внимание в научной литературе уделяется критериям защиты от коррозии магистральных газопроводов по потенциалу с омической и без омической составляющей, поддержанию критериев защиты в заданных регламентированных пределах. Подробно это изучено в работах Глазова Н.П., Петрова Н.А., Стрижевского И.В., Шамшетдинова К.Л., Соколова А.С., Leeds J.M., Baeckmann W., Schwenk W., и других. Рассмотрены современные методы и методики контроля коррозионного состояния наружной поверхности МГ и целостности изоляционного покрытия на них. Рассмотрены коррозионные процессы на наружной поверхности МГ в зависимости от коррозионной активности среды, в которой они находятся, катодного смещения потенциала и основных факторов, влияющих на коррозионные процессы в грунтах. В результате изучения научной литературы, прослеживается общая проблема – сложность, а порой и невозможность определения потенциала без омической составляющей на МГ в трассовых условиях.

Анализ научной информации показал, что принятые для практического использования электроды сравнения, относительно которых контролируют защищенность МГ от коррозии и методы их применения, неприменимы в условиях многолетнемерзлых грунтов. Существующие методы не адаптированы для применения в сложных условиях эксплуатации МГ и имеют ряд недостатков, среди которых: нарушение непрерывности работы электрохимической защиты, установка электродов сравнения ниже глубины промерзания грунта, что невозможно осуществить в многолетнемерзлых грунтах. Дискретное измерение поляризационного потенциала методом прерывания вспомогательного электрода в зонах действия блуждающих токов не отражает истинной картины защищенности МГ от коррозии.

Таким образом, разработка метода контроля системы электрохимической защиты МГ, эксплуатирующихся в сложных климатических условиях, представляет значительный практический и научный интерес.

Во второй главе решена задача исследования и уточнения значений электрохимических характеристик коррозионных процессов, протекающих на наружной поверхности МГ, эксплуатирующихся в сложных условиях и контроля их защищенности в условиях знакопеременных температур.

Для определения значений критериев защищенности от коррозии магистральных газопроводов, эксплуатирующихся в сложных условиях, должны использоваться устройства, обеспечивающие достоверность измеряемых значений при допустимой погрешности измерений в условиях знакопеременных температур. Для этого были определены следующие направления исследований и разработок:

- контроль защищенности МГ от коррозии методом непрерывного измерения поляризационного потенциала, смещением значения потенциала защиты относительно стационарного значения и измерением плотности тока, натекающего на вспомогательный электрод, подключенный к трубе;

- разработка технических решений, обеспечивающих непрерывный контроль защищенности электрохимической защитой МГ по поляризационному потенциалу, по величине смещения потенциала катодной поляризации от его стационарного значения и плотности тока катодной поляризации в грунтах с различным удельным электрическим сопротивлением в интервале положительных и отрицательных температур без отключения (прерывания) тока катодной защиты; - уточнение особенностей кинетики коррозии стали в электролитах с высоким удельным электрическим сопротивлением, в том числе и многолетнемерзлых грунтах;

- уточнение значений критериев защиты МГ в зависимости от удельного электрического сопротивления грунта, при изменении диапазона значений его температуры в пределах минус 5 ⁰С плюс 40 ⁰С.

Проведено математическое планирование эксперимента с целью уточнения факторов, наиболее влияющих на защитный потенциал в электролите с максимальной коррозионной активностью (морская вода). Этими факторами оказались: скорость движения морской среды и удельное электрическое сопротивление электролита. Скорость коррозии при знакопеременных температурах в электролитах с различным удельным электрическим сопротивлением была определена следующими методами:

- методом контроля потери массы (датчиками коррозии потери массы);

- измерением вольтамперных характеристик стали с применением разработанных технических решений в условиях знакопеременных температур.

В третьей главе для каждого из предложенных устройств, разработана и апробирована методика его применения в различных условиях эксплуатации. На рисунке 1 представлено устройство (А), предназначенное для контроля защищенности МГ по поляризационному потенциалу.

1 – датчик потенциала; 2 прижимной болт; – фланец; 3 – корпус; 4 – фланец; 5 – изолированный провод; 6 – электролит; 7 – электрод сравнения

Рис. 1 Устройство (А), предназначенное для контроля защищенности магистральных газопроводов по поляризационному потенциалу
На рисунке 2 представлено устройство, предназначенное для контроля смещения потенциала защиты относительно стационарного потенциала на датчиках потенциала.

1 – корпус; 2 – отверстие; 3 – капиллярные отверстия; 4 – датчики потенциала; 5 – диэлектрический экран; 6 – крепежные винты; 7 – центральное отверстие; 8 – удлинительная трубка; 9 – соединительные провода;

Рис. 2 Устройство (Б) для контроля смещения потенциала защиты
На рисунке 3 представлена электрохимическая ячейка, предназначенная для исследования коррозионных процессов на наружной поверхности МГ, находящегося во влажном мелкодисперсном грунте.

1 – корпус; 2 – верхняя резьбовая пробка; 3 – удлинительная трубка; 4 – рабочий электрод; 5 – вспомогательный электрод; 6 – капиллярные отверстия; 7 – неполяризующийся хлорсеребряный электрод сравнения (ХСЭ); 8 – провод от ХСЭ; 9 – провод рабочего электрода; 10 – провод вспомогательного электрода; 11 – загущенный раствор хлорида калия (KCl);

Рис. 3 Устройство (В), для исследования коррозионных процессов с применением программно-аппаратного комплекса
Представленные на рисунке 4 электроды сравнения разработаны для контроля поляризационного потенциала МГ в интервале положительных и отрицательных значений температуры грунта.

1 – корпус; 2 – датчик потенциала (катод); 3 – ХСЭ; 4 – заглушка; 5 – заливное отверстие; 6 – загущенный раствор KCl; 7 – капиллярные отверстия; 8 - изоляционное покрытие датчика потенциала; 9 – центральное отверстие; 10 – анод; 11 - провод от анода; 12 –провода датчика потенциала; 13 –провод от ХСЭ

(Г) (Д)
Рис. 4 Электроды сравнения (Г, Д), предназначенные для измерения поляризационного потенциала при знакопеременных температурах
На рисунке 5 представлено устройство, предназначенное для предварительной поляризации датчика потенциала устройства (Д) при измерениях в грунтах с высоким удельным электрическим сопротивлением.
Д

П 1, ДП 2 - клеммы для подключения в КИПе проводов от датчиков потенциала;

ХСЭ - клемма для подключения вывода провода от ХСЭ, находящегося внутри корпуса электрода сравнения;

А – анод, находящийся на корпусе электрода сравнения; S1 – переключатель