Новые инновационные решения по защите от коррозии

МУСТАФИН Ф.М., профессор, Уфимский государственный нефтяной технический университет (УГНТУ)

ТЕРЕХОВ Д.А., инженер

ЧЭНЬ ЦЮНЬ, инженер

БАХТИЯРОВА А.А., инженер

КУЦЕНКО К.В., инженер

Железо и низколегированные стали подвергаются разрушению коррозией. Из обнаруженных в природе оказались коррозионно-стойкими лишь частички железа в лунном грунте, доставленном на Землю. Установлено, что придать такие свойства железу можно испарением его в глубоком вакууме и последующей конденсацией, что в промышленных условиях осуществить достаточно трудно и экономически не эффективно.

Преобладающая часть металлических изделий и строительных сооружений подвергается коррозионно-эрозионному разрушению. Особенно большой ущерб от коррозии - в химической и нефтяной промышленности, так как оборудование в этих отраслях эксплуатируется в очень агрессивных средах. Велики и косвенные потери от коррозии, связанные с простоем оборудования, ухудшением условий труда, загрязнением окружающей среды и авариями.

По оценке Всемирной организации по борьбе с коррозией, общемировые потери, связанные с коррозией, составляют порядка $2,2 трлн - это 3-4% ВВП в развитых странах. И доля России в этой сумме немалая. По стране в целом протяженность трубопроводов составляет более 1 млн км.

Как известно, на магистральных трубопроводах (МТ) применяется электро-химзащита (ЭХЗ) с использованием катодной поляризации, при которой потенциал металла труб повышается до значений минус 0,85...минус 1,1 В.

Защита от коррозии промысловых трубопроводов (ПТ), водоводов, теплопроводов, трубопроводов системы межпоселкового газоснабжения, объектов городской подземной инфраструктуры выполняется, в большинстве случаев, только защитными изоляционными покрытиями без применения ЭХЗ. При этом естественный потенциал металла трубы находится в пределах минус 0,4. минус 0,5 В.

На рис. 1 показана совместная защита двух трубопроводов с различными электрохимическими потенциалами с применением электрической перемычки (соединительным кабелем) для выравнивания потенциалов металла труб, где 1 - магистральный трубопровод, 2 - промысловый трубопровод, 3 - станция катодной защиты, 4 - анодный заземлитель, 5 - соединительные провода.

Защитный ток перетекает с трубопровода с большим потенциалом к трубопроводу с меньшим потенциалом, что приводит к значительному увеличению потребления электроэнергии на станции катодной защиты (СКЗ) первого трубопровода. Также этот метод не допускается ввиду того, что трубопроводы имеют различных собственников.

На сегодняшний день на практике в случаях пересечения или параллельной прокладки МТ с ПТ совместный или раздельный способы электрохимической защиты не применяются. При этом возникает электрическая цепь между этими трубопроводами, так как ПТ эксплуатируется без применения ЭХЗ. Ввиду наличия разности потенциалов МТ становится катодом, а ПТ анодом, что влечет за собой интенсивное электрохимическое разрушение металла труб ПТ и возникновение аварийной ситуации.

На рис. 2 представлена схема при отсутствии электрохимической защиты на ПТ, где 1 - магистральный трубопровод, 2 - промысловый трубопровод, 3 - станция катодной защиты, 4 - анодный заземлитель, 5 - соединительные провода.

Также применяется раздельная защита трубопроводов от коррозии при пересечении с другими трубопроводами, осуществляемая катодными станциями, при этом раздельную защиту применяют в том случае, когда устройство совместной катодной защиты чем-либо затруднено.

При этом методе добиваются одинакового потенциала металла труб регулированием силы тока на станциях катодной защиты. При одинаковых значениях потенциалов на двух пересекающихся объектах коррозионных процессов не происходит.

На рис. 3 показан раздельный способ защиты двух трубопроводов, где 1 - магистральный трубопровод, 2 - промысловый трубопровод, 3 - станция катодной защиты, 4 - анодный заземлитель, 5 – соединительные провода.

Однако раздельной защиты МТ и ПТ осуществить невозможно, так как на ПТ, в большинстве случаев, отсутствуют станции катодной защиты.

Подобные коррозионные разрушения могут проходить не только на стальных ПТ, но и на любых подземных металлических (алюминиевых, титановых, железобетонных, из нержавеющих сталей и др.) объектах, например, трубопроводах, резервуарах, емкостях, оборудовании и т.д., в частности, можно отметить следующие конструкции: трубопроводы системы городского и межпоселкового газоснабжения, водоводы, теплопроводы, резервуары на нефтебазах и нефтеперерабатывающих заводах, емкости на АЗС, рельсы, анкеры различных сооружений и т.д. Объекты городской подземной инфраструктуры также подвержены сильному риску коррозионного разрушения.

В связи с этим кафедрой «Сооружение и ремонт газонефтепроводов и газонефтехранилищ» УГНТУ были предложены и запатентованы наиболее экономически эффективные, простые в конструкции и сравнительно мало трудоемкие сооружения для защиты от коррозии подземных металлических конструкций, в частности промысловых и городских трубопроводов (патенты № 106714 «Сооружение для защиты промыслового трубопровода от коррозии» и № 111665 «Сооружение для защиты подземных металлических конструкций от коррозии»).

В приведенных сооружениях для защиты от коррозии заземлитель (или протектор) присоединяется непосредственно к подземной металлической конструкции и устанавливается в грунт между этой конструкцией и другим подземным металлическим объектом (например, магистральным трубопроводом) или источником блуждающих токов (например, электрифицированная железная дорога, трамвайные пути, линии электропередачи и т.д.).

В качестве электродов заземлителей могут применяться сосредоточенные, глубинные, распределенные и протяженные металлические, графитовые и другие электропроводящие электроды, а также магниевые протекторы, состоящие из одиночных, сосредоточенных или протяженных протекторов или их групп, и предназначены они для создания надежного, с минимальным сопротивлением электрического контакта подземной металлической конструкции, в частности промыслового трубопровода, с грунтом (электролитом грунта).

На рис. 4-7 представлены примеры сооружений для защиты подземных металлических конструкций от коррозии.

На рис. 4 представлен пример защиты подземной металлической конструкции от коррозии на пересечении или при параллельной прокладке с электрифицированной железной дорогой или трамвайными путями, где 1 - подземная металлическая конструкция (например, газопровод, водовод, теплопровод и т.д.), 2 - заземлитель или протектор, 3 - условно показана электрическая цепь; 4 - источник блуждающего тока (наземные рельсы).

На рис. 5 представлен пример защиты подземной металлической конструкции от коррозии на пересечении с высоковольтными линиями электропередачи, где 1 - подземная металлическая конструкция (например, газопровод, водовод, теплопровод и т.д.), 2 - заземлитель или протектор, 3 - условно показана электрическая цепь, 4 - источник блуждающего тока (опора высоковольтной линии электропередачи с заземлителем).

На рис. 6 представлен пример защиты подземной металлической конструкции от коррозии на пересечении с подземным кабелем высоковольтной линии электропередачи, где 1 - подземная металлическая конструкция (например, газопровод, водовод, теплопровод и т.д.), 2 - заземлитель или протектор, 3 - условно показана электрическая цепь, 4 - источник блуждающего тока (кабель линии электропередачи).

На рис. 7 представлено сооружение для защиты подземной металлической конструкции (например, газопровод, водовод, теплопровод, резервуар, емкость и т.д.) от коррозии на пересечении или при параллельной прокладке с МТ, имеющим систему электрохимзащиты, где 1 - подземная металлическая конструкция, 2 - заземлитель или протектор, 5 - станция катодной защиты, 6 - анодный заземлитель, 7 - соединительные провода, 8 - магистральный трубопровод.

Принцип работы заключается в том, что к подземной металлической конструкции 1, не имеющей собственную систему электрохимзащиты, присоединяют заземлитель или протектор 2, который устанавливают между этой конструкцией и источником блуждающего тока 4. Возникающая электрическая цепь 3 разрушает заземлитель или протектор 2, а не саму конструкцию. Тем самым мы повышаем эксплуатационную надежность и долговечность подземной конструкции.

Установка заземлителей производится после тщательных электрохимических измерений в одном, двух или более местах, в соответствии с рекомендациями разработчиков.

Коррозия - процесс неизбежный. Однако человек, вооруженный знанием механизма коррозии, может затормозить его таким образом, чтобы обеспечить сохранение работоспособности трубопроводов и других подземных металлических конструкций в течение достаточно длительного времени.