Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Грунт как коррозионная среда II
1.2. Особенности эксплуатации подземных трубопроводов нефтегазодобывающих районов Западной Сибири 22
1.3. Выбор инструментального метода определения скорости коррозии подземных трубопроводов 28
1.4. Восстановление растворенного кислорода на различных металлах 32
1.5. Некоторые особенности при снятии полярограмм кислорода в грунте 35
Выводы 36
2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Подготовка образцов к коррозионным испытаниям 38
2.2. Установка образцов в грунт 39
2.3. Измерения, проводимые на контрольных образцах в течение коррозионных испытаний 41
2.4. Обработка образцов после коррозионных испытаний 42
2.5. Организация полигона для исследования распределения плотности защитного тока и катодной поляризации по периметру трубопровода большого диаметра 46
3. КОРРОЗИЯ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА
3.1. Коррозия трубной стали в различных дефектах изоляционного покрытия 50
3.2. Оценка содержания кислорода в грунте 56
3.3. Определение коэффициента проницаемости кислорода в грунтах к поверхности катода, покрытого пленкой влаги 62
3.4. Влияние температуры на коэффициент проницаемости кислорода
3.5. Влияние доставки кислорода на скорость коррозии подземных трубопроводов большого диаметра 72
Выводы 77
4. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ.ЗАЩИТА ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА
4.1. Распределение тока катодной защиты по периметру трубопровода большого диаметра 79
4.2. Распределение катодной поляризации по периметру трубопровода большого диаметра 83
4.3. Влияние доставки кислорода на скорость коррозии стальных образцов в условиях катодной зашиты 86
4.4. Влияние площади дефекта изоляции на величину поляризационного сопротивления 91
Выводы 95
5. ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
5.1. О специфике коррозии подземных трубопроводов большого диаметра в условиях таежно-болотной зоны центральной части Западной Сибири 96
5.2. Разработка зонда и портативного полярографа для определения скорости коррозии подземных трубопроводов по максимальной глубине проникновения 103
5.3. Разработка системы дистанционного контроля за режимом работы станций катодной защиты НО
Выводы П4
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 115
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ 129
1. Таблица З.І.І. Изменение потенциалов коррозии образцов с различными повреждениями изоляции во времени «1 Ю
2. Технический акт о внедрении зонда и полярографа в производство 132
3. Расчет экономического эффекта от внедрения в производство зонда и портативного полярографа для определения максимальной скорости коррозии подземных трубопроводов 13 4
4. Проспект ВДНХ. Индикатор работоспособности объектов линейной части трубопроводов ИРОЛ-3 137
5. Расчет эффективности внедрения системы дистанционного бесконтактного контроля за работоспособностью станций катодной защиты /ИРОД/ 138
6. Авторское свидетельство № 574730 "Устройство для моделирования катодной защиты" 1
Введение к работе
Актуальность темы работы. Увеличение добычи нефти и газа в Западной Сибири вызывает непрерывный рост протяженности подземных стальных трубопроводов в этом регионе,., Транспорт нефти и газа в настоящее время осуществляется к потребителям, как правило, по трубопроводам большого диаметра и на повышенных режимах. В этих условиях утечка транспортируемых продуктов через коррозионные свищи приводит к быстрому нарушению равновесия экологической системы, а загрязненные территории окружающей среды дополнительно создают угрозу пожара или взрыва. Обычно утечка транспортируемых продуктов происходит в одном месте при удовлетворительном состоянии трубопровода в целом. В связи с этим задача состоит в необходимости количественной оценки скорости коррозии по максимальной глубине проникновения в конкретных условиях эксплуатации. Однако до настоящего времени отсутствует инструментальный метод ее определения.
Грунты нефтегазодобывающих районов Западной Сибири отличаются слабой минерализацией и высокой степенью обводненности, что обусловливает контроль коррозионного процесса подземных сооружений преимущественно со стороны катодной реакции. В этих условиях влияние доставки основного окислителя - кислорода на коррозию и катодную поляризацию действующих подземных трубопроводов большого диаметра детально не исследовано. Проведение исследований по рассматриваемому кругу вопросов вносит определенный вклад в развитие теории коррозии и защиты металлов, а внедрение результатов исследований представляет важную технико-экономическую задачу.
Цель работы и задачи исследования. Целью работы явилось исследование влияния доставки кислорода на коррозию и электрохимическую защиту подземных трубопроводов большого диаметра в почвенно-климатических условиях нефтегазодобывающих районов Западной Сибири. В связи с этим, основные задачи диссертационной работы заключаются в следующем.
1. Найти зависимость содержания кислорода в грунтах от их пористости -и влажности.
2. Определить влияние влажности различных типов грунтов на доставку кислорода к поверхности потенвиостатируемого катода.
3. Количественно оценить скорость коррозии трубопроводов большого диаметра в обводненных высокоомных грунтах в зависимости от условий доставки кислорода.
4. Исследовать распределение плотности защитного тока и величины катодной поляризации в дефектах изоляции трубопровода большого диаметра, находящихся в различных условиях доставки кислорода в промерзающих и оттаивающих грунтах.
Положения, выдвигаемые на защиту.
1. В условиях грунта доставка кислорода к макродефектам изоляционных покрытий подземных сооружений с радиусом более трех, но менее ста толщин изоляции описывается уравнением пространственной диффузии.
2. Коэффициент проницаемости кислорода к поверхности потен-циостатируемого катода при уменьшении влажности торфа, песка и глины от полного влагонасыщения до 80, ID и 9% соответственно, увеличивается от /1,57 - 2,40/ КГ5 см2/с до /9,9 - 21,3/ 10 5 см2/с, что связано с уменьшением толщины пленки влаги на катоде до 70 - 100 мкм и облегчением доставки кислорода к зоне реакции из норового воздуха.
3. Плотность предельного тока кислорода, измеренная с помощью
зонда, радиус рабочего электрода которого соотносится с толщиной
-7 пленочной изоляции трубопровода как три к одному, с достаточной для практики точностью совпадает с плотностью коррозионного тока в язвах с максимальной глубиной на трубопроводах, уложенных в обводненные слабоминерализованные грунты.
4. Металл трубопровода в дефектах изоляции, находящийся в различных условиях доставки кислорода, за счет саморегулирования катодной защиты поляризуется в равной степени, что обусловливает выравнивание скорости коррории трубной стали в этих дефектах.
Связь темы с планом основных научно-исследовательских работ
Выполняемая работа проводилась в соответствии с координационным планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ Министерства нефтяной промышленности, утвержденного Зам, Министра нефтяной промышленности 12 января 1978 года, который входит в комплексную научно-исследовательскую программу "Нефть и газ Западной Сибири". Согласно приказу Минвуза РСФСР № 599 от 15 октября 1981 года тема считается важнейшей. Номер государственной регистрации темы 780.450.94 "Исследование коррозионной стойкости и разработка рекомендаций по повышению надежности защиты нефтепроводов Западно-Сибирского региона".
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
Результаты работы, положения и рекомендации экспериментально обоснованы и являются достоверными.
Правильность сделанных выводов подтверждена результатами длительных коррозионных испытаний образцов из трубных сталей в ycловиях эксплуатации магистральных и технологических трубопроводов нейтральной части Западной Сибири.
Научная новизна
Найдена зависимость концентрации кислорода в грунте от его пористости и влажности. Доказана возможность количественной оценки скорости коррозии подземных трубопроводов, уложенных в обводненные высокоомные грунты, по величине предельного тока по кислороду. Определен коэффициент проницаемости кислорода к поверхности катода, покрытого пленкой влаги в грунтах с различной влажностью. Детально исследованы катодные поляризационные зависимости на электродах из трубных сталей с различными размерами в условиях эксплуатации трубопроводов большого диаметра при различной глубине промерзания верхнего слоя грунта. Установлено саморегулирование катодной защиты, заключающееся в возникновении одинаковой поляризации металла в дефектах изоляции трубопровода, находящихся в различных условиях доставки кислорода. Определены условия, при которых эффективность саморегулирования снижается.
Практическое значение
На основе полученных экспериментальных результатов разработан и внедрен в производство новый инструментальный метод определения максимальной скорости коррозии подземных стальных трубопроводов, проложенных в обводненных высокоомных грунтах.
Определена причина снижения эффективности катодной защиты подземных трубопроводов в их нижней части, намечены меры, исключающие это явление, даны рекомендации длн выбора режимов электрохимической защиты трубопроводов в промерзающих и оттаивающих грунтах.
-9 Разработана и внедрена в производство система дистанционного контроля режимов работы станций катодной защиты на линейной части магистральных трубопроводов в труднодоступных регионах с воздушного транспорта.
Экономический эффект от внедрения результатов исследования составил 104,2 тысячи рублей в год на 1000 км обслуживаемых трубопроводов.
Результаты работы могут быть использованы на предприятиях Главтранснефти, Главтгоменнефтегаза, Томскнефти и др.
Апробация работы. Материал диссертационной работы докладывался и обсуждался на:
1. Научно-техническом совещании "Состояние и пути улучшения технического обслуживания и ремонта магистральных трубопроводов и борьба с их коррозией", Уфа, 1974.
2. Первом Всесоюзном совещании "Автоматизация и телемеханизация магистральных нефтепроводов", Баку, I97G.
3. Научно-техническом семинаре "Комплексная защита от подземной коррозии магистральных и технологических трубопроводов", Москва, 1977.
4. Научно-технической конференции "Теория и практика защиты металлов от коррозии", Куйбышев, 1979.
5. Всесоюзной конференции молодых ученых и специаяистов по вопросу "Особенности разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений в условиях Западной Сибири", Томск, 1979.
6. Научно-технической конференции "Прогрессивные материалы, технологии и оборудование для защиты изделий, металлоконструкций и сооружений от коррозии", Горький, I960.
7. Научно-техническом семинаре "Комплексная защита от подземной коррозии магистральных трубопроводов и промысловых объектов", Москва, 1981.
8. Томской областной научной конференции по химии и химической технологии, посвященной 60-летию образования СССР, Томск, 1982.
9. Научном семинаре лаборатории электрохимической защиты подземных сооружений от коррозии Всесоюзного научно-исследовательского института газовой промышленности, Москва, 1982.
10. Научном семинаре отдела электрохимической защиты подземных трубопроводов и секции Ученого Совета Всесоюзного научно-исследовательского института по строительству магистральных трубопроводов, Москва, 1983.
Публикации. По результатам выполненной работы опубликовано тринадцать научных работ и получено одно авторское свидетельство.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и выводов. В первой главе представлен литературный обзор, содержащий анализ современных теоретических представлений и экспериментальных результатов но коррозии и электрохимической защите подземных трубопроводов. Приведены характеристики поч-венно-климатических условий центральной части Западной Сибири. Вторая глава посвящена методикам эксперимента. Третья и четвертая главы отражают результаты исследования. Пятая глава посвящена внедрению результатов исследования.
Работа содержит 14 таблиц, 35 рисунков и сопровождается списком проанализированной литературы из 107 наименований работ отечественных и зарубеждых авторов.
