Диагностика состояния подземных газопроводов

Диагностика состояния подземных газопроводов проводится для опреде­ления состояния электрохимзащиты, изоляционных покрытий и коррозионного состояния трубопровода. Такая диагностика осуществляется в основном при­менением косвенных методов, основанных на исследовании электрических яв­лений, естественных или искусственно созданных и протекающих вокруг ис­следуемого трубопровода. Невозможность визуального наблюдения исследуе­мого объекта, отсутствие критериев, методов, устройств и приборов, непосред­ственно определяющих параметры дефектов в стенке трубы, ее изоляционном покрытии, трудоемкость и большие погрешности определения электрохимиче­ской составляющей защитного потенциала «труба-земля» и применение кос­венных методов диагностики предопределяют выполнение большого комплекса измерений, подчас дублирующих друг друга, необходимых для получения ин­формации, характеризующей состояние трубопровода. Достоверность оценки состояния трубопровода зависит от разрешающей способности применяемых методов, устройств и приборов, условий проведения измерений, точности из­мерений, количества измерений на единицу протяженности трубопровода, а

главное от квалификации и опыта исполнителей в производстве измерений и интерпритации их результатов.

Работы по диагностическому обследованию проводятся в следующем по­рядке:

- подготовительные работы;

- полевые изыскания и обследования;

- камеральная обработка и интерпритация результатов полевых работ;

- разработка рекомендаций на повышение эффективности ЭХЗ, проект­ные работы на реконструкцию ЭХЗ, ремонт трубопровода.

Подготовительные работы необходимо провести перед началом полевых работ по обследованию подземных газопроводов. Подготовительные работы включают в себя:

- сбор материалов и составление технологической схемы расположения трубопроводов и других сопутствующих сооружений;

- сбор сведений из проектной, эксплуатационной и другой технической документации о защите и коррозионном состоянии трубопровода, в том числе и о средствах ЭХЗ;

- сбор сведений о выполненных и выполняемых ремонтах трубопрово­дов;

- ознакомление с материалами предыдущих обследований.

После выполнения подготовительных работ, изучения и анализа их ре­зультатов, и в соответствии с согласованным с эксплуатацией планом работ приступают к практическому обследованию состояния ЭХЗ, изоляционных по­крытий и коррозионного состояния металла газопровода.

Обследование состояния ЭХЗ трубопроводов

При обследовании состояния ЭХЗ трубопроводов от коррозии проводятся следующие работы:

- обследование защищенности трубопроводов электрохимзащитой;

- обследование состояния и параметров установок катодной защиты;

- оптимизация ЭХЗ трубопроводов от коррозии.

Электрозащищенность - это наличие нормируемой разности потенциа­лов «труба-земля» на всем протяжении обследуемого трубопровода (в любой его точке), не меньшей по абсолютной величине и постоянной во времени.

Для определения степени электрозащищенности трубопроводов, его участков, проводится измерение разности потенциалов «труба-земля» (Ut-з)

при включенных средствах катодной защиты по определенной схеме в соответ­ствии с рисунком 19 {показано на фолии 46).

1 - сооружение (трубопровод изолированный);

2 - изоляционное покрытие;

3 - контрольно-измерительный пункт (КИП);

4 - измерительный прибор (вольтметр);

5 - провода соединительные, гибкие;

6 - медно-сульфатный неполяризующийся электрод;

7 - линии защитного тока;

аб - участок, на котором привносится омическая составляющая.

Рисунок 19 - Схема измерения разности потенциалов «труба - земля»

Корпус медно-сульфатного электрода (МСЭ) должен быть полностью за­полнен раствором медного купороса перенасыщенной концентрации (в раство­ре должны быть нерастворившиеся кристаллы медного купороса - CuSCU). Электрод изготовляют из электролитической (чистой) меди. Измерительный прибор (вольтметр) должен иметь внутреннее сопротивление не менее 10 мОм.

Измеренная указанным способом величина защитного потенциала (Ut-з) включает в себя омическую составляющую (AUom) и электрохимическую (по-

ляризационную) составляющую на границе «трубопровод-почвенный электро­лит» (Липол) в соответствии с формулой

Ut-з = AUom + АШол,

(Ю)

Измерения выполняют на контрольно-измерительных пунктах, шурфах, на воздушных переходах, у запорных кранов.

В случае необходимости измерения в точках, где невозможно непосред­ственное подключение к трубопроводу, может применяться метод выносного электрода. При производстве измерений начало катушки подключается к тру­бопроводу, а конец к вольтметру и медно-сульфатному электроду в соответ­ствии с рисунком 20 {показано на фолии 47).

1 - трубопровод; 2-КИП;

3 - вольтметр;

4 - катушка с проводом;

5 - МСЭ;

а - шаг измерения.

Рисунок 20 - Схема измерения разности потенциалов «труба-земля» методом

выносного электрода

Вышеизложенный метод определения величины защитного потенциала не дает достоверной информации о защищенности трубопроводов из-за присут­ствия омической составляющей. Для определения фактической оценки степени электрозащищенности участка трубопровода от почвенной коррозии измеряют его поляризационный потенциал. Для измерения поляризационных потенциа­лов могут быть применены следующие методы:

- метод отключения источника поляризации;

- измерение поляризационного потенциала на специально оборудованном контрольно-измерительном пункте.

Метод отключения источника поляризации основан на измерении мгно­венного значения потенциала трубопровода после момента отключения УКЗ. Учитывается, что омическая составляющая потенциала при отключении защит­ного тока исчезает практически мгновенно, в то время, как поляризационная составляющая уменьшается во много раз медленнее. Однако этот метод требует одновременного синхронного отключения нескольких УКЗ в том числе на со­седних параллельных или пересекаемых трубопроводов.

Измерение поляризационного потенциала осуществляется на специально оборудованном контрольно-измерительном пункте в соответствии с рисунком 21 (показано на фолии 48). Датчик электрохимического потенциала представля­ет собой стальную пластину размером 25x25 мм, изолированную с одной сто­роны и укрепленную этой стороной на электроде сравнения. Электрод сравне­ния с датчиком устанавливают на уровне оситрубопровода на расстоянии 10-15 см от его поверхности.

Поляризационный потенциал измеряют по схеме в соответствии с рисун­ком 22 {показано на фолии 49). Коммутирующее устройство представляет со­бой реле обеспечивающее попеременную коммутацию цепей «датчик-трубопровод» и «датчик-электрод сравнения». Этот метод не требует отключе­ния системы ЭХЗ. Для измерения поляризационного потенциала применяют специальные приборы (ПКО, ПКИ-02, Орион ИП-01 и др.), которые совмещают в себе вольтметр и коммутирующее устройство.

1 - трубопровод;

2 - датчик электрохимического потенциала;

3 - электрод сравнения длительного действия;

4 - контрольные проводники;

5 - выключатель;

6 - вольтметр.

Рисунок 22 - Схема измерений с выключателем тока

Обследование коррозионного состояния трубопроводов

Коррозионная ситуация, в которой оказывается металлический трубопро­вод в грунте, зависит от большого количества факторов, связанных с особенно­стями почвенно-грунтовых и климатических условий, особенностям его строи­тельства и эксплуатации. Оценить коррозионную ситуацию по отдельным фак­торам и параметрам не принесет успеха. Поэтому необходимо такую оценку производить путем совокупного анализа нескольких факторов и измеренных параметров, характеризующих коррозионное состояние на конкретном участке трубопровода. В качестве факторов, существенно влияющих на коррозионную ситуацию, можно назвать следующие факторы:

- влажность грунта;

- химический состав грунта и грунтовых вод;

- структура грунта;

- частота чередования разного рода грунтов;

- состояние изоляционного покрытия;

- время нахождения трубопровода без электрохимической защиты и ста­бильность ее работы во времени;

- наличие сопутствующих и электрически связанных подземных метал­лических сооружений.

Влажность грунта играет большую роль в протекании коррозионных процессов. При малой влажности велико сопротивление грунта, что обуславли­вает уменьшение значения протекающего коррозионного тока. При большей влажности электрическое сопротивление грунта уменьшается, но сильно за­трудняется диффузия кислорода и поверхности металла. В результате чего кор­розионный процесс замедляется. Максимальная коррозия наблюдается при влажности 15 - 20%.

Химический состав грунта, наряду с влажностью, является одним из ре­шающих факторов, обуславливающих коррозионную опасность грунтов. В за­висимости от химического состава грунта и грунтового электролита грунт име­ет разную электрическую проводимость. Чем выше удельное электрическое со­противление грунта при прочих равных условиях, тем условия менее коррози-онноопасные и, наоборот, чем ниже удельное электрическое сопротивление грунта (р_гр), тем условия более коррозионноопасные.

Структура грунта в основном влияет на скорость диффузии кислорода воздуха к поверхности трубопровода. В результате того, что на разных участках

трубопровода создаются различные условия для диффузии кислорода (различ­ная степень аэрации грунта), возникают условия для образования коррозион­ных гальванических элементов (пар). Чем больше разница в степени аэрации различных участков, тем выше скорость коррозии. При пролегании трубопро­вода на одной и той же глубине в однородных грунтах вероятность возникно­вения продольных макропар различной аэрации низка. При прохождении тру­бопровода с различной глубиной залегания, с чередованием грунтов, имеющих значительное отличие в степени аэрируемости, вероятность возникновения коррозионных гальванических пар высока.

Вид и состояние изоляционного покрытия. Ввиду того, что различные виды изоляционного покрытия имеют различную диффузионную проникае-мость, они по-разному обеспечивают герметизацию трубопровода от окружа­ющей среды и, чем эта герметизация ниже, тем более благоприятные условия для протекания коррозии. Но наиболее опасными являются сквозные дефекты в изоляционном покрытии. Практически почвенная коррозия протекает на ого­ленных участках трубопроводов в местах сквозных дефектов в изоляционном покрытии, а также под отслоившейся пленочной изоляцией.

Время нахождения трубопровода без электрохимической защиты. Сте­пень коррозионных повреждений пропорциональна времени нахождения тру­бопровода без ЭХЗ. Во время эксплуатации трубопровода без ЭХЗ входит вре­мя запаздывания строительства и включения средств ЭХЗ по сравнению со строительством трубопровода, а также время простоев средств ЭХЗ после их включения. При этом надо учитывать, что при частом отключении средств ЭХЗ могут возникать значительные уравнительные токи, которые могут значительно усилить коррозионные повреждения трубопровода. Также необходимо учиты­вать участки, на которых при работе средств ЭХЗ отсутствует защитной нор­мируемый потенциал.

После выполнения сбора и анализа проектных и эксплуатационных мате­риалов, характеризующих коррозионные условия, и фактических данных о кор­розии, приступают к выполнению непосредственных обследований. Совокуп­ность влияющих на процессы коррозии факторов проявляется в протекании различной величины электрических токов микро- и макрокоррозионных пар. Об интенсивности протекания коррозионных процессов можно судить по неко­торым параметрам, измеряемым непосредственно на обследуемом объекте. К таким параметрам относятся:

- время деполяризации трубопровода;

- значение и распределение естественного потенциала вдоль трубопрово­да;

- значение и распределение продольных и поперечных градиентов поля коррозионных токов при отключенных средствах ЭХЗ;

- значение и распределение удельного электрического сопротивления
грунта.

Время деполяризации трубопровода. Быстрое протекание деполяризации свидетельствует о наличии условий для интенсивного протекания коррозион­ных процессов. Соответственно, медленное протекание деполяризации свиде­тельствует об условиях с меньшей интенсивностью протекания коррозионных процессов. Время деполяризации определяется от момента отключения средств ЭХЗ до момента, когда за последние два часа наблюдений падение значения потенциала не превышает 0,05 В. Практически время деполяризации колеблет­ся от нескольких часов до нескольких суток.

Значение и распределение естественного потенциала. Значение есте­ственного потенциала «труба - земля» характеризует коррозионную ситуацию следующим образом:

- чем выше абсолютное значение естественного потенциала, тем выше коррозионная опасность;

- чем ниже абсолютное значение естественного потенциала, тем ниже коррозионная опасность.

При этом необходимо учитывать, что само по себе значение естественно­го потенциала в одном месте не может характеризовать коррозионную опас­ность. Для выявления коррозионной опасности необходимо сравнивать значе­ния потенциалов на смежных участках трубопровода. Поэтому наиболее опас­ными являются участки трубопровода, на которых на небольшом расстоянии наблюдается значительное колебание значений естественного потенциала, а в то же время участки трубопровода, имеющие более высокий потенциал, но не меняющийся на большой протяженности, будут менее опасными в коррозион­ном отношении.

Значения и распределение градиентов поля коррозионных токов. На уло­женном в землю трубопроводе, на его поверхности образуются коррозионные гальванические элементы. При этом электрический ток коррозионного элемен­та проходит по грунту (стекая с трубопроводов на анодных участках и натекая

на трубопровод на катодных участках). Этот ток создает в грунте вокруг трубо­провода электрическое поле, измеряя параметры этого поля, можно установить расположение анодных и катодных зон на трубопроводе. Исследование харак­тера распределения этого поля на поверхности земли вдоль оси обследуемого трубопровода с определением местонахождения анодных и катодных зон осу­ществляется измерениями градиентов полей коррозионного тока в грунте.

Измерение поперечного градиента производится двухэлектродной уста­новкой, методом последовательного переноса вдоль оси трубопровода двух неполяризующихся медносульфатных электродов сравнения подключенных к милливольтметру. Один электрод устанавливается прямо над трубопроводом, а второй - в стороне, перпендикулярно оси трубопровода, на расстоянии 2-10 метров от первого. Точки, имеющие высокий отрицательный потенциал явля­ются анодами, т.е. в таких точках возможно коррозионное разрушение стенок трубопровода.

Значения и распределение удельного электрического сопротивления грунта. Значение удельного электрического сопротивления грунта при прочих равных условиях характеризует сопротивление участка электрической цепи, по которому протекает ток коррозионного элемента. Чем сопротивление в этой цепи будет меньше, тем при одной разности потенциалов коррозионный ток будет больше; тем интенсивней будут коррозионные повреждения. Резкое из­менение значения удельного электрического сопротивления грунта свидетель­ствует о возможности смены вида грунта, имеющего различные физико-химические свойства, что говорит о наличии условий для возникновения ин­тенсивной коррозии. Низкоомные грунты преимущественно менее аэрируемы, содержат больше растворенных солей, чем высокоомные грунты. На участках низкоомных грунтов чаще образуются анодные зоны. Катодные, соответствен­но, как правило, располагаются в более высокоомных грунтах. Таким образом, по значениям удельных электрических сопротивлений грунтов, измеренных вдоль трассы трубопровода, можно оценить коррозионную агрессивность грун­тов и выявить участки возможной работы коррозионного элемента - макропа­ры.

Измерение удельного электрического сопротивления грунта служит хо­рошей основой для дальнейших уточняющих измерений методом градиентов или методом измерения значений естественного потенциала вдоль трубопрово-

да. Измерение удельного электрического сопротивления грунта выполняется по схеме в соответствии с рисунком 23 {показано на фолии 50).

1 - генератор тока;

2 - амперметр с шунтом;

3 - вольтметр;

4 - выключатель;

5 - стальные электроды.

Рисунок 23 - Измерение удельного сопротивления грунта

После обработки и анализа электрометрических измерений с учетом све­дений подготовительного периода выделяют участки с различной ожидаемой степенью коррозии, на которых намечаются контрольные шурфы. По результа­там обследования в контрольном шурфе определяется фактическое коррозион­ное состояние металла трубопроводов.