авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Повышение надежности эксплуатации газопроводов с применением технологии электрического секционирования при защите от коррозии

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ПОПОВ ВИКТОР АЛЕКСАНДРОВИЧ

повышение надежности эксплуатации газопроводов с применением технологии электрического секционирования при защите от коррозии

Специальности:

25.00.19 – Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

05.17.03 – Технология электрохимических процессов и защита от коррозии

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2012

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью
«Газпром трансгаз Екатеринбург».

Научный руководитель: доктор технических наук
Кузьбожев Александр Сергеевич.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Глазов Николай Петрович – главный научный сотрудник ОАО «ВНИИСТ»;
кандидат технических наук
Запевалов Дмитрий Николаевич - зам. директора НТЦ ООО "Газпром ВНИИГАЗ".
Ведущая организация: ОАО «Гипроспецгаз», г. Санкт-Петербург.

Защита состоится «28» марта 2012 г. в 13 час. 30 мин. на заседании
диссертационного совета Д 511.001.02, созданного при ООО «Газпром ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, пос. Развилка.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

Автореферат разослан «____» февраля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, к.т.н. Курганова И.Н.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Обеспечение надежной и безопасной работы магистральных газопроводов (МГ) и предотвращение их разрушения по причине коррозии достигается за счет реализации комплекса мероприятий, важнейшим из которых является активное противодействие негативным процессам при помощи электрохимической защиты (ЭХЗ).

Наиболее распространенным способом ЭХЗ на протяженных участках газопроводов является установка по трассе через 7-10 км мощных установок катодной защиты (УКЗ) с использованием глубинных анодных заземлений. Основным недостатком данной технологической схемы является низкая ее эффективность в нестационарных условиях эксплуатации, например, при массовом образовании локальных участков неполной защиты в местах с дефектами защитных покрытий. Также фактором неоднородности и нестационарности коррозионных процессов и параметров ЭХЗ, свойственных газопроводам ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург», являются техногенные блуждающие токи.

Известны несколько способов устранения неоднородности ЭХЗ газопроводов, среди которых основными являются протяженные гибкие аноды (ПГА), малые УКЗ, расставляемые по трассе с частым шагом, технические решения по ограничению действия блуждающих токов. Однако, известные технические решения имеют недостатки применительно к специфике региональных коррозионных условий ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург». В частности, ПГА могут локально повреждаться с обрывом электрической цепи. Поэтому крайне важным является также своевременный и информативный мониторинг ПГА, методов проведения которого в достаточной степени не разработано.

Устранение неоднородности катодной защиты может быть также реализовано за счет установки в существующую систему ЭХЗ дополнительных катодных станций или станций малой мощности, однако это ведет к необходимости нового строительства и эксплуатации протяженной и разветвленной сети линий электропередач, что потребует существенных затрат.

Известны решения по ограничению блуждающих токов на газопроводах в виде изолирующих вставок (ИВ). При этом существует ряд проблем оптимизации работы изолирующих вставок в системах ЭХЗ в методическом плане и в вопросах их конструкционной надёжности. Поэтому повышение надежности эксплуатации газопроводов на основе совершенствования технологии электрического секционирования является актуальной задачей.

Цель работы: Повышение надежности эксплуатации газопроводов на основе совершенствования технологии электрического секционирования системы их электрохимической защиты.

Задачи исследования:

- обобщить и проанализировать факторы, вызывающие развитие неоднородности и нестационарности коррозионных процессов на газопроводах;

- провести анализ технических и методических проблем, возникающих при эксплуатации противокоррозионной защиты газопроводов в нестационарных условиях;

- разработать методику и принципы ранжирования протяженных участков газопроводов по совокупности влияющих коррозионных факторов для рационального размещения элементов электрического секционирования;

- разработать методику и средства экспериментальных измерений для оптимизации режимов работы изолирующих вставок на газопроводах;

- усовершенствовать конструкцию электроизолирующей вставки на основе опытно-эксплуатационных испытаний;

- оптимизировать работу автономных устройств подачи электрического тока для секционированной электрохимической защиты газопроводов на основе мониторинга и настройки параметров и режимов эксплуатации.

Научная новизна:

Получена экспериментальная зависимость скорости коррозии трубной стали в грунте от параметров внешней поляризации электрохимической защиты, оптимизированы рабочая область потенциалов, частота следования и крутизна фронтов изменения тока и потенциала предложенного средства измерения (зонд-модуля).

Получена расчетно-экспериментальная зависимость плотности тока обкладок изолирующей вставки от силы тока в трубопроводе с учетом электрического сопротивления вставки.

Экспериментально установлена зависимость экспоненциального вида плотности анодного тока от потенциала протяженного анодного заземлителя, определен предельно допустимый диапазон потенциалов 1,028-1,34 В, устанавливаемый по скачку подаваемого тока из условия монотонности полученной функции, и предельная плотность тока 0,082–0,083 мА/см2, с целью контроля в местах соединения секций заземлителя.

Экспериментально исследован механизм несимметричной поляризации изолирующих вставок газопроводов до 1,25-1,28 В при наличии в газопроводе блуждающих токов до 300-500 А, предложена методика деполяризации вставки путем подбора шунтирующего сопротивления 0,2-2,0 Ом, что приводит к оптимизации токов до 7-10 А.

Защищаемые положения:

- методика экспериментального электрохимического тестирования грунтов, позволяющая учесть воздействие потенциалов электрохимической защиты газопроводов и наличие блуждающих токов;

- методика мониторинга и оптимизации параметров электроизолирующих вставок для секционирования электрохимической защиты газопроводов и создание усовершенствованных конструкций вставок;

- методика мониторинга и оптимизации автономных устройств подачи электрического тока для секционированной электрохимической защиты газопроводов.

Практическая ценность работы заключается в разработке стандартов ОАО «Газпром» «Временные технические требования к вставкам (муфтам) электроизолирующим» (2010 г.), ВСН 39-1.8-008-2002 Указания по проектированию вставок электроизолирующих на магистральных и промысловых трубопроводах, ВСН 39-1.22-007-2002 Указания по применению вставок электроизолирующих для газопровода.

Разработанные рекомендации внедрены при реализации технологии электрического секционирования МГ Бухара-Урал, Свердловск - Нижний Тагил, СРТО – Урал - 2, а также на газопроводах-отводах (более 50 объектов). В результате на основе комплексного коррозионного мониторинга электрически секционированы проблемные участки трубопроводов, что позволило использовать новые принципы управления системой ЭХЗ, уменьшить воздействие блуждающих токов не менее чем в 3,5 раза.

По результатам промышленного внедрения работ по электрическому секционированию газопроводов общества «Газпром трансгаз Екатеринбург» в 2000-2009 гг. получен экономический эффект порядка 15 млн. руб. Эффект обусловленный снижением материальных затрат на эксплуатацию газопроводов, подверженных воздействию блуждающих токов, за счет применения оптимизированной технологии ЭХЗ, позволяющей повысить эффективность противокоррозионной защиты и уменьшить объемы ремонта поврежденных коррозией труб.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- 6-й, 8-й, 9-й, 12-й, 13-й, 14-й, 15-й, 16-й Международных деловых встречах «Диагностика» (г. Ялта, 1996 г., г. Сочи, 1998, 2005, 2006 г., пос. Лазаревское, 1999 г., Тунис, 2001 г., Мальта, 2003 г., Египет г. Шарм-эль-Шейх, 2004 г.);

- XVII Международной научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» (УГТУ-УПИ, г. Екатеринбург, 2005 г.);

- XXV юбилейном тематическом семинаре «Диагностика оборудования и КС» (п. Небуг, 2006 г.);

- 7-й Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (РГУНиГ им. И.М. Губкина, г. Москва, 2007 г.);

- Международной конференции «Газотранспортные системы: настоящее и будущее» (GTS-2009), (ВНИИГАЗ, г. Москва, 2009 г.);

- 3-й Международной конференции «Актуальные вопросы противокоррозионной защиты (РАСР-2009) (ВНИИГАЗ, г. Москва, 2009 г.);

- 5-й Российской научно-технической конференции «Ресурс и диагностика материалов и конструкций» (ИФМ, УрО РАН, г.Екатеринбург, 2011 г.);

- семинарах, деловых встречах, отраслевых совещаниях и научно-технических советах ОАО «Газпром» и его дочерних обществ за период 1997-2011 г.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 17 работ, из них 6 - в ведущих рецензируемых научных изданиях, определенных Минобрнауки РФ, и 3 патента РФ.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 197 страниц текста, 116 рисунков, 43 таблицы и список литературы из 153 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснованы актуальность и значимость выбранной темы, степень ее разработанности, охарактеризованы научно-методические пути ее решения.

В первой главе раскрыты региональные проблемы и особенности эксплуатации газопроводов в нестационарных коррозионных условиях, характерных для ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург».

Газопроводы региона представляют собой сложную систему, состоящую из участков, различающихся по сроку эксплуатации, типу и состоянию защитного покрытия и находящиеся в различных почвенно-климатических условиях. Отличительной особенностью является и значительная протяженность газопроводов-отводов к крупным городам, вблизи которых они подвержены техногенному воздействию, прежде всего – блуждающими токами. В частности, за период 1990-2000 г. степень защиты газопроводов от коррозии в силу ухудшения защитных свойств покрытия уменьшилась от 95 до 65 %. Это привело к ряду аварийных разрушений, причиной которых стало воздействие блуждающих токов.

Для предотвращения последующих аварий на газопроводах требовались изменения системы противокоррозионной защиты с применением новых, адаптацией и отработкой известных технических решений по ЭХЗ.

Комплексными исследованиями коррозии и ЭХЗ газопроводов в разное время занимались академические институты РАН ИМЕТ им. А.А. Байкова, ИФХиЭ им. А.Н. Фрумкина, ИХР, ИОиНХ им.Н.С.Курнакова, ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», УрО РАН, учебные институты РГУ Нефти и газа им. И.М. Губкина, МГУ им. М.В. Ломоносова, РХТУ им. Д.И. Менделеева, ГТУ МИСиС, отраслевые: ЦНИИЧермет им. И.П. Бардина, ВНИИСТ и Газпром ВНИИГАЗ.

Среди отечественных ученых следует выделить Акимова Г.В., Алексашина А.В., Антонова В.Г., Герасимова В.В., Глазкова В.И., Глазова Н.П., Дорошенко П.Г., Запевалова Д.Н., Зинкевича А.М., Котика В.Г., Маршакова А.И., Михайловского Ю.Н., Петрова Н.А., Петрова Н.Г., Притулу В.В., Тычкина И.А., Фатрахманова Ф.К., Харионовского В.В., Шамшетдинова К.Л.

Несмотря на большое число работ и выполненных исследований в данном направлении, отмечен ряд проблем оптимизации работы изолирующих вставок в системах ЭХЗ в методическом плане и в вопросах их конструкционной надёжности. В частности, с 2000 г. на объекты ОАО «Газпром» был поставлено более 4500 электроизолирующих вставок диаметром от 50 до 1400 мм. За 5 лет эксплуатации (до 2005 г.) произошло одиннадцать отказов по причине нарушения герметичности вставок. Отмечено несколько случаев разгерметизации ИВ в ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург», в частности на газопроводах-отводах к г. Верхний Тагил (2000 г.). и к г. Первоуральск (2005 г.).

Так как ИВ находят всё более широкое применение в трубопроводах, такие показатели надёжности считаются недопустимыми.

Имеется положительный опыт использования ПГА на участках МГ, подверженных интенсивным блуждающим токам. Однако в этом направлении также существует ряд научно-технических и методических проблем.

Помимо задачи по обеспечению нормативного уровня защищённости участка МГ, необходимо было решить и проблему длительной работоспособности ПГА. Для эксплуатирующегося газопровода, с его неоднородным качеством изоляции, сочетанием разнотипных грунтов, блуждающими токами и т.д. попытки оценки номинальных плотностей токов расчетным путём не дают однозначного ответа. Поэтому упор был сделан на методическую и экспериментальную составляющие работы по опытной отработке и мониторингу ПГА в эксплуатационных условиях газопроводов.

Для электрически секционированных участков МГ в качестве источника электроэнергии для систем ЭХЗ применяются автономные источники тока (АИТ). Наиболее просты и поэтому получили распространение термоэлектрические генераторы, работающие за счет перепада температур на термоэлементах. Вместе с тем, данные устройства не отработаны в нестабильных эксплуатационных условиях нестационарного воздействия блуждающих токов и переменных температур. Эксплуатация АИТ в данных условиях требует оптимизации параметров и режимов работы устройств на основе проведения опытно-эксплуатационного мониторинга.

Во второй главе усовершенствована методика оценки коррозионного состояния протяженных участков газопроводов для электрического секционирования.

МГ находятся в эксплуатации под коррозионным воздействием грунтовой среды, окружающей трубопроводы. Воздействие среды на трубопроводы неравномерно по линейным показателям и зависит от ряда факторов, к которым относятся состояние металла труб, технологические условия эксплуатации, качество изоляционных покрытий, параметры электрозащиты и т.д. Одним из важных положений является совокупное воздействие факторов, характеризующих коррозионную активность среды околотрубного пространства на подземный трубопровод.

В условиях ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» для стареющих газопроводов практическая эксплуатационная оценка защищенности труб от коррозии с применением традиционных методик становится неэффективной.

В связи с этим, актуальным и перспективным направлением совершенствования системы коррозионного мониторинга трубопроводов является разработка и внедрение электрохимических методов, основанных на измерении параметров вольтамперной и хроноамперной характеристик системы трубопровод – защитное покрытие - вспомогательный образец - грунт.

Метод поляризационного сопротивления был адаптирован для трассового контроля грунтов в околотрубном пространстве газопроводов с применением зонд-модульной технологии обследования противокоррозионной защиты.

В отличие от множества подобных методов, оценивающих скорость коррозии при стационарном потенциале, новым в предлагаемой методике измерений является возможность учета наложенного потенциала систем ЭХЗ, чего ранее не выполнялось. Также впервые применена зонд-модульная технология для диагностирования блуждающих токов плотностью в дефектах изоляции до 10 мА/см2, на основе длительного мониторинга с получением больших массивов данных и последующей статистической их обработкой для целей коррозионного мониторинга.

Поскольку блуждающие токи имеют случайный, непредсказуемый характер (вариации поляризационного потенциала от минус 1,2 В до плюс 0,6-0,8 В), оценку осуществляли по результатам статистической обработки данных зонд-модуля за несколько суток с периодом регистрации 2-5 секунд (30-40 тыс. значений).

Применив известные методы статистического анализа (программы Excel и Origin) делали сокращение количества значений с сохранением их достоверности. При разделении участков возрастания и снижения значений токов, построили зависимость потенциала от плотности тока, описывающая двунаправленный характер процесса (рис. 1, а), которая далее преобразована в поляризационную диаграмму (рис. 1, б).

Установлено, что при отключении блуждающего тока происходит снижение скорости коррозии (рис. 1, в), при отключении катодной защиты - чаще некоторое увеличение скорости коррозии (рис. 1, г). Данные зависимости аппроксимированы формулой следующего вида:

, (1)

где - скорость коррозии, мм/год; a, b – коэффициенты, характеризующие скорость коррозионных процессов (табл. 1), t – время опыта, мин.

Таблица 1

Коэффициенты скорости коррозии при внешней поляризации

Потенциал, мВ a b
-1250 0,1286 0,338
-1100 0,1831 0,1039
-1000 0,1937 -0,0412
-900 0,1685 -0,1692
-452 0,4753 -1,1959
-326 1,0628 -1,5955
-200 0,5781 -0,5281
-100 3,0959 -0,9906
0 3,1317 -0,7397
300 2,2077 -0,3298


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.