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:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Разработка методов повышения эффективности противокоррозионной защиты объектов газотранспортной системы

-- [ Страница 2 ] --

Публикации: по теме диссертации опубликовано 76 работ. В том числе 11 патентов РФ, 8 монографий и учебно-методических изданий, 6 СТО, 32 статьи опубликованы в изданиях, включенных в «Перечень…» ВАК РФ, из них 7 - в изданиях рекомендованных экспертным советом по проблемам нефти и газа.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, содержит 392 страницы текста, 207 рисунков, 48 таблиц и список литературы из 380 наименований.

Содержание работы

Во введении дано обоснование актуальности выбранной темы, сформулированы цели и задачи исследований, раскрыты степень разработанности темы, ее научная новизна, основные защищаемые положения и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе выполнен анализ вопроса эффективности противокоррозионной защиты объектов ГТС длительной эксплуатации. Показано, что за период с 1981 года только на МГ ООО «Газпром трансгаз Ухта» произошло около 80 аварий, из них около 70 % связаны с коррозионными повреждениями, а, в первую очередь, с коррозионным растрескиванием под напряжением (КРН).

Коррозия является наиболее распространенным повреждением стенки труб, выявляемым средствами внутритрубной диагностики (ВТД). Анализ результатов ВТД показывает, что более 90 % повреждений представляют собой потерю металла, связанную преимущественно с коррозией, в т.ч. около 2,0 % дефектов имеют относительную глубину более 50% толщины стенки труб.

Показано, что в настоящее время задача противокоррозионной защиты МГ решается совместным действием гидроизоляционных покрытий, препятствующих доступу коррозионных агентов к металлу трубы и ЭХЗ, работающей при наличии дефектов и повреждений покрытия, при этом критерием эффективности работы ЭХЗ является поляризационный потенциал трубопровода относительно грунта.

Существующая система МГ диаметром 1220-1420 мм, пик строительства которой пришелся на 1970-1980 годы, изолирована, преимущественно, полимерными лентами трассового нанесения и покрытиями на основе битума, армированного стеклохолстом, которые в ряде случаев исчерпали ресурс работоспособности.

Основными дефектами покрытия являются:

- сквозные повреждения, возникающие преимущественно в результате механического повреждения при строительстве, а также в процессе эксплуатации при воздействии грунта и балластировочных устройств;

- повреждения сдвига, возникающие в результате взаимного перемещения трубопровода относительно грунта, наиболее характерным является сдвиг покрытия под воздействием усадки грунта обратной засыпки;

- отслаивания покрытия, инициированные в сквозных повреждениях и в последующем развивающиеся под действием катодной поляризации и среды.

Полимерные ленты предрасположены к сдвигу и образованию гофр, ориентированных параллельно оси трубы. По данным Э. Санкактара и Х. Жазови место с наибольшей вероятностью образования гофр расположено в точке 148° на окружности трубы относительно вертикали, что соответствует области на МГ с наибольшим количеством обнаруживаемых коррозионных дефектов.

Установлено, что коррозионные повреждения металла труб локализуются преимущественно в дефектах отслаивания и сдвига антикоррозионного покрытия. Такие повреждения покрытия не препятствуют доступу коррозионных агентов к незащищенному металлу, но в то же время, вследствие хороших диэлектрических свойств, экранируют действие электрохимической защиты.

Обзор работ посвященных оценке действия катодной защиты в щелевом элементе, в том числе, смоделированном на реальных моделях трубопроводов, показал, что потенциал станции катодной защиты поддерживается на необходимом уровне только в устье отслаивания, с удалением от устья более чем на 50-100 мм, наложенный потенциал резко падает и не соответствует требованиям ГОСТ Р 51164-98 и не приводит противокоррозионной защите металла труб.

Анализ выявил проблему оптимизации работы средств ЭХЗ трубопроводов ПП КС и НС. На практике такая задача решается регулированием выходным параметров станций катодной защиты (СКЗ), применением дополнительных СКЗ или распределенных анодных заземлителей.

Однако распределение электрического поля катодной защиты в условиях ПП, когда сеть сложноразветвленных трубопроводов защищена несколькими СКЗ, аноды которых установлены по периметру ПП, практически невозможно описать математическими зависимостями, вследствие влияния большого количества не учитываемых факторов. Это затрудняет реализацию разработанных методик, большой вклад в развитие которых внес Ф.К. Фатрахманов, и в ряде случаев потенциал трубопроводов ПП не соответствует действующим критериям защиты (рис. 1).

 Пример распределения защитного потенциала по длине трубопровода КС-1

 Пример распределения защитного потенциала по длине трубопровода КС-2

Рис. 1. Пример распределения защитного потенциала по длине трубопровода КС
несоответствующего ГОСТ Р 51164-98

Автором предложена структурная схема реализации комплексной методики оптимизации работы ЭХЗ трубопроводов ПП, включающая: проведение лабораторных исследований с получением эмпирических зависимостей на моделях; анализ данных об объекте; разработку и реализацию комплекса мероприятий (рис. 2).

Рис. 2. Структура комплексной методики оптимизации ЭХЗ трубопроводов ПП

Проанализированы электрометрические методы диагностирования покрытий длительно эксплуатируемых трубопроводов, в частности метод интенсивных электроизмерений, научные основы которого заложили ученые ФРГ Вальтер фон Бекман, Вильгельм Швенк. Однако методам присущ ряд недостатков, которые не позволяют эффективно их использовать при коррозионном мониторинге трубопроводов, в частности отмечены: низкая точность определения площади повреждения покрытия, недостаточная разработанность методик определения местоположения повреждения по окружности трубы, низкая приспособленность метода для контроля многониточных трубопроводов. Это снижает информативность и достоверность таких измерений при назначении ремонтных мероприятий на трубопроводе.

Кроме этого отмечено, что существует проблема корректного измерения поляризационного потенциала трубопроводов. Анализ известных методов, показал, что они не обеспечивают требуемой точности измерений в условиях одиночных дефектов изоляционного покрытия и неравномерности процессов натекания тока катодной защиты.

Современные двух и трехслойные покрытия из экструдированных полимерных материалов обладают высокими адгезионными и механическими свойствами, благодаря чему гарантируется их работоспособность в грунтовых условиях длительное время. Однако в работах Ю.А. Теплинского и И.Ю. Быкова показано, что во время хранения, транспортировки и монтажа секций труб, заводское покрытие также может повреждаться под действием негативных факторов природно-климатического и строительного характера, приводящих к сдвигу и отслаиванию кромок покрытия. Специалистами филиала «Севернипигаз» разработан метод ультразвукового (УЗ) диагностирования заводского покрытия труб. Однако метод работает только при установке УЗ датчика со стороны покрытия, что не позволяет эффективно диагностировать трубы, сложенные в штабель и предложить метод для применения в составе внутритрубного ультразвукового диагностического комплекса. Кроме этого метод не позволяет количественно оценивать снижение адгезии покрытия к металлу.

Опыт эксплуатации КП показал, что несмотря на существующие системы очистки и подготовки жидких углеводородов к транспорту в трубопроводы может попадать пластовая вода, содержащая коррозионно-активные компоненты. При этом в трубопровод закачиваются многофазные эмульсионные среды, которые при перекачке могут разделяться на компоненты, в том числе с выделением на отдельных участках трубопроводов свободной воды. Такие участки характеризуются значительной скоростью локальной коррозии, повреждающих внутреннюю поверхность труб.

Выделены две группы методов повышения защиты трубопроводов от внутренней коррозии. Первая группа методов направлена на снижение коррозионной активности среды. Реализация методов возможна, однако они не обладают достаточной эффективностью при защите протяженного трубопровода вследствие изменения термобарических условий. Известны безреагентные методы, в частности, связанные с магнитной обработкой транспортируемой среды, однако им также присущ ряд недостатков.

Вторая группа методов связана с использованием коррозионно-стойкого оборудования. Это достигается применением труб из коррозионно-стойких марок сталей или покрытий внутренней поверхности труб. Основным недостатком является значительные капитальные вложения при их реализации. Наиболее целесообразным является применение труб с внутренним покрытием только на коррозионно-опасных участках КП, но критерии выбора таких участков разработаны недостаточно.

В работе проанализированы коррозионные сквозные повреждения КП «Вуктыл - СГПЗ». КП изготовлен из труб диаметром 530 мм, толщиной стенки 8,0 мм, марка стали труб 17ГС. Длина КП – 186 км. Исследования металла и продуктов коррозии показали, что процесс развивался с внутренней поверхности труб и связан с возникновением гальванопар, обусловленных химической неоднородностью поверхности металла, в условиях коррозионно-активной среды, которая преимущественно состоит из пластовой воды и метанола.

Таким образом, проведенный анализ показал, что снижение коррозионной повреждаемости длительно эксплуатируемых МГ является актуальной научно-технической проблемой и целью настоящей работы.

Вторая глава посвящена исследованию полноты ЭХЗ металла под отслоившимся покрытием. Для проведения лабораторных исследований разработана конструкция образца, моделирующего металл трубы, расположенный в отслаивании покрытия. Образец состоит из полого стального цилиндра, помещаемого с зазором 5 мм в полиэтиленовую оболочку. В оболочке установлены узел затекания тока (устье), штуцера для дренирования электролита, двенадцать капилляров2 для измерения поляризационного потенциала и проволочные датчики для оценки скорости коррозии.

При исследованиях образец помещался в ванну с электролитом, в который погружался анод (рис. 3).

Измерением потенциала поверхности металла в модели отслаивания установлено, что критерий защищенности минус 0,85 В достигается только в ближайшей к устью точке (точка 7, расстояние до устья 40 мм) при максимальных режимах источника тока (плотность тока поляризации более 120 мА/м2) (рис. 4).

При анализе полученных результатов установлено, что зависимость потенциала от силы (плотности) тока можно аппроксимировать прямыми, при этом тангенс угла наклона прямых зависит от удаления точки измерения и свойств электролита:

, (1)

где a и b – коэффициенты, зависящие от условий натекания тока; L - расстояние между устьем и точкой в зоне отслаивания; j – плотность поляризующего тока, мА;
Uст – собственный потенциал образца в модельной среде, В.

Далее образцы выдерживались при поляризации в течение 40 сут после чего оценивались коррозионные повреждения. Для этого был разработан оригинальный метод, заключающийся в разбивании корродированной поверхности сегмента на цветовые области с определенным составом продуктов коррозии, измерении утонения металла в каждой из областей и расчете суммарных повреждений (рис. 5).

 Пример реализации методика оценки коррозионной поврежденности с-6

 Пример реализации методика оценки коррозионной поврежденности с-7

 Пример реализации методика оценки коррозионной поврежденности с-8

 Пример реализации методика оценки коррозионной поврежденности с помощью-9

Рис. 5. Пример реализации методика оценки коррозионной поврежденности с помощью программ обработки графических изображений

Проанализированы повреждения 36 фрагментов каждого из трех испытанных образцов. Установлено, что скорость коррозии с коэффициентом 0,37 коррелирует со средним поляризационным потенциалом металла каждого сегмента, зависящим от местоположения сегмента относительно устья (рис. 6).

Для повышения эффективности защиты в отслаивании оценивалось воздействие переменного тока на поляризационный потенциал металла образца. Генератор синусоидальных сигналов включался параллельно модели СКЗ. Сила переменного тока поддерживалась на уровне 1,0 мА (плотность тока – 10,6 мА/м2). Установлено, что наибольшей эффективностью обладает ток частотой 100-1000 Гц (рис. 7). В каждой точке образца потенциал удовлетворяет критерию минус 0,85 В.

 Зависимость поляризационного потенциала в точках 1-6 (а) и 7-12 (б) от-11

 Зависимость поляризационного потенциала в точках 1-6 (а) и 7-12 (б) от частоты-12

Рис. 7. Зависимость поляризационного потенциала в точках 1-6 (а) и 7-12 (б) от
частоты накладываемого переменного тока (шифр кривых номера капилляров)

Полевые испытания образцов выполнялись на участке МГ, характеризующимся высокой интенсивностью коррозионных процессов.

Для проведения испытаний была разработана конструкция зондов и схема их подключения и установки (рис.8).

1 – газопровод; 2 – КИК; 3 – кабель; 4 – образец; 5 – крышка, 6 – корпус, 7 – ячейка измерительная, 8 – клемма, 9 – контактный провод, 10 – полимерная эластичная трубка, 11 – неметаллическая рамка, 12 – зажимное кольцо, 13 – полимерная трубка

Рис. 8. Схема установки и подключения образцов а) и эскиз измерительного модуля б)

Выполнены коррозионные испытания зондов в течении 120 сут с мониторингом скорости коррозии датчиками сопротивления. Определено, что скорость коррозии в течении первых 20 суток увеличивается до 0,5-0,8 мм/год, затем снижается до 0,2 мм/год, что связано с пассивацией поверхности в условиях отсутствия движения коррозионной среды.

Установлено, что при регулировании режимов действующей на участке МГ станции катодной защиты металл в зонде не поляризуется до достижения критерия ЭХЗ.

В третьей главе представлена методика оптимизации работы противокоррозионной защиты трубопроводов ПП.

Для моделирования совместной защиты двумя СКЗ разработан лабораторный стенд (рис. 9), включающий емкость с грунтом, модели СКЗ и три типа модели трубопровода с повреждениями покрытия в виде складок (тип 1), пропусков (тип 2), множественных точечных дефектов (тип 3).

Методика испытаний заключалась в последовательном определении зависимости поляризационного потенциала от силы тока на выходе каждой их двух станции отдельно, а также при их при и их совместной работе.

1 – резервуар; модель трубопровода; 3 – модель анодного заземления; 4 – электрические проводники; 5 – разъединитель катодной линии (тумблер 1 переключателя работы станции); 6 – регулируемый источник постоянного тока
(модель станции катодной защиты)

Рис. 9. Схема электрических соединений элементов лабораторного стенда

Выполнялись шесть различных экспериментов с изменением типов моделей трубопроводов, типов применяемых электродов сравнения, работы экранов защитного тока и анодов (рис. 10).

Аппроксимация результатов испытаний выполнена регрессионными математическими моделями общего вида:

- линейной UiЛин=U0i +An1I1+An2I2;

- полиномиальной UiПол=U0i +An1I1+ Bn1I21+An2I2 + Bn2I22;

- экспоненциальной UiЭксп=U0i +exp (Cn1I1 +Cn2I2 );

где U0i – потенциал при отключенных станциях защиты в i-ой точке; I – сила тока СКЗ, А; A, B и С – эмпирические коэффициенты аппроксимирующих кривых

 Параметры лабораторных испытаний В диапазоне от стационарного-14

Рис. 10. Параметры лабораторных испытаний

В диапазоне от стационарного потенциала до минус 3,5 В рассчитаны суммарные квадратичные отклонения значений потенциала, рассчитываемых с помощью моделей от фактических. Установлено, что из предложенных моделей линейная является наиболее достоверной, погрешность относительно фактических данных составляет до 11,58%, а в практически значимом диапазоне потенциалов минус 0,85 - 2,5 В - менее 6,0%.

В общем виде линейную модель, определяющую потенциал в i-ой точке трубопровода, можно представить в виде:

Ui=U0i+, (2)

где U0i – потенциал при отключенных станциях защиты в i-ой точке, В; Аij – параметр влияния j-ой станции катодной защиты на потенциал i-ой точки измерения;
Ij – сила тока на выходе j-ой станции катодной защиты, А; n – количество станций защиты, влияющих на потенциал в i-ой точке.

Для подбора требуемой силы тока на выходе станций разработана методика с применением редактора Excel®. Для расчета составляются линейные уравнения (2), для каждой точки измерения подбираются такие значения силы тока СКЗ, чтобы выполнялся критерий оптимизации 0,

где Ui – поляризационный потенциал в i-той точке, В; Uкрит – критерий эффективности катодной защиты, выбираемый из регламентируемого диапазона исходя из электрических свойств грунта в момент измерения, В; k – количество точек измерения.

В работе показано, что расчет требуемых выходных параметров работы СКЗ будет корректен только для действующих условий натекания тока, в частности электрического сопротивления грунта, учет которого предложено выполнять расчетом значения Uкрит исходя из соотношения текущего (в момент выполнения измерения), наименьшего и наибольшего годового значения силы тока СКЗ:

, (3)

где Umax и Umin – максимальный и минимальный (по модулю) регламентируемый потенциал, В;

Iиз, Imax, Imin - измеренная (текущая), максимальная и минимальная годовые сила тока на станции, А

На рис. 11 представлен алгоритм разработанной комплексной методики повышения эффективности работы противокоррозионной защиты трубопроводов ПП.

 Алгоритм реализации методики повышения эффективности работы-18

 Алгоритм реализации методики повышения эффективности работы-19

Рис. 11. Алгоритм реализации методики повышения эффективности работы
противокоррозионной защиты трубопроводов ПП

Особенностями методики является оценка работоспособности анодных заземлений и поиск повреждений изоляционных покрытий. Эти методы реализуются дистанционно с поверхности грунта. Кроме этого автором предложены методы локализации источников блуждающих токов.

Методика внедрена на компрессорном цехе №3 КС-10 Сосногорского ЛПУМГ. Результаты электроизмерений показали, что из десяти контрольных точек на трех потенциал не соответствует требованиям.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 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.