Аспекты комплексной коррозионной диагностики трубопроводов на участках повышенной коррозионной опасности

Гарантией промышленной безопасности трубопроводов является своевременное выявление потенциально опасных дефектов. Статистика аварийных отказов нефтегазопроводов показывает, что основной причиной отказов (до 40 %) является рост коррозионных повреждений стенки трубопровода. Коррозионная ситуация на подземных магистральных трубопроводах России характеризуется чрезвычайно широким спектром факторов, влияющих на внешнюю и внутреннюю коррозию этих объектов. Поэтому, стандарт РФ ГОСТ Р51164-98 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии» предусматривает классификацию участков нефтегазопроводов на 4 класса: участки высокой коррозионной опасности, участки повышенной коррозионной опасности, коррозионно-опасные участки и все остальные.

Технические требования к диагностике и технической оснащенности участков различаются в зависимости от их категорийности, причем самые жесткие требования предусмотрены к участкам высокой коррозионной опасности. Требования к участкам высокой коррозионной опасности направлены на постоянный мониторинг коррозионной ситуации на участке трубопровода (проведение комплексной коррозионной диагностики 1 раз в 5 лет, оборудование участков магистральных трубопроводов системой постоянного коррозионного мониторинга, в т.ч. контрольно-диагностическим пунктами, дистанционным контролем силы тока защиты, напряжения на выходе катодных станций) и обеспечение бесперебойного функционирования средств электрохимической защиты трубопровода в нормативном режиме (100 % резервирование в цепях преобразования и нагрузки с обеспечением автоматического перевода на резервные элементы при отказе основных, повышенную надежность (не менее 30000 ч наработки на отказ) и т.д.). При этом комплексная коррозионная диагностика вышеуказанных участков включает последовательное выполнение следующих технологических операций:

1. Контроль состояния изоляционного покрытия с использованием специальной аппаратуры искателей повреждений;
2. Оценка коррозионных характеристик грунта;
3. Контроль термодинамического состояния трубопроводов: естественных потенциалов свободной коррозии, суммарных и поляризационных защитных потенциалов;
4. Контроль интенсивности полей блуждающих токов;
5. Контроль состояния средств электрохимической защиты: установок катодной, дренажной и протекторной защиты, анодных заземлений, блоков совместной защиты, изолирующих соединений, контрольно-измерительных и контрольно-диагностических пунктов;
6. Оценка гарантированного остаточного ресурса диагностированного участка трубопровода.

Соблюдение указанных требований к диагностике и техническому обеспечению позволяет обеспечить степень защиты участков трубопровода высокой коррозионной опасности от коррозии на уровне 85-90 %, что соответствует приемлемым значениям остаточной скорости коррозии до 0,1 мм/год.

Согласно вышеуказанной классификации следующими по степени риска образования коррозионных повреждений стенки трубопровода являются участки повышенной коррозионной опасности. Среди данных участков по природе образования и роста повреждений выделяются участки с потенциальной микробиологической коррозией и  коррозионным растрескиванием под напряжением (КРН). Данные факторы коррозионной опасности существенно отличаются от ординарной почвенной коррозии, и согласно требованиям ГОСТ Р 51164-98 требуют проведения дополнительных мероприятий для повышения эффективности защиты и диагностики.

При диагностировании участков трубопроводов, размещенных в грунте, который потенциально содержит сульфатвосстанавливающие бактерии (СВБ), в составе комплексной коррозионной диагностики необходимо проводить качественный первичный полевой экспресс-анализ возможного присутствия СВБ. Данный анализ проводится путем последовательных тестов. Каждую последующую стадию экспресс-анализа следует выполнять при условии положительной реакции предыдущей его стадии. Полная положительная реакция экспресс-анализа свидетельствует о необходимости проведения количественной оценки опасности микробиологической коррозии.

Первая стадия экспресс-анализа оценивает накопление в грунте восстановленных соединений Fe²⁺, ведущих к его оглееванию. Положительной реакцией этой стадии следует считать наличие в грунте участков (пятен) серого, черного и синеватого цвета.

Вторая стадия экспресс-анализа оценивает накопление в грунте сульфидов. Она представляет собой обработку водным раствором серной кислоты (соотношения 1:3) локальных проб грунта - в объеме одной капли кислотного раствора на 1 см³ грунта. Положительной реакцией этой стадии следует считать появление отчетливого запаха сероводорода после обработки пробы грунта, вследствие протекания следующего процесса:

Ме_aS_b {Ме_a(HS)_b} + H₂SO₄ ® Me_c(SO4)_d + H₂S     {1}

В случае принятия решения о необходимости количественной оценки опасности микробиологической коррозии необходимо подготовить для этого специальные пробы водной вытяжки из соответствующей пробы грунта (или грунтового раствора с места отбора пробы). При этом коррозионное микробиологическое влияние грунта без катодной защиты оценивают по результатам полного анализа проб грунта на содержание и биологическую активность сульфатвосстанавливающих микроорганизмов в грунте. Исходя из полученных значений оценивается и скорость микробиологической коррозии (в среднем 0,1-0,4 мм/год).

Диагностирование опасности КРН проводится с использованием многофакторного анализа (8-12 показателей) результатов неразрушающего наружного контроля коррозионной ситуации на трассе магистрального трубопровода, включая оценку действия электрохимической защиты и состояния изоляционного покрытия.

Все факторы, контролирующие процесс стресс-коррозионного разрушения магистральных трубопроводов можно классифицировать как необходимые и достаточные. Достаточными факторами называются такие факторы, одного наличия которых достаточно для констатации наличия опасности стресс-коррозии. Достаточные факторы делятся на две группы: механохимического и коррозионного влияния. Факторы механохимического влияния контролируют образование ионизированного водорода в среде, с которой контактирует трубопровод. К ним относятся наличие в этой среде: бикарбонатов, аммонатов, сульфатредукторов, свободной воды. Факторы коррозионного влияния контролируют протекание процессов коррозионного окисления трубной стали окружающей трубопровод агрессивной электролитической средой. К ним относятся наличие в этой среде свободного кислорода и активного водорода.

Необходимые факторы опасности стресс-коррозии являются показателями, определяющими интенсивность протекания процессов ионизации водорода, коррозионного окисления трубной стали и влияние внешних (внутренних) механических нагрузок. К ним относятся: температура и давление транспортируемой среды, степень цикличности внутренних технологических нагрузок и характер внешних механических нагрузок на трубопровод.

В процессе оценки должно учитываться влияние каждого достаточного и необходимого фактора отдельно, а также всех факторов в совокупности.

Приведенный выше подход позволяет достоверно оценить опасность микробиологической коррозии и коррозионного растрескивания под напряжением в зависимости от условий прокладки и эксплуатации трубопровода и может быть использован как на стадии проектирования, для выделения потенциально опасных участков, так и в процессе эксплуатации, для принятия неотложных мер по предотвращению коррозионных повреждений.