Правила диагностики коррозионного состояния металлических объектов и систем электрохимической защиты

Диагностика - это часто встречающееся слово в современном мире. Оно так крепко вжилось в наш ежедневный словарный круговорот, что мы и не обращаем на него никакого особого внимания. Сломалась стиральная машина - диагностика, обслуживание в сервисе любимого авто - диагностика, поход к врачу - диагностика. Эрудированный человек скажет: диагностика с греческого - «способность распознавать». Так что же нам, собственно, необходимо распознать в техническом состоянии металлического объекта, подвергающегося коррозии и в системах электрохимической (в основном катодной) защиты при их наличии на объекте? Об этом мы кратко и расскажем в данном обзоре.

В первую очередь договоримся о терминах. Когда употребляется термин коррозионная диагностика (обследование) в 90 % случаев идет речь о наружной поверхности рассматриваемого объекта. Диагностика выполняется, например, на наружной поверхности подземных трубопроводов, резервуаров, других металлоконструкций, подверженных почвенной коррозии или коррозии блуждающими токами, наружной поверхности причальных сооружений, корродирующих под влиянием соленой и пресной воды и т.д. Если мы говорим об анализе коррозионных процессов на внутренней поверхности тех же трубопроводов или резервуаров, то вместо терминов «диагностика» или «обследование» обычно применяется термин «мониторинг». Разные термины подразумевают разные принципы обеспечения коррозионной безопасности - исследование коррозионного состояния наружной поверхности обычно проводится дискретно, 1 раз в 3-5 лет, а мониторинг коррозионных процессов внутри исследуемого объекта осуществляется или непрерывно, или с небольшим интервалом (1 раз в месяц).

Так с чего же начать при диагностике коррозионного состояния рассматриваемого объекта? С оценки потенциальной опасности и текущего положения вещей. Если объект, например, подводный, то на первом этапе потенциально возможно провести визуальный контроль наличия коррозионных дефектов и следов коррозии, и при их наличии оценить текущую и прогнозируемую опасность. В местах, где визуальный контроль невозможен, оценка потенциальной опасности проводится по косвенным признакам. Рассмотрим ниже основные диагностируемые параметры потенциальной коррозионной опасности и их влияние на процесс коррозионного разрушения:

1. Электрохимический потенциал. Данный параметр определяет возможность протекания электрохимической коррозии, ее механизм, а также потенциальные участки разрушения. Методика измерений стандартная, описана, например, в ГОСТ 9.602-2005 «Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии». Данный параметр может меняться в зависимости от состава окружающего электролита (грунт или вода), от аэрации, от структуры и состава самого металла в точке измерения и еще от большого количества параметров. Разность потенциалов в разных точках на одном и том же объекте - основная движущая сила процесса электрохимической коррозии, поэтому точные комплексные замеры электрохимического потенциала являются базовой информацией для оценки потенциальной опасности электрохимической коррозии и позволяют выявить точки наибольшего риска.
2. Сопротивление внешнего электролита (грунта или воды). Влияет на скорость коррозии: чем выше сопротивление, тем ниже скорость. Методика измерений также стандартна и описана в любом нормативном документе по коррозионной диагностике.
3. Наличие блуждающих токов. Один из самых опасных видов коррозии диагностируется как на самом металлическом сооружении (по колебаниям электрических характеристик, например, электрохимического потенциала), так и в земле (по градиенту того же потенциала путем измерения по взаимно  перпендикулярным направлениям с построением вектора). Данным способом определяют источник блуждающих токов как в процессе эксплуатации, так и на стадии предпроектных изысканий.
4. Состояние изоляционного покрытия. Большинство металлических сооружений, контактирующих с агрессивными средами, защищаются противокоррозионными изоляционными покрытиями разных типов. Ознакомиться с вариантами изоляционных покрытий можно в ГОСТ 9.602-2005, ГОСТ Р 51164-98 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии», СП 28.13330.2012. «Защита строительных конструкций от коррозии. Актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85» или других нормативных документах федерального и отраслевого уровня. В сквозных дефектах изоляционных покрытий вероятность активного коррозионного разрушения максимальна, поэтому для оценки потенциальной коррозионной опасности необходим поиск таких дефектов. Основной метод поиска дефектов изоляционного покрытия на подземных трубопроводах - метод «интенсивных измерений». Суть метода «интенсивных измерений» сводится к измерениям с определенным шагом (1÷10 м) вдоль трассы трубопровода его потенциалов при подключенном внешнем токе и в его отсутствие. В сложных случаях применяются более оригинальные методики. Например, про методику поиска дефектов изоляции на подводных переходах трубопроводов можно прочитать в этой статье.
   
5. Наличие индукционного влияния источников переменного тока. Соседство или пересечение с ЛЭП или кабельной линией зачастую приводит к возникновению индукционного тока коррозии в металлических объектах. Подробнее о данном явлении описано в отдельном обзоре. Здесь же отметим, что такие места должны быть обязательно выделены как особо опасные, и при проведении коррозионной диагностики степень опасности должна быть установлена. 

Помимо указанных выше основных факторов, при проведении диагностики коррозионного состояния, в зависимости от характеристик объекта, изучают большое количество дополнительных параметров, таких как: водородный показатель (pH) грунта или воды (особенно при потенциальной опасности коррозионного растрескивания под напряжением), наличие коррозионно-опасных микроорганизмов, содержание солей в грунте или воде, возможность аэрации и увлажнения объекта и т.д. Все эти факторы могут при определенных условиях резко увеличивать скорость коррозионного разрушения объекта обследования.

После изучения параметров потенциальной коррозионной опасности часто проводят прямые измерения глубины коррозионных повреждений на объекте. Для этих целей используется весь спектр методов неразрушающего контроля - визуальный и измерительный контроль, ультразвуковые методы, магнитометрический контроль и т.д. Места контроля выбираются исходя из их потенциальной опасности по результатам выполненной оценки на первом этапе. Для подземных объектов для обеспечения доступа непосредственно к объекту выполняют шурфование.

На финальном этапе могут быть выполнены лабораторные исследования, например оценка скорости коррозии в лабораторных условиях или металлографические исследования состава и структуры металла в местах коррозионных дефектов.

Если диагностика выполняется на объекте, который уже оснащен системами противокоррозионной электрохимической защиты, то помимо исследования коррозионного состояния самого объекта выполняется диагностика исправности и качества работы существующей системы ЭХЗ, т.е. ее работоспособность в целом и значения выходных и контролируемых параметров в частности. Опишем наиболее важные параметры системы ЭХЗ, которые необходимо контролировать при проведении комплексного обследования систем ЭХЗ.

1. Катодный потенциал. Главный параметр работоспособности систем катодной и протекторной защиты. Определяет степень защищённости объекта от коррозии средствами ЭХЗ. Нормативные значения задаются основополагающими нормативными документами по противокоррозионной защите: ГОСТ 9.602-2005 и ГОСТ Р 51164-98. Измеряется как на стационарных пунктах (КИП и КДП), так и по трассе методом выносного электрода.
2. Состояние средств ЭХЗ: станций катодной, протекторной и дренажной защиты, анодных заземлений, КИП, изолирующих фланцев, кабельных линий и т.д. Все характеристики обследуемого оборудования должны быть в рамках значений, заданных в проекте. Дополнительно следует выполнить прогноз работоспособности оборудования на период до следующего обследования. Например, станции катодной защиты должны иметь запас по току для возможности регулирования защитного потенциала объекта при неминуемом старении изоляционного покрытия. Если запаса по току нет, следует запланировать замену станции катодной защиты на более мощную и/или ремонт анодного заземления.
3. Влияние системы ЭХЗ на сторонние объекты. В случае ошибок проектирования систем ЭХЗ возможно их вредное влияние на сторонние металлические сооружения. Особенно часто это бывает на трубопроводах месторождений нефти и газа, промышленных площадках, объектах внутри плотной городской застройки. Механизм такого влияния подробно описан здесь. Оценка такого влияния обязательно должна проводиться в рамках диагностики систем ЭХЗ.

По результатам обследования должен быть подготовлен технический отчет, который должен содержать все числовые данные произведенных замеров, графики защитных потенциалов и так называемые трассовки, описание выявленных недостатков и дефектов, подробные фотоматериалы и т.д. Также в отчете должен быть сделан вывод по коррозионной опасности объекта с локализацией мест повышенного риска и разработаны технические решения по противокоррозионной защите.

Итак, по выполнении всех этапов диагностики заказчик получает отчет, в котором содержится подробная информация по коррозионному состоянию объекта и состоянию системы ЭХЗ. Но добытая диагностическими бригадами (порой с большим трудом, учитывая особенности местности и климата) информация просто пропадет, станет неактуальной, если в течение определенного времени ее не отработать, т.е. своевременно не устранить дефекты, которые были выявлены в ходе обследования, или не оборудовать объект обследования дополнительными средствами противокоррозионной защиты. Коррозионная ситуация на объекте постоянно меняется и если сразу не отработать полученную диагностическую информацию она может сильно устареть. Поэтому если владелец заботится о коррозионной безопасности своих объектов, то их система противокоррозионной защиты регулярно модернизируется по результатам так же регулярно выполняемых диагностических обследований, и риск коррозионного отказа на таких объектах минимален.