Данная методика позволила детально проанализировать характер старения нескольких десятков подводных переходов трубопроводов разного срока строительства с различными типами изоляционных покрытий. Данная методика позволяет оценить величины констант скорости старения изоляции в экстремальных условиях постоянного обводнения.

Δφ0	наложенный потенциал в точке дренажа от станции катодной защиты (СКЗ), ближайшей к ППМТ (к запорной арматуре);
ΔφL	наложенный потенциал в конце зоны защиты на участке, расположенном за ППМТ (относительно СКЗ);
L	общая длина плеча зоны защиты СКЗ через ППМТ, км;
L*	общая длина зоны защиты СКЗ (обоих плеч), км;
l1	длина участка магистрального трубопровода (МТ) от точки дренажа СКЗ до берега ППМТ, км;
l2	длина участка МТ на зеркале воды ППМТ, км;
l3	длина участка МТ за ППМТ до конца плеча зоны защиты СКЗ, км;
R0	начальная величина сопротивления изоляции МТ, Ом·м2;
D	диаметр МТ, мм;
δ	толщина стенки МТ, мм;
t	срок службы участка МТ, год;
α	постоянная затухания потенциала, 1/м;
ZΒ	волновое (характеристическое) сопротивление МТ, Ом;
ZΒΧ	входное сопротивление плеча зоны защиты СКЗ, Ом;
i3	общий ток защиты СКЗ (на два плеча зоны защиты), Ом;
β	нормативное значение постоянной старения изоляции, в соответствии с ГОС Т, 1/год;
φΕΠ	естественный потенциал свободной коррозии МТ в подводных условиях, В м.с.э.

Токораспределение на участке катодной защиты трубопровода с подводным переходом

При подземной прокладке трубопровода с равноценными условиями старения изоляции в пределах защитной зоны установки катодной защиты (УКЗ) справедливы условия токораспределения, формирующие защитные потенциалы трубопровода (рисунок 1).

- для неизношенной изоляции или коротких участков;

- трансцендентное уравнение.

В случае наличия зоны защиты подводного перехода на одном из плеч, происходит перераспределение равномерного токораспределения между плечами зоны защиты, а также в пределах плеча зоны защиты с подводным переходом.

При условии сохранения равенства I^*₃ = I₃; Δφ_L = Δφ^*_L1 = Δφ^*_L2 = Δφ_min возникает новое соотношение Δφ^*₀ < Δφ₀, т.к. т.к. сопротивление изоляции трубопровода на подводном участке R_l2 < R_l1 = R_l3 = R_L

В то же время, вследствие понижения удельного сопротивления на водном участке трассы, по сравнению с удельным сопротивлением твердого грунта (ρ_в < ρ_г), правое плечо зоны защиты принимает на себя ток защиты больший, чем I^*₃2. При этом на участке l₂, где наиболее низкое сопротивление изоляции, скорость затухания потенциала и плотности тока защиты выше, чем на сухопутных отрезках зоны защиты.

В результате описанного изменения токораспределения УКЗ общая протяжённость её зоны защиты сокращается . При этом на участке подводного перехода могут иметь место три случая соотношения длины плеча зоны защиты УКЗ:

L^*₂ < L^*₁; L^*₂ = L^*₁; L^*₂ > L^*₁

Существование этих случаев контролируется тремя соотношениями:

R_l2R_L; l₂L^*₂; ρ_вρ_г;

Как показывает практика, подтверждённая компьютерным расчётом, для системы вертикально слоистых сред с различной электропроводностью, для условий l₂L^*₂ > 0,3, доминирует соотношение L^*₂ < L^*₁. Для условий l₂L^*₂ < 0,1 характерно соотношение L^*₂ = L^*₁, а для условий ρ_вρ_г < l₂L^*₂ может часть иметь место соотношение L^*₂ > L^*₁.

Используя перечисленные соотношения, была разработана методика оценки величины сопротивления и дефектности, т.е. степени износа изоляционного покрытия трубопровода на подводном участке и расчета константы старения различных видов изоляции в экстремальных условиях эксплуатации (при постоянном усиленном внешнем обводнении трубопровода).

Концептуальная основа этой методики базируется на следующих электрофизических соотношениях:

- соотношение наложенных катодных потенциалов в начале и конце плеча зоны защиты с подводным переходом Δφ^*₀ и Δφ^*_L2 характеризует среднюю величину переходного сопротивления трубопровода на полностью сухопутном участке R. Из первого соотношения следует:

из второго соответственно:

Сопоставляя эти выражения, можно записать:

Для правого плеча зоны защиты функционально справедливо соотношение:

Из приведенного соотношения можно установить кажущуюся величину переходного сопротивления трубопровода на подводном участке R_l2:

В то же время соотношение величины наложенного потенциала в точке дренажа и общей величины тока защиты УКЗ характеризует влияние подводного перехода на искажение расчетной кажущейся величины переходного сопротивления трубопровода за счет перераспределения токораспределения на участке подводного перехода:

Преобразуя это выражение, получим:

- трансцендентное уравнение.

Решая полученное трансцендентное уравнение, определяем среднюю величину переходного сопротивления трубопровода, приведенную в точке дренажа УКЗ:

Сопоставляя значения R^*_l2 и R_l2, уточняем токораспределение между плечами зоны защиты:

После чего окончательно рассчитываем математические ожидания величины переходного сопротивления трубопровода на подводном участке по формуле:

Располагая этой информацией, устанавливаем значение удельного сопротивления изоляции на подводном переходе для различных диаметров трубопровода D, м:

R_ИПП = π · D · (R_ПП - K_Dρ_в) [Ом·м²]

Отсюда следует, что эквивалентный диаметр общей несплошности на 1м² изоляции на подводном переходе составляет:

d_НИПП = ρ_в2R_ИПП[м]

а степень износа (дефектности) изоляции в этом случае достигает:

K_д = 20 ρ²_в R²_ИПП[%]

Определение константы скорости старения изоляции в экстремальных условиях постоянного обводнения трубопровода при эксплуатации является заключительной операцией данной методики:

β_ПП = 1t · ln R₀R_tИПП [1 / год]

Данная методика позволила детально проанализировать характер старения нескольких десятков подводных переходов трубопроводов разного срока строительства с различными типами изоляционных покрытий и оценить величины их констант скорости старения изоляции в экстремальных условиях постоянного обводнения.

1. Улиг Г.Г., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. Л.: Химия, 1989.
2. Колотыркин Я.М. Металл и коррозия. М.: Металлургия, 1985.
3. Томашов Н.Д. Теория коррозии и защита металлов. М.: Изд-во АН СССР.

truboprovodny_transport.pdf