Коррозия труб магистральных трубопроводов и их соединений

Транспортирование нефти и нефтепродуктов по трубопроводам имеет значительное технико-экономическое преимущество по сравнению с другими видами транспорта, поэтому трубопроводный транспорт широко применяется для этих целей во всех странах мира. Магистральные трубопроводы, как и любая металлическая конструкция, в той или иной степени подвержены протеканию коррозионных процессов. Коррозионные повреждения труб могут стать причиной отказов линейной части длительно эксплуатируемых трубопроводов [24 с. 20, 46, 82 с. 7]. Таким образом, обеспечение надежности и безопасности системы магистрального транспорта нефти и нефтепродуктов напрямую связано с защитой линейной части от коррозионного разрушения.

В процессе коррозии происходит окисление металла. Образующиеся при этом химические соединения – оксиды металлов – являются более устойчивыми для большинства металлов [35, 83 с. 11, 109, 119]. Подземные стальные трубопроводы могут подвергаться коррозии под воздействием почвы, перекачиваемого продукта и блуждающих токов. Механизмы протекания коррозионного процесса в чистом виде делят на химический и электрохимический [105, 137 с. 371].

Химическая коррозия возникает при непосредственном взаимодействии металла с агрессивной средой, при этом окисление металла и восстановление окисленного компонента коррозионной среды (деполяризатора) протекают в одном акте. Течение данного процесса обусловлено гетерогенной химической реакцией. Продукты коррозии, получившиеся в результате взаимойдействия, образуют на всей поверхности металла, находящегося в контакте с коррозионной средой, сплошную неравномерную пленку. Химическая коррозия металлов протекает при их взаимодействии с сухими газами или жидкими неэлектролитами [82 с. 25]. Данный процесс может протекать на внутренней поверхности как магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов (химическая коррозия в неэлектролитах), так и магистральных газопроводов (газовая химическая коррозия). Наиболее интенсивно он протекает при неполном заполнении перекачиваемым продуктом сечения трубопровода, в результате которого в образовавшиеся полости выделяются коррозионно-активные пары воды, кислорода и сероводорода.

Электрохимическая коррозия – взаимодействие металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором окисление металла и восстановление окисленного компонента коррозионной среды (деполяризатора) протекают не в одном акте. Данный коррозионный механизм характеризуется одновременным течением двух реакций – окисления и восстановления, локализованные на определенных участках поверхности корродирующего металла. Процесс растворения металла сопровождается передвижением электронов по поверхности металла и ионов в растворе электролита от одного участка к другому, т.е. возникновением электрического тока. Продукты коррозии образуются только на анодных участках [82 с. 12]. Коррозионные процессы протекающие по электрохимическому механизму более характерны для наружной поверхности трубопровода, что обусловлено значительной протяженностью коммуникаций по транспорту углеводородов. Подземные коммуникации проложены через почвы различного состава и строения, различной влажности и аэрации, что в совокупности с имеющимися повреждениями изоляционного покрытия создает возможность появления значительных разностей потенциалов между отдельными частями подземной линии и, следовательно, является причиной течения коррозионных процессов по электрохимическому механизму. На внутренней поверхности труб магистральных трубопроводов электрохимическая коррозия может протекать в застойных местах: на пониженных участках, отводах, перемычках, где движение перекачиваемой среды отсутствует или скорость потока мала. Из-за разности плотностей происходит сепарация воды на нижней образующей, что приводит к строчной коррозии. Особенно заметно это проявляется на резервных нитках подводных переходов, не подвергаемых очистке и эксплуатируемых без движения нефти [16].

Скорость протекания коррозии зависит от механизма ее реализации, степени защищенности металла, его свойств и свойств коррозионной среды. [82 с.] В тоже время существует ряд факторов, действие которых в значительной мере изменяет скорость коррозионных процессов: механические напряжения, эрозионные процессы, действие бактерий, блуждающие токи и другие.

Одновременное действие некоторых из них может привести к изменению коррозионного механизма, при котором снижение механических свойств значительно больше, чем это имело бы место в результате раздельного, но аддитивного действия этих факторов. Механохимический эффект заключается в следующем: характер механических повреждений (образование микротрещин) приводит к изменению коррозионного механизма, а коррозионные процессы приводят к значительному увеличению действующих напряжений [127, 152, 160]. Действие данного эффекта в наибольшей мере проявляется в зоне термического влияния сварных соединений [104]. Повреждение труб по механизму коррозионно-эрозионной усталости обусловлено одновременным действием процессов эрозии, коррозии и механических напряжений. При этом эрозионные процессы способны как повышать, так и снижать прочность трубопровода [128]. Пропуск очистных устройств приводит к сдиранию защитной пленки из парафинов и окислов, что способствует ускорению коррозионных процессов – фреттинг-коррозии [56].

Надежность трубопровода в процессе эксплуатации в значительной мере определяется качеством сварных соединений [1]. На вырезанных из действующих магистральных трубопроводов во время ремонта катушках зачастую заметно большее коррозионное повреждение зоны сварного соединения по сравнению с основным металлом трубопровода. В работе [55] приведены данные исследования дефектов и продуктов коррозии фрагментов труб длительно эксплуатируемого магистрального нефтепровода, принадлежащего НРУПТН «Гомельтранснефть «Дружба». Толщина пленки окислов в различных зонах поверхности трубы изменяется в широких пределах – в областях сварных соединений она находиться в диапазоне 30…350 мкм, в зонах термического влияния 20…300 мкм, основного металла трубы 5…120 мкм. Наибольшее коррозионное разрушение наблюдается в местах дефектов – канавках расположенных с двух сторон от шва.

На коррозионную стойкость сварных соединений влияют следующие параметры процесса сварки [154 с. 42-43]:

· вид сварки (электродуговая, под флюсом и др.);

· режим сварки (величина погонной энергии, скорость охлаждения сварного соединения и т.д.);

· остаточные сварочные напряжения;

· технологические приемы сварки (прямой, обратный, вразброс и т.д.);

· предварительный, сопутствующий и последующий подогрев, скорости охлаждения, термическая обработка для снятия сварочных напряжений);

· дефекты сварных швов (поры, трещины, подрезы, непровары, ликвационные зоны и др.);

· способ соединения (внахлестку, в угол, многосторонняя проходная и др.);

· разделка кромок (V-, X-,U-образная, ступенчатая и др.);

· толщина свариваемых листов.

Склонность к коррозии сварных соединений во многом определяется химическим составом и структурой металла шва и зоны термического влияния [154 с. 38-39].

Термическое воздействие повышает эксплуатационные свойства поперечных сварных соединений магистральных трубопроводов претерпевших длительную эксплуатацию, во многом определяющие уровень надежности линейной части системы транспорта жидких углеводородов [6-А]. Помимо изменения прочностных характеристик происходит изменение микроструктуры как непосредственно самого сварного шва, так и зоны термического влияния, что в свою очередь оказывает влияние на сопротивление сварного соединения коррозионным процессам. Следовательно, встает задачи определения влияния термической обработки на коррозионную стойкость сварных соединений магистральных трубопроводов.