Помощь студентам дистанционного обучения: тесты, экзамены, сессия
Помощь с обучением
Оставляй заявку - сессия под ключ, тесты, практика, ВКР
Сессия под ключ!

Дипломная работа на тему «Совершенствование технологии противокорозийной защиты магистральных трубопроводов»



Помощь с дистанционным обучением
Получи бесплатный расчет за 15 минут
 

Введите контактный e-mail:

 

Введите номер телефона

 

Что требуется сделать?

 

Каким способом с Вами связаться?:

E-mail
Телефон
Напишем вам на вашу почту
 
Перезвоним вам для уточнения деталей
 
Перезвоним вам для уточнения деталей
 

или напишите нам прямо сейчас

Написать в WhatsApp
 

ВВЕДЕНИЕ

В связи с истечением срока эксплуатации технологических трубопроводов проблема научно обоснованного продления их ресурса исходит из практических потребностей отрасли. Остаточный ресурс зависит от технического состояния самого трубопровода. Ее решение позволит снизить затраты на ремонт и реконструкцию трубопроводов при одновременном обеспечении безопасной эксплуатации на «новый предельный срок». Критерием допуска к дальнейшей «работе трубопровода» является наличие в нем дефектов недопустимых к эксплуатации. Одним из таких дефектов, самым распространенным и частым, является коррозия — то есть «потеря металла».

Обслуживание магистрального нефтепровода предусматривает выполнение комплекса организационно-технических мероприятий по диагностике и экспертной оценке технического состояния обследуемых участков трубопроводов, для последующего капитального ремонта МН с целью продления ресурса эксплуатируемого трубопровода. Так же эксплуатация магистрального нефтепровода предусматривает применение комплексных мер по предотвращению и уменьшению коррозионного воздействия.

Коррозия — это самопроизвольное разрушение металлов под воздействием химического или физико-химического влияния  окружающей  среды.  В широком понимании, коррозии подвергаются не только металлы, но и любые материалы, будь то бетон, пластмасса, резина или керамика.  Коррозия протекает в самых разных средах, но в основном, это газообразные и жидкостные (грунт, вода, окружающая атмосфера и т.д.).

Причиной возникновения и протекания процессов коррозии является термодинамическая неустойчивость материалов к определенным компонентам, находящихся в окружающей их среде. Результатом коррозии являются продукты коррозии (например, ржавчина), испорченное оборудование, разрушение конструкций.

Ежегодно коррозия нефтепроводам, проходящим через Ханты-Мансийский автономный округ (ХМАО), наносит огромнейший ущерб народному хозяйству каждой. Убытки трубопроводного транспорта ХМАО от коррозии за год составляют в среднем около 3 — 5% от внутреннего валового. А потери металла достигают 20%. Ущерб от коррозии складывается не только от стоимости материалов, но и от затрат на изготовление пришедших в негодность конструкций, оборудования и различных изделий. Одним из самых протяженных нефтепроводов ХМАО является магистральный нефтепровод «Сургут — Полоцк». Коррозия наносит как прямые, так и косвенные убытки при эксплуатации нефтепровода. К косвенным относятся убытки, связанные с отказом оборудования, пришедшего в негодность из-за коррозионных процессов, его простоя, замены или ремонта, порчей продукции других производств вследствие загрязнения ее продуктами коррозии, высокими допусками на коррозию, стоимость дополнительно потраченной электроэнергии, воды, материалов и др. К прямым — стоимость испорченных коррозией трубопроводов, оборудования, машин и др. Поэтому предотвращение и уменьшение коррозионного воздействия на магистральный нефтепровод Сургут-Полоцк является актуальной задачей.

В данной работе рассмотрен вопрос повышения надежности трубопровода «Сургут — Полоцк» путем разработки мер по предотвращению коррозионных повреждений после ремонта.

1.ОПИСАТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Общие понятия о коррозии нефтепроводов

Коррозию по механизму протекания принято разделять на химическую и электрохимическую. Более распространенный — второй вид.

1.1.1 Химическая коррозия

Химическая коррозия — это вид коррозионного разрушения металла, связанный с взаимодействием металла и коррозионной среды, при котором одновременно окисляется металл и происходит восстановление коррозионной среды. Химическая коррозия не связана с образованием, а также воздействием электрического тока.

Движущей силой (первопричиной) химической коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов. Они могут самопроизвольно переходить в более устойчивое состояние в результате процесса:

Металл + Окислительный компонент среды = Продукт реакции

При этом термодинамический потенциал системы уменьшается.

По знаку изменения термодинамического потенциала можно определить возможность самопроизвольного протекания химической коррозии. Критерием обычно служит изобарно-изотермический потенциал G. При самопроизвольном протекании химического процесса наблюдается убыль изобарно-изотермического потенциала. Поэтому, если:

Δ GТ < 0, то  процесс химической коррозии возможен;

Δ GТ > 0, то  процесс химической коррозии невозможен;

Δ GТ = 0, то  система находится в равновесии.

К химической коррозии относятся:

— газовая коррозия — коррозионное разрушение  под воздействием газов при высоких температурах;

— коррозия в жидкостях-неэлектролитах.

Газовая коррозия — наиболее распространенный вид химической коррозии.  При высоких температурах поверхность металла под воздействием газов разрушается. Это явление наблюдается в основном в металлургии (оборудование для горячей прокатки, ковки, штамповки, детали двигателей внутреннего сгорания и др.)

Самый распространенный  случай химической коррозии – взаимодействие металла с кислородом. Процесс протекает по реакции:

Ме + 1/2О2 — МеО

Направление этой реакции (окисления) определяется парциальным давлением кислорода в смеси газов (pО2) и давлением диссоциации паров оксида при определенной температуре (рМеО).

Эта химическая реакция может протекать тремя путями:

1)    pО2 = рМеО, реакция равновесная;

2)    pО2 > рМеО, реакция сдвинута в сторону образования оксида;

3)    pО2 < рМеО, оксид диссоциирует на чистый металл и оксид, реакция протекает в обратном направлении.

Зная парциальное давление кислорода газовой смеси и давление диссоциации оксида можно определить интервал температур, при которых термодинамически возможно протекание данной реакции.

Скорость протекания газовой коррозии определяется несколькими факторами: температуры окружающей среды, природы металла или состава сплава,  характера газовой среды, времени контакта с газовой средой, от свойств продуктов коррозии.

Процесс химической коррозии во многом зависит от характера и свойств образовавшейся на поверхности оксидной пленки.

Процесс появления на поверхности оксидной пленки можно условно разделить на две стадии:

— на поверхности металла, которая непосредственно контактирует с атмосферой, адсорбируются молекулы кислорода;

— металл взаимодействует с газом с образованием химического соединения.

На первой стадии между поверхностными атомами и кислородом возникает ионная связь: атом кислорода забирает у металла два электрона. При этом возникает очень сильная связь, намного сильнее, чем связь кислорода с металлом в окисле. Возможно это явление наблюдается из-за действия на кислород поля, создаваемого атомами металла. После полного насыщения поверхности окислителем, что происходит почти мгновенно, при низких температурах за счет ванн-дер-вальсовых сил может наблюдаться и физическая адсорбция молекул окислителя.

В результате  образуется очень тонкая мономолекулярная защитная пленка, которая со временем утолщается, затрудняя подход кислорода.

На второй стадии, из-за химического взаимодействия, окислительный компонент среды отнимает у металла валентные электроны и с ним же реагирует, образуя продукт коррозии.

Если образовавшаяся оксидная пленка будет обладать хорошими защитными свойствами — она будет тормозить дальнейшее развитие  процесса химической коррозии. Кроме того, оксидная пленка очень сильно влияет на жаростойкость металла.

Существует три вида пленок, которые могут образоваться:

— тонкие (невидимые невооруженным глазом);

— средние (дают цвета побежалости);

— толстые (хорошо видны).

Чтобы оксидная пленка была защитной, она должна отвечать некоторым требованиям: не иметь пор, быть сплошной, хорошо сцепляться с поверхностью, быть химически инертной по отношении к окружающей ее среде, иметь высокую твердость, быть износостойкой.

Если пленка рыхлая и пористая, кроме того имеет еще плохое сцепление с поверхностью — она не будет обладать защитными свойствами.

Существует условие сплошности, которое формулируется так: молекулярный объем оксидной пленки должен быть больше атомного объема металла.

Сплошность — способность окисла покрывать сплошным слоем всю поверхность металла.

Если это условие соблюдается, то пленка сплошная и, соответственно, защитная.

Но есть металлы, для которых условие сплошности не является показателем. К ним относятся все щелочные, щелочно-земельные (кроме бериллия), даже магний, который важен в техническом плане.

Для определения толщины образовавшейся на поверхности оксидной пленки, изучения ее защитных свойств применяют множество методов. Защитную способность пленки могут определять во время ее формирования, по скорости окисления металла и характеру изменения скорости во времени. Если окисел уже сформировался, целесообразно исследовать толщину и защитные его свойства, нанося на поверхность какой-нибудь подходящий для этого случая реагент (например, раствор Cu(NO3)2, который применяется для железа). По времени проникновения реагента к поверхности можно определить толщину пленки.

Даже уже образовавшаяся сплошная пленка не прекращает своего взаимодействия с металлом и окислительной средой.

Влияние внешних и внутренних факторов на скорость протекания химической коррозии.

На скорость химической коррозии очень сильное влияние оказывает температура. При ее повышении процессы окисления идут намного быстрее. При этом уменьшение термодинамической возможности протекания  реакции не имеет никакого значения.

Особенно сильно влияет переменный нагрев и охлаждение. В защитной пленке вследствие появления термических напряжений образуются трещины. Сквозь трещины окислительный компонент среды имеет непосредственный доступ к поверхности. Формируется новая оксидная пленка, а старая — постепенно отслаивается.

Большую роль в процессе коррозии играет состав газовой среды. Но это индивидуально для каждого металла и изменяется с колебаниям температур. Например, медь очень быстро корродирует в атмосфере кислорода, но устойчива в среде, содержащей SO2. Никель же наоборот, интенсивно корродирует при контакте с атмосферой SO2, но устойчив в средах O2, CO2 и  H2O. Хром относительно устойчив во всех четырех средах.

Если давление диссоциации окисла выше давления окисляющего компонента — окисление металла прекращается, он становится термодинамически устойчивым.

Скорость окисления зависит от состава сплава. Возьмем, к примеру, железо. Добавки серы, марганца, фосфора и никеля не влияют на его окисление. Кремний, хром, алюминий —  замедляют процесс. А бериллий, кобальт, титан и медь очень сильно тормозят окисление. При высоких температурах интенсифицировать процесс могут вольфрам, молибден, а также ванадий. Это объясняется летучестью или легкоплавкостью их окислов.

Наблюдая за скоростью окисления железа при различных температурах, отметим, что с увеличением температуры самое медленное окисление наблюдается при аустенитной структуре. Она является наиболее жаростойкой, по сравнению с другими.

На скорость протекания химической коррозии влияет и характер обработки поверхности. Если поверхность гладкая, то она окисляется немного медленнее, чем бугристая поверхность с дефектами.

1.1.2 Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия — самый распространенный вид коррозии.  Электрохимическая коррозия возникает при контакте металла с окружающей электролитически проводящей средой. При этом  восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекает не одновременно с ионизацией атомов металла и от электродного потенциала металла зависят их скорости. Первопричиной электрохимической коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов в окружающих их средах. Ржавление трубопровода, обивки днища морского суда, различных металлоконструкций в атмосфере — это, и многое другое, примеры электрохимической коррозии.

К электрохимической коррозии относятся такие виды местных разрушений, как питтинги, межкристаллитная коррозия, щелевая.  Кроме того процессы электрохимической коррозии происходят в грунте, атмосфере, море.

Механизм электрохимической коррозии может протекать по двум вариантам:

1) Гомогенный механизм электрохимической коррозии:

— поверхностный слой мет. рассматривается как гомогенный и однородный;

— причиной растворения металла является термодинамическая возможность протекания катодного или же анодного актов;

— К и А участки мигрируют по поверхности во времени;

—  скорость протекания электрохимической коррозии зависит от кинетического фактора (времени);

— однородную поверхность можно рассматривать как предельный случай, который может быть реализован и в жидких металлах.

2) Гетерогенный механизм электрохимической коррозии:

— у твердых металлов поверхность негомогенная, т.к. разные атомы занимают в сплаве различные положения в кристаллической решетке

—  гетерогенность наблюдается при наличии в сплаве инородных включений.

Электрохимическая коррозия имеет некоторые особенности: делится на два одновременно протекающих процесса (катодный и анодный), которые кинетически зависимы друг от друга; на некоторых участках поверхности электрохимическая коррозия может принять локальный характер; растворение основного мет. происходит именно на анодах.

Физика процесса электрохимической коррозии.

Поверхность любого металла состоит из множества короткозамкнутых через сам металл микроэлектродов. Контактируя с коррозионной средой образующиеся гальванические элементы способствуют электрохимическому его разрушению.

Причины возникновения местных гальванических элементов могут быть самые разные:

1) неоднородность сплава

— неоднородность мет. фазы, обусловленная неоднородностью сплава и наличием микро-  и макровключений;

— неравномерность  окисных пленок на поверхности за счет наличия макро- и микропор, а также неравномерного образования вторичных продуктов коррозии;

— наличие на поверхности границ зерен кристаллов, выхода дислокации на поверхность, анизотропность кристаллов.

2) неоднородность среды

— область с ограниченным доступом окислителя будет анодом по отношению к области со свободным доступом, что ускоряет электрохимическую коррозию.

3) неоднородность физических условий

— облучение (облученный участок — анод);

— воздействие внешних токов (место входа блуждающего тока — катод, место выхода — анод);

— температура (по отношению к холодным участкам, нагретые — являются анодами) и т. д.

Рисунок 1.1 Схема электрохимической коррозии

При работе гальванического элемента одновременно протекает два электродных процесса:

Анодный — ионы металла переходят в раствор

Fe → Fe2+ + 2e

Происходит реакция окисления.

Катодный — избыточные электроны ассимилируются  молекулами или атомами электролита, которые при этом восстанавливаются.  На катоде проходит реакция восстановления.

O2 + 2H2O + 4e → 4OH- (кислородная деполяризация в нейтральных, щелочных средах)

O2 + 4H+ + 4e → 2H2O (кислородная деполяризация в кислых средах)

2 H+ + 2e → H2 (при водородной деполяризации).

Торможение анодного процесса приводит к торможению и катодного.

Коррозия металла происходит именно на аноде.

При соприкосновении двух электропроводящих фаз (например,   мет. — среда), когда одна из них заряжена положительно, а другая отрицательно,  между ними возникает разность потенциала. Это явление связано с возникновением двойного электрического слоя (ДЭС). Заряженные частицы располагаются  несимметрично на границе раздела фаз.

Скачек потенциалов в процессе электрохимической коррозии может происходить из-за двух причин:

При достаточно большой энергии гидратации ионы металла могут отрываться и переходить в раствор, оставляя на поверхности эквивалентное число электронов, которые определяют ее отрицательный заряд. Отрицательно заряженная поверхность притягивает к себе катионы мет. из раствора. Так на границе раздела фаз возникает двойной электрический слой.

На поверхности металла разряжаются катионы  электролита. Это приводит к тому, что поверхность мет. приобретает положительный заряд, который с анионами раствора  образует двойной электрический слой.

Иногда возникает ситуация, когда поверхность не заряжена и, соответственно, отсутствует ДЭС. Потенциал, при котором это явление наблюдается называется потенциалом нулевого заряда (φN). У каждого металла потенциал нулевого заряда свой.

Величина электродных потенциалов оказывает очень большое влияние на характер коррозионного процесса.

Скачок потенциала между двух фаз не может быть измерен, но при помощи компенсационного метода можно измерить электродвижущую силу элемента (ЭДС), который состоит из электрода сравнения (его потенциал условно принят за ноль) и исследуемого электрода. В качестве электрода сравнения берется стандартный водородный электрод. ЭДС гальванического элемента (стандартный водородный электрод и исследуемый элемент) называют электродным потенциалом. Электродами сравнения могут также выступать хлорсеребряный, каломельный, насыщенный медно-сульфатный.

Международной конвенцией в Стокгольме 1953г. решено при записях электрод сравнения всегда ставить слева. При этом ЭДС рассчитывать, как разность потенциалов правого и левого электродов.

При коррозии в электролитах самыми распространенными и значимыми являются адсорбционные (адсорбция  катионов или анионов на границе раздела фаз) и электродные потенциалы (переход катионов из металла в электролит или наоборот).

Электродный потенциал, при котором металл находится в состоянии равновесия с собственными ионами называется равновесный (обратимый). Он  зависит от природы металлической фазы, растворителя, температуры электролита, активности ионов мет.

Равновесный потенциал подчиняется уравнению Нернста:

E=Eο+ (RT/nF) LnαMen+                                                       (1.4)

где, Eο —  стандартный потенциал мет.; R — молярная газовая постоянная; n — степень окисления иона мет.; Т — температура; F — число Фарадея;αMen+ — активность ионов мет.

При установленном равновесном потенциале электрохимическая коррозия не наблюдается.

Если по электроду проходит электрический ток — равновесное состояние его нарушается.  Потенциал электрода изменяется в зависимости от направления и силы тока. Изменение разности потенц., приводящее к уменьшению силы тока,  принято называть поляризацией. Уменьшение поляризуемости электродов  называют деполяризацией.

Скорость электрохимической коррозии тем меньше, чем больше поляризация. Поляризация характеризуется величиной перенапряжения.

Поляризация бывает трех типов:

— электрохимическая (при замедлении анодного или катодного процессов);

— концентрационная (наблюдается, когда скорость подхода деполяризатора к поверхности и отвода продуктов коррозии мала);

— фазовая (связана с образованием на поверхности новой фазы).

Электрохимическая коррозия наблюдается также при контакте двух разнородных металлов. В электролите они образуют гальванопару. Более электроотрицательный из них будет анодом. Анод в процессе будет постепенно растворяться. При этом идет замедление или даже полное прекращение электрохимической коррозии на катоде (более электроположительном). Например, при контакте в морской воде дюралюминия с никелем интенсивно  растворятся будет именно дюралюминий.

1.1.3 Почвенная коррозия. Коррозия подземных нефтепроводов

Почвенная коррозия – разрушение металла в почве. Ежегодные потери металла в следствии протекания почвенной коррозии достигают 4%.

Почвенной коррозии подвергаются различного назначения трубопроводы, резервуары, сваи, опоры, кабеля, обсадные трубы скважин, всякого рода металлоконструкции, эксплуатируемые в почве.

Почва – очень агрессивная среда. Она состоит из множества химических соединений и элементов, многие из них только ускоряют коррозионный процесс. Агрессивность почвы (грунта) зависит от некоторых факторов: влажность, аэрация, пористость, рН, наличие растворенных солей, электропроводность.

Классификация грунтов по коррозионной активности:

— высококоррозионные грунты (тяжелые глинистые, которые длительное время удерживают влагу);

— среднекоррозионные грунты;

— практически инертные грунты в коррозионном отношении (песчаные почвы).

Изучение подземной коррозии металлических трубопроводов – дело исключительной важности, так как только в Российской Федерации общая протяженность подземных нефте-, водо- и газопроводов составляет около миллиона километров, при этом из-за коррозии  участки этих коммуникаций приходится постоянно ремонтировать или полностью заменять.

Согласно электрохимической теории подземный трубопровод представляет собой многоэлектродную систему, состоящую из распределенных по поверхности трубопровода макро и микропар. Качественное новое изоляционное покрытие трубопровода существенно сокращает число коррозионных элементов,  размыкая цепь связи через окружающий грунт – проводник второго рода. Некачественное покрытие с большим количеством дефектов вносит дополнительный, в ряде случаев фактор в работу коррозионной системы за счет гетерогенности окружающей трубопровод среды. При этом следует отметить тот факт, что наличие дефектов и отслаивание изоляции является необходимым, но не достаточным фактором для развития коррозии. В то же время и, собственно,  гетерогенность грунта не во всех случаях приводит к созданию опасных коррозионных  элементов. Только неблагоприятное для конкретного участка подземного сооружения сочетания коррозионных свойств грунта с характером и распределением дефектов в изоляционном покрытии приводит к развитию каверн, трещин коррозионного растрескивания под напряжением (КРН) или язв подпленочной коррозии, снижающих остаточный ресурс трубопровода.

1.2 Обзор факторов агрессивности грунтов залегания нефтепровода Сургут — Полоцк

Согласно ГОСТ 9.602 – 89  критериями опасности коррозии являются:

а). коррозионная агрессивность среды (грунтов, грунтовых и др. вод ) по отношению к металлу сооружения;

б). опасное действие постоянного и переменного блуждающих токов.

Остановимся подробней, исходя из тематики статьи, на аспекте коррозионной агрессивности среды залегания МН а Сургут — Полоцк (в данном случае грунта), которая определяется следующими факторами:

  1. пористостью (аэрацией);
  2. электропроводностью;
  3. наличием растворенных солей;
  4. кислотностью или щелочностью;
  5. влажностью;
  6. температурой электролита (грунта), прилегающего к стенкам трубопровода;

Каждый из этих факторов может повлиять на характеристики анодной и катодной поляризации металла в грунте, причем не всегда однозначно, с точки зрения усиления или ослабления коррозионного растворения.

Например, пористый  грунт ХМАО более аэрированный и лучше сохраняет влагу, что приводит к увеличению начальной скорости коррозии. Однако, защитные свойства образующихся при этом продуктов коррозии лучше, чем у пленок, образующихся в неаэрированных почвах. В то же время в большинстве грунтов, если нет хорошей аэрации,  коррозия идет с образованием глубоких язв. Очевидно, что точечная коррозия опаснее,  чем равномерная,  протекающая с большей скоростью.

В свою очередь, без аэрации плохоокисленные продукты коррозии диффундируют в глубь почвы и, практически, не защищают металл от дальнейшего разрушения. Следует отметить и тот факт, что азрация снижает активность сульфатовосстанавливающих бактерий, содержащихся в грунте и поражающих металл.  Воздействие анаэробных бактерий в бедных растворенным кислородом почвах наблюдается в интервале  рН  5,5 — 8,5 . При этом одни разновидности бактерий размножаются в пресной воде и почве, содержащих сульфаты, другие — в солоноватых и морских водах, а некоторые живут глубоко в земле, при температурах  до 60-80ºС. Сульфатовосстанавливающие бактерии легко восстанавливают неорганические сульфаты до сульфидов в присутствии водорода и органических веществ. На поверхности железа этот процесс интенсифицируется, так как железо в этом случае является источником водорода, который обычно адсорбирован на поверхности металла и который бактерии используют для восстановления  SO4²־ . С каждым эквивалентом водорода, потребленным бактериями, в раствор переходит один эквивалент FeО,  образуя ржавчину Fe(OH)2  и сульфид железа FeS. Можно сказать,  что бактерии здесь играют роль деполяризатора. Анализ продукта коррозии, образовавшегося в результате действия бактерий, дает соотношение количества оксида и сульфида 3/1. В случае, когда коррозия обусловлена не действием бактерий, а присутствием растворенного сероводорода или растворенных сульфидов, подобное соотношение оксид: сульфид вряд ли будет обнаружено, при этом скорость коррозии будет ниже. Особенно серьезные повреждения  сульфатвосстанавливающие бактерии наносят нефтяным отстойникам, подземным трубопроводам и обсадным колонам глубоких скважин.

Далее, грунт с низкой электропроводностью чаще всего менее агрессивен, чем высокоэлектропроводный из-за малого количества влаги или наличия растворимых солей или того и другого одновременно. Однако  электропроводность сама по себе не является показателем агрессивности,  существенную роль здесь играет характеристика анодной или катодной поляризации металла в данном грунте. Кроме того, необходимо отметить тот факт, что при увеличении влажности грунта электросопротивление его уменьшается, но при этом сильно затрудняется диффузия кислорода к поверхности металла,  в результате чего коррозионный процесс замедляется.

1.2.1 Температура грунта залегания МН как фактор коррозионного процесса

Кроме того, среднегодовая температура грунта региона в котором проложен трубопровод (ХМАО), а также температура транспортируемого продукта, обуславливающая температуру стенок трубопровода и, соответственно, прилегающего к стенкам почвенного электролита существенно влияет на коррозию (см. рис.1.2). Так с повышением температуры электролита до 75-80°С   скорость коррозии значительно возрастает, при дальнейшем же повышении температуры скорость коррозии уменьшается из-за высыхания грунта, прилегающего к стенкам трубопровода. Кроме того, если скорость коррозии контролируется диффузией кислорода, то для данной концентрации О2 в электролите (грунте) скорость приблизительно удваивается при повышении температуры на каждые 300°С этот процесс сохраняется, так же примерно до 800°С, а затем падает. Такое снижение связано с заметным уменьшением растворимости кислорода в воде, и этот эффект в конце концов подавляет ускоряющее влияние собственно температуры. Такая зависимость скорости коррозии от температуры характерна для открытой системы, в которой  растворенный кислород может улетучиваться, при этом, если коррозия сопровождается и выделением водорода, скорость ее возрастает более чем вдвое с увеличением температуры на 300°С. Для закрытой системы, где кислород не имеет возможности улетучиваться, скорость коррозии продолжает расти с повышением температуры до тех пор, пока кислород не будет израсходован.

Рисунок 1.2. Влияние температуры на коррозию железа в воде, содержащей растворенный кислород.

1.2.2 Растворенные соли

Что касается растворенных солей, влияние  концентрации хлорида натрия на коррозию железа в аэрируемой воде при комнатной температуре показано на рис.1.3.

С возрастанием концентрации соли скорость коррозии вначале увеличивается, а затем снижается и в насыщенном растворе (26% NaCl) становится меньше, чем в дистиллированной воде. Во всем диапазоне концентраций NaCl скорость коррозии лимитируется кислородной деполяризацией, поэтому повышение концентрации NaCl уменьшает растворимость кислорода в воде, снижая скорость коррозии. Первоначальное возрастание скорости коррозии связано с изменением защитных свойств диффузионно-барьерной пленки ржавчины, образующейся на корродирующем железе.  В дистиллированной воде, имеющей низкую электропроводимость, анодные и катодные участки должны быть в связи с этим расположены очень близко  друг к другу. Следовательно, ионы ОН־, образующиеся на катодах согласно уравнению:

½О2 + Н2   → 2ОН־ — 2е                                                      (1.5)

Всегда находятся рядом с ионами Fe2+, которые образуются на близлежащих анодах. Таким образом, формируется пленка Fe(OH)2, плотно прилегающая к поверхности металла, что создает эффективный диффузионный барьер.

С другой стороны, из-за большой электропроводимости растворов NaCl аноды и катоды могут функционировать на гораздо большем расстоянии друг от друга. В этом случае NaOH на катодах не вступает немедленно в реакцию с  FeCl2, образующимся на анодах; эти соединения диффундируют в раствор и реагируют с друг другом с образованием Fe(OH)2  вдали от поверхности металла. Очевидно, что образовавшийся Fe(OH)2 при этом не формирует защитного барьерного слоя на металле. Поэтому в разбавленных растворах NaCl железо корродирует быстрее. С увеличением содержания NaCl выше 3% снижение растворимости кислорода становится определяющим фактором по сравнению с любыми изменениями диффузионно-барьерного слоя, это ведет к снижению скорости коррозии.

Рисунок 1.3. Влияние концентрации хлорида натрия на коррозию железа в аэрированных растворах.

1.2.3 Исследование кислотности и щелочность грунтов ХМАО

Кислотность и щелочность грунта. Влияние рН аэрированной чистой воды на коррозию железа показано на рис.1.4. В пределах рН = 4 – 10 скорость коррозии определяется только скоростью диффузии кислорода к поверхности металла, при этом основной диффузионный барьер – пленка оксида железа постоянно обновляется в ходе коррозионного процесса. В кислой среде (рН < 4 ) пленка оксида железа растворяется, значение рН на поверхности железа снижается, и металл находится в более или менее непосредственном контакте с водной средой. При этом увеличение скорости коррозии – результат значительной скорости выделения водорода и сильной кислородной деполяризации. При дальнейшем увеличении рН скорость выделения водорода так велика,  что затрудняется доступ к поверхности металла. Поэтому деполяризация в концентрированных кислотах в меньшей степени способствует увеличению скорости коррозии, чем в разбавленных, где диффузия кислорода идет с большей легкостью.

Увеличение щелочности среды (рН > 10) вызывает возрастание рН на поверхности железа. Скорость коррозии при этом уменьшается, так как железо больше и больше пассивируется в присутствии щелочей и растворенного кислорода, избыток которого согласно оксидно-пленочной теории, приводит к окислению пленки FeO, при этом образуется другая пленка, имеющая лучшие защитные свойства в качестве диффузионного барьера. Таким образом,  соли щелочного характера, дающие при гидролизе растворы с рН > 10, действуют как ингибиторы коррозии. Исходя из вышеизложенного, при рН = 4 – 10 коррозия ограничена скоростью диффузии кислорода через слой оксида. Это важно, так как рН почти всех природных вод находится в пределах 4 – 10. Значит, любое железо, погруженное в пресную или морскую воду, будь то низко- или высокоуглеродистая сталь, низколегированная сталь, холоднокатаная и т.д. будет иметь практически одинаковую скорость коррозии.

Кроме того, учитывая взаимозависимость пунктов 3 и 4 , следует сказать, что в природных пресных водах содержатся растворимые соли кальция и магния, концентрация которых зависит от происхождения и расположения водоема. Вода с высокой концентрацией этих солей называется жесткой, с низкой – мягкой, соответственно, жесткая вода менее коррозионно-активная, чем мягкая. В жесткой воде на поверхности металла естественным путем откладывается тонкий диффузионно-барьерный слой, состоящий в основном из карбоната кальция СаСО3. Эта пленка дополняет обычный коррозионный барьер из Fe(OH)2 и затрудняет диффузию растворенного кислорода к катодным участкам. В мягкой воде защитная пленка из СаСО3 не образуется. Однако, жесткость воды не единственное условие возможности образования защитной пленки. Способность СаСО3  осаждаться на поверхность металла зависит также от общей кислотности или щелочности среды, о чем шла речь выше.

Рисунок 1.4. Влияние рН на коррозию железа в аэрированной мягкой воде при комнатной температуре.

Наконец, грунты, содержащие 20% воды, считаются наиболее агрессивными, при этом исходя из вышеизложенного по факторам агрессивности, очевидна,  непосредственная связь перечисленных факторов с влажностью. Причем, увеличение влажности или ее уменьшение, исходя из того или иного сочетания факторов в реальных почвенно-климатических условиях, приведут к соответствующим изменениям анодной или катодной поляризации металла в данном грунте и, соответственно, скорости коррозии.

Проведенный обзор взаимосвязи факторов агрессивности грунта по отношению к металлическим подземным коммуникациям, в частности, к трубопроводам приводит к выводу, что для измерения скоростей подземной коррозии и определения агрессивности грунта наряду с традиционным гравиметрическим методом (весьма трудоемким и длительным по времени), применим метод линейной поляризации с измерением средней плотности катодного тока (Ik) см. ГОСТ 9.602-89., так как именно величина плотности Ik, сочетая все неоднозначности взаимовлияния факторов агрессивности, для данной проблемы будет являться обобщенным критерием опасности коррозии.

Коррозионная агрессивность грунта по отношению к углеродистой и низколегированной стали:

Во-первых, величины удельного электросопротивления грунта, соответствующие указанным значениям, на практике, как правило, имеют с характеристику «кажущиеся». То есть получаются с помощью косвенных измерений показаний на глубине прокладки подземной коммуникации,  за счет выдерживания расстояния между измерительными электродами  равным  соответствующей глубине прокладки. При этом естественная неоднородность грунта и, соответственно, его проводимость будет объективно вносить определенную погрешность. Чем больше глубина залегания, например, трубопровода тем существенней методологическая погрешность измерения.

Во-вторых, как указывалось выше, функция скорости коррозии совсем не обязательно пропорциональна или обратнопропорциональна  величине удельного сопротивления грунта, а также другим значениям величин,  характеризующих перечисленные факторы коррозионной активности. Безусловно, с нашей точки зрения, с чем мы можем, согласиться, в определении коррозионной агрессивности  грунта по  значению ρгр., так это с тем,  что если значение измеренного удельного электрического сопротивления грунта выше 130 Ом*м, то опасность почвенной коррозии – низкая.

В то же время, как показывает опыт полевых  электроизмерительных диагностических работ на подземных нефтепроводах ХМАО лабораторией  неразрушающего контроля  ООО «НТЦ «Нефтегаздиагностика», для грунтов с ρгр менее 100 Ом*м, коррозионная агрессивность и проводимость грунта имеют гораздо меньшую зависимость, чем агрессивность и пористость, а также кислотность или количество растворенных солей.  Соответствующие результаты были получены методом линейной поляризации и измерением средней плотности катодного тока (Ik) по ГОСТ 9.602-89. с помощью разработанного и изготовленного в ООО «НТЦ «Нефтегаздиагностика» малогабаритного устройства для проведения катодной поляризации образцов трубной стали в пробах грунта взятого непосредственно в шурфах в полевых условиях. Устройство состоит из двух блоков: блока контрольно-измерительного (БКИ) (см.фото) и блока-ячейки для послойной укладки пробы грунта, изготовленной из листовой стали с внутренним изоляционным покрытием пленкой типа: «поликен», а также медно-сульфатного неполяризующегося электрода сравнения и двух электродов катодной поляризации из трубной стали, с площадью рабочей поверхности каждого электрода 10 см2; габариты блока-ячейки: 160мм×120мм×110мм.

Габариты БКИ: 115мм×75мм×75мм, напряжение питания: 3 В ( два элемента типа — АА);  индикация силы тока поляризации по 3 диапазонам: 0 – 50 мкА ; 0 – 250 мкА ; 0 – 500 мкА. Масса устройства: 280 г.

На рис. 1.5. отображены графики двух поляризационных кривых характеризующих изменение естественных потенциалов поляризации, одинаковых металлических пластин- электродов (размер – 10 см2, масса, материал, отшлифованная рабочая поверхность), установленных в пробе указанного грунта на расстоянии – 2 см друг от друга, углубленных на 1 — 1,5 см от поверхности, без наложения катодного тока. Из рисунка видно, что уже в начальный момент времени различие в поляризации пластин относительно электрода сравнения составило около 0,045 В, то есть образовался гальванический элемент и междуэлектродная разность потенциалов, практически, не менялась в течение 15 часов, при этом потенциалы катода- кривая 2 и анода-1 в отдельности становились более отрицательными в течение 2 часов, до установления равновесного процесса образования диффузионно-барьерного слоя. При этом ток протекающий по цепи, через измерительную головку составлял примерно 10 мкА.

Рисунок 1.5. Поляризационные кривые рабочего и вспомогательного э-дов, без наложения Ik. (Грунт ХМАО аэрированный, влажность 20%, содержащий 3% раствор NaCl, температура: 250оС, удельное электросопротивление: ρгр. = 22 Ом*м)

Рисунок 1.6 Поляризационные кривые рабочего и вспомогательного э-дов, без наложения Ik. (Грунт аэрированный, влажность 12%, не содержащий раствор NaCl, температура 250С, удельное электросопротивление: ρгр. = 90 Ом*м)

На рис. 1.6. отображены графики поляризации тех же пластин, в грунах ХМАО,  но проба грунта менее влажная и не содержит раствора NaCl,  при этом удельное сопротивление составляло – 90 Ом*м. Из графиков видно,  что величина начальной поляризации пластин существенно меньше, а разность потенциалов между анодом, кривая-1, и катодом, кривая-2,  составляет тысячные доли вольта. Как и в предыдущем случае, процесс поляризации продолжался в течение 2 часов, без изменения смещения разности электродных потенциалов, до установления равновесного процесса образования диффузионно-барьерного слоя. При этом ток, протекающий по цепи, через измерительную головку в начале процесса составлял  2,5 мкА, а в конце, практически, был равен нулю.

1.2.4 Результаты исследования грунтов залегания нефтепровода

Приведенные диаграммы подтверждают термодинамическую возможность коррозии металла нефтепровода Сургут-Полоцк,проходящего через ХМАО,за счет взаимодействия с окружающей средой и образования электродных потенциалов. Причем, чем выше разность междуэлектродных потенциалов (т.е. э.д.с. гальванических элементов), тем больше возможность его суммарной реакции.

Следует отметить, что термодинамическая возможность коррозии не является мерой скорости коррозионного процесса. Высокому значению э.д.с. не всегда соответствует высокая скорость коррозии, то есть указанное условие является необходимым, однако не является достаточным. Этот существенно важный момент, зависящий от совокупности факторов коррозионной активности, рассмотренных выше,  наглядно, отображается на графиках поляризационных кривых см. рис.1.7.

Рисунок 1.7 Поляризационные кривые рабочего и вспомогательного э-дов, без наложения Ik. . Грунт залегания неаэрированный-глинистый, влажность 30%,  содержащий раствор 20% NaCl, температура:250С, удельное электросопротивление: ρгр. = 2,8 Ом*м.

Из графиков видно, что поляризация электродов сохраняет ту же закономерность, как и в предыдущих  двух рассмотренных случаях, то есть длится около 2 часов,  переходя из экспоненциальной зависимости в линейную. Но при этом, особенность процесса состоит в том,  что начальная э.д.с. пары анод-катод, (канал 1 и канал 2),  в данном грунте также велика,  как и в случае рис.4., однако, в течение последующих 5 часов процесса  поляризации,  электродная э.д.с. уменьшается до нуля,  коррозионный гальванический ток пары также стремится к нулю.  В то время  как в аэрированном  грунте,  температурой 250С, влажностью 20%, содержащем 3% раствор NaCl и с удельным сопротивлением ρгр. = 22 Ом*м, коррозионный ток со временем не падал и электродная  э.д.с.,  по сравнению с начальной, не уменьшалась. Иными словами, коррозионная агрессивность грунта рис.1.5. значительно выше агрессивности грунта рис.1.7.,  хотя проводимость грунта существенно больше во втором случае, чем в первом, при этом проба грунта рис.1.6., наименее агрессивна.

То есть для грунта рис.1.6., скорость коррозионного процесса может характеризоваться величиной удельного сопротивления грунта.

Однако, в общем  случае, наиболее объективным критерием коррозионной агрессивности грунтов залегания нефтепровода, согласно изложенного выше, может являться только величина средней плотности катодного тока  Ik, А/м2  значения которого для различных почвенных образцов приведены в ГОСТ 9.602-89, см. табл. 1.1.

Таблица 1.1 — Величина средней плотности катодного тока

1.2.5 Результаты анализа коррозионной активности грунтов ХМАО 

С помощью методики анализа коррозионной активности грунта, согласно требованиям ГОСТ 9.602-89  и устройства для проведения катодной поляризации металлических образцов с площадью рабочей поверхности 10 см2, разработанного и изготовленного в ООО «НТЦ «Нефтегаздиагностика» были получены следующие значения силы тока  Ik характеризующих низкую, среднюю и высокую коррозионную агрессивность грунтов ХМАО: до 50мкА — низкая; От 50мкА до 200мкА – средняя; От. 200мкА до 500мкА — высокая; Св. 500мкА – очень высокая;

Описанные выше пробы грунтов после наложения смещения 100 мВ между рабочим и вспомогательным электродами показали, следующие значения величины катодного тока:

1).по рис.1.5. – 1000 мкА; (500мкА); 2). по рис.1.6. – 320 мкА; (300мкА); 3). по рис.1.7. – 730 мкА.(700мкА),  то есть все грунты коррозионноопасные  и очень коррозионноопасные.

Причем, необходимо отметить, что металлургический фактор,  определяемый даже незначительным различием состава стали электродов, приводит, как было показано, к различной естественной поляризации образцов с образованием э.д.с. гальванических элементов. Поэтому наложение смещения 100 млВ может быть как суммарно последовательным, так и встречным, относительно естественного потенциала, собственно, электрода, при этом контролируемый катодный ток может существенно меняться  до 100%.

Учитывая тот факт, что измеряемый суммарный гальванический ток смещения Ik, в случае произвольной поляризации рабочего и вспомогательного электродов с помощью наложения 100млВ от БКИ устройства, может дать одинаковые результаты для различных по агрессивности грунтов, рекомендуем дополнить методику ГОСТ 9.602-89, предварительным определением катодно-анодной поляризации электродов в пробе грунта. Смещение потенциала относительно установившегося потенциала коррозии проводить по правилу: естественный анод к положительному полюсу источника поляризации естественный катод к отрицательному.

1.6 Вывод из первой главы

Учитывая простоту выполнения вышеописанных операций и анализа данных, коррозионная оценка агрессивности грунта залегания нефтепровода Сургут-Полоцк, пролегающего на территории ХМАО, может быть с успехом определена по приведенной методике, а данные использованы в дальнейшем при расчетах коррозионной активности грунта и особенностях его взаимодействия с металлом трубы.

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Механический расчет нефтепровода

2.1.1 Расчетные характеристики материала

Расчёт толщины стенки выполнен в соответствии с СП 36.13330.2012 Магистральные трубопроводы. Толщина стенки трубопровода определяется из условия восприятия внутреннего давления и температурного перепада.

Данный нефтепровод относится к I классу в зависимости от диаметра трубопровода; категория  ремонтируемого участка трубопровода II (п 26 [1]), нефтепровод, прокладываемый в одном техническом коридоре с другими трубопроводами.

В данном проекте, для принятой схемы прокладки трубопровода проведен поверочный расчёт подземного трубопровода на прочность. Расчет производится исходя из категории участка трубопровода.

Параметры трубопровода, представлены в таблице 2.1.

Нормативные сопротивления растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений  и  принимаем равными соответственно минимальным значениям временного сопротивления и предела текучести, указанных в государственных стандартах и технических условиях на трубы.

Таблица 2.1 — Параметры трубопровода

 

Расчетные сопротивления растяжению (сжатию) R1 и R2 определим по формулам:

k1, k2 коэффициенты надежности по материалу; принимаемые соответственно по табл. 9 и 10 пункта 8.3 32. СП 36.13330.2012 Магистральные трубопроводы; для прямошовных, сваренных из нормализованной и горячекатаной низколегированной стали, изготовленные двусторонней электродуговой сваркой и прошедшие 100%-ный контроль сварных соединений неразрушающими методами труб k1 = 1,47; прямошовные и спиральношовные сварные из малоуглеродистой и низколегированной стали с отношением, k2 = 1,15;

kн коэффициент надежности по назначению трубопровода, принимаемый по табл. 11 пункта 8.3 СНиП 2-05-06-85* Магистральные трубопроводы:

– для нефтепродуктопроводов диаметром 1220 принято kн = 1,05;

R1Н– минимальное значение временного сопротивления, МПа (см.  по таблице 2.1);

R2Н – минимальное значение предела текучести, МПа (см.  по таблице 2.1).

2.1.2 Определение толщины стенки нефтепровода

Расчетную толщину стенки трубопровода d, определим по формуле:

Продольные осевые напряжения sпр.N МПа, определяются от расчетных нагрузок и воздействий (температура и давление) с учетом упругопластической работы металла. В частности, для прямолинейных и упруго-изогнутых участков подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов при отсутствии продольных и поперечных перемещений, просадок и пучения грунта продольные осевые напряжения определяются по формуле:

Полученное расчетное значение толщины стенки трубы округляем до ближайшего большего значения, предусмотренного государственными стандартами или техническими условиями. Таким образом, толщина стенки труб из стали 17Г2АФ равна 12 мм.

2.1.3 Проверка прочности и деформаций подземного нефтепровода

Проверку на прочность подземного трубопровода в продольном направлении произведем из условия:

Максимальные суммарные продольные напряжения , МПа, определяются от всех (с учетом их сочетания) нормативных нагрузок и воздействий с учетом поперечных и продольных перемещений трубопровода в соответствии с правилами строительной механики. В частности, для прямолинейных и упруго-изогнутых участков трубопроводов при отсутствии продольных и поперечных перемещений трубопровода, просадок и пучения грунта максимальные суммарные продольные напряжения от нормативных нагрузок и воздействий — внутреннего давления, температурного перепада и упругого изгиба , МПа, определяются по формулам:

для положительного перепада температур:

2.1.4 Проверка общей устойчивости подземного нефтепровода в продольном направлении

Проверку общей устойчивости трубопровода в продольном направлении в плоскости наименьшей жесткости системы произведем из условия:

где: S – эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода, Н;

Nкр – продольное критическое усилие (Н), при котором наступает потеря продольной устойчивости трубопровода.  Nкр следует определять согласно правилам строительной механики с учетом принятого конструктивного решения и начального искривления трубопровода в зависимости от глубины его заложения, физико-механических характеристик грунта, наличия балласта, закрепляющих устройств с учетом их податливости. На обводненных участках следует учитывать гидростатическое воздействие воды.

Эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода S определяем от расчетных нагрузок и воздействий с учетом продольных и поперечных перемещений трубопровода в соответствии с правилами строительной механики.

В частности, для прямолинейных участков трубопроводов и участков, выполненных упругим изгибом, при отсутствии компенсации продольных перемещений, просадок и пучения грунта фактическое эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода S, Н, определяется по формуле:

Условие выполняется.

2.2 Вывод из второй главы

Расчетным путем доказано, что выбранная толщина стенки нефтепровода Сургут-Полоцк обеспечивает все необходимые прочностные свойства нефтепроводу. При толщине стенки 12 мм обеспечивается устойчивость подземного магистрального нефтепровода в продольном направлении.

3 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Экспериментальное исследование коррозии нефтепровода Сургут-Полоцк

Одной из особенностей нефтепровода Сургут-Полоцк  является факт различия развития коррозионных процессов в зависимости от наличия дополнительных напряжений. Иными словами, в случае наличия дополнительных напряжений, вызванных, например, наличием криволинейного участка, коррозия будет развиваться быстрее. Это обусловлено тем, что напряженно деформированное состояние (НДС) «растягивает» зерна металла, способствуя появлению и развитию микротрещин, то есть происходит ослабление связей между кристаллическими решетками отдельных частиц металла. Кроме того, стоит принять во внимание, что изменение связей происходит не только в результате механического воздействия (изгиб, напряжение), но и в результате термического воздействия (сварки), которое разрушает и меняет связи как между зернами, так и между атомами в самих зернах. Проведенный нами эксперимент полностью подтверждает это.

Были рассмотрены фрагменты трубопровода D=1220мм, толщиной стенки 12 мм, изготовленные из стали 17Г1С, что полностью соответствует характеристикам трубных сталей МН Сургут-Полоцк. По химическому составу металл образцов (массовая доля компонентов, %: С — 0,11, Si — 0,94, Мn — 1,5, S — 0,012, Р — 0,01, Сг -0,1, Ni — 0,07, Сu — 0,07, V — 0,08) удовлетворяет требованиям, предъявляемым ГОСТ 19281—89* к стали марки 17Г1С.

3.2 Исследование поведения образца трубной стали в реальном грунте

Образец из стали 17Г1С плотностью 7850 кг/м3 с линейными размерами 0,073*0,012*0,001 м (73*12*1 мм) массой 6,876 г (измерения массы в данном случае и в дальнейшем проведены на лабораторных электронных весах) был помещен в суглинок, привезенный из зоны залегания нефтепровода Сургут-Полоцк, на 50 суток при постоянной температуре 15о С. Фотографии образца до и после помещения в реальный грунт представлены на рисунках 3.1 и 3.2.

Рисунок 3.1 Образец из стали до помещения в грунт

Рисунок 3.2 Образец из стали после помещения в грунт

После нахождения в суглинке и очистки от оксидов железа металлической щеткой была измерена масса образца. Весы показали значение 6,495 г, то есть потери металла составили 5,54%.

Зная это значение, был проведен следующий эксперимент.

3.3 Выбор раствора электролита

Из стали 17Г1С на заводе ЦСКБ «Прогресс» были изготовлены 4 образца длиной 73 мм и диаметром 3,5 мм. Масса образцов 5,51 г (+/- 0,2%, разницей пренебрегаем).

Эти образцы были помещены в растворы электролитов с PH 4,4; 4,6; 4,8 и 5,0. Данные о кислотности растворов были взяты из результатов исследований суглинков РФ. Каждый из цилиндрических образцов был помещен в раствор и оставлен в нем на 50 суток при постоянной температуре 15 градусов по Цельсию.

Первый образец, помещенный в раствор с кислотностью РН 4,4 потерял 12,08% массы.

Рисунок 3.3 Образец 1

Второй при 4,6 РН, — 10,09%

Рисунок 3.4 Образец 2

Третий образец потерял 7,49% своей массы

Рисунок 3.5     Образец 3

Четвертый – 5,61%

Рисунок 3.6 Образец 4

В результате эксперимента мы выяснили, что раствор, в котором находился Образец 4, по уровню кислотности сопоставим с реальным суглинком из Ханты-Мансийского автономного округа. Следовательно, в нем можно смоделировать коррозионный процесс реального трубопровода.

Вывод: раствор электролита №4 по коррозионным свойствам схож с суглинком Ханты-Мансийского автономного округа…

3.4 Моделирование коррозионных процессов

Целью данного эксперимента, являющегося основополагающим в данном эксперименте, является обоснование целесообразности проведения глубокой шлифовки коррозионных дефектов.

Один из образцов трубопровода был помещен в аквариум с электролитом из вышеприведенного эксперимента на 100 суток (рисунок 3.7).

Рисунок 3.7. Образец в электролите

Помимо этого, в целях моделирования наиболее экстремального сценария развития коррозии на реальном трубопровода, вокруг аквариума было создано магнитное поле при помощи двух стальных стержней, обмотанных стальной проволокой, и автомобильного аккумулятора ,U=24B, I=12А (рисунок 3.8). Электромагнитное поле имитирует воздействие блуждающих токов на нефтепровод Сургут – Полоцк.

Рисунок 3.8 Создание электромагнитного поля на образец

Система находилась в устойчивом состоянии — контролировалась температура процесса, электролит не перемешивался механически, аккумуляторы своевременно менялись.

Визуальный осмотр емкости с образцом проводился каждые пять дней течения эксперимента, данные заносились в дневник наблюдений (Рисунки 3.9, 3.10):

день 1: образец погружен в электролит, создано магнитное поле

день 11: ничего не изменилось

день 21: ничего не изменилось

день 31: раствор приобрел легкий желтоватый окрас

Рисунок 3.9 Наблюдение за насыщенностью электролита

день 41: насыщенность раствора продуктами окисления железа увеличилась

день 51: образуется налет на теле фрагмента трубопровода

день 61: коррозия прогрессирует

день 71: коррозия прогрессирует

день 81: раствор приобрел насыщенный оранжевый окрас

день 91: налет на металле покрыл всю поверхность

день 101: конец моделирования коррозии, отключение стержней, утилизация электролита.

3.5 Вывод из третей главы

В лабораторных условиях была смоделирована электрохимическая коррозия в суглинке, подобран электролит, соответствующий агрессивности среды залегания нефтепровода Сургут-Полоцк. В качестве итога экспериментального исследования можно сделать вывод о том, что выбранный метод и выбранный электролит могут служить проверочным методом разрабатываемой методики.

4. ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Разработка стратегии ремонта трубопровода для уменьшения коррозионных повреждений при последующей эксплуатации

4.1.1 Анализ существующих стратегий ремонтных мероприятий при коррозионном повреждении нефтепроводов

Как известно коррозия и коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) могут привести к отказу нефтепровода, возникновению аварийной ситуации и остановки перекачки. Различные стратегии восстанавливающие  техническое состояние трубопровода (ремонтные работы) приводят к различным уровням отказов МН.  Ниже приведен список трех возможных стратегий ремонта

— Ремонт по отказу

— Ремонт недопустимых дефектов

— Ремонт дефектов, не удовлетворяющих условиям прочности

Если считать, что цель ремонтной стратегии — поддерживать частоту отказов по крайней мере не выше, чем 0,23 отказа/(год х1000 км), то предельный уровень изображен на рисунке 4.1 горизонтальной пунктирной линией

Рисунок 4.1Влияние стратегий ремонтных мероприятий на частоту отказов

Стратегия 1 — минимум ремонтов по критерию «частоты отказов» (красная линия). После проведения инспекции были отремонтированы участки, у которых на момент проведения инспекции разрушающее давление ниже рабочего нормативного. После проведения инспекции частота отказов составляет 0.11 отказов/(год х1000 км), через пять лет это значение достигнет 0,6 отказов/(год х 1000 км). Для того чтобы не превышать уровень в 0,23 отказа/(год х 1000 км), необходимо провести ремонты примерно через 2,3 и 3,6 года.

Стратегия 2 — ремонт по критерию «годности к эксплуатации» (синяя линяя). После проведения инспекции отремонтированы все секции с «недопустимыми» дефектами, у которых на момент проведения инспекции расчетное разрушающее давление меньше максимального проектного давления гидроиспытаний. Начальная частота отказов упала на порядок с 0,11 до 0,011 отказов/(год х 1000 км). Через пять лет частота отказов составит 0,23 отказов/(год х 1000 км). Если в этот момент снова отремонтировать все участки с «недопустимыми» дефектами, ставшие таковыми за эти пять лет, то частота снизится до уровня 0,057 отказов/(год х 1000 км). Однако это значение будет превышать аналогичное значение после ремонтов на начало пятилетнего периода. Таким образом, стратегия, основанная на ремонте только участков с «недопустимыми» дефектами, в долгосрочной перспективе должна привести к росту частоты отказов.

Стратегия 3 — ремонт по критерию «проектной прочности» (зеленая линия). После проведения инспекции «сразу» отремонтированы все участки, снижающие прочность трубы, у которых разрушающее давление меньше. Начальная частота отказов — 1,2х10-3 отказов/(год х 1000 км). Через пять лет эксплуатации вероятность отказа составит 1,0×10 отказов/(год х1000 км).

4.1.2 Результаты анализа стратегий ремонта

Анализ стратегий ремонта МН показывает, что в зависимости от выбранной стратегии через пять лет эксплуатации средняя интенсивность отказов может составлять от 0,6 до 0,01 отказов/(год х 1000 км); различна также частота ремонтов, поддерживающих заданный уровень надежности. Так, ремонт по критерию частоты отказов обеспечивает минимальный объем начальных ремонтных работ, но значительно уменьшает надежность линейной части, ремонт по годности эксплуатации обеспечивает высокую надежность в краткосрочной перспективе (до 3 лет), но требует частого ремонта после 8-10 лет эксплуатации, а ремонт участков, не соответствующих проектной прочности требует проведения больших объемов ремонтных работ на начальном этапе, но гарантирует высокую надежность трубопровода на долгий период эксплуатации.

4.1.3 Экономическое сравнение существующих стратегий ремонта. 

С истечением ресурса эксплуатируемого нефтепровода, а также высокими расходами для поддержания их эксплуатационных свойств, необходимо введение методики, которая позволяет при наименьших экономических затратах максимально повысить остаточный ресурс уже эксплуатируемых трубопроводов, а также увеличить срок вновь строящихся объектов перекачки нефти и нефтепродуктов. С другой стороны, более 85% эксплуатируемых трубопроводов нуждается в капитальном ремонте с заменой изоляционного покрытия, труб, отводов и прочих элементов системы ТТ.

В связи с этим актуальной задачей является выбор наиболее альтернативного метода капитального ремонта. Таким методом является капитальный ремонт по критерию проектной прочности. Данный метод выбран из соотношения надежности и капитальных затрат.

К ее неоспоримым преимуществам методики ремонта по критерию проектной прочности относятся:

— отмеченное выше повышение надежности системы в целом

— снижение эксплуатационных затрат

— увеличение срока службы МН

— очевидная возможность снижения затрат на остановку участка МН (в силу отсутствия необходимости проведения аварийных ремонтных работ)

— возможность безаварийной работы, что повысит экологическую безопасность и позволит прокладывать трубопровод там, где ранее этого старались избежать (территории населенных пунктов, пашни).

Сравним экономический эффект от ремонта по различным стратегиям  трубопровода длиной 100 км с рабочим давлением в 7,5 МПа, общим сроком эксплуатации 35 лет, где ремонт проводится через 10 лет после введения в эксплуатацию. Среднюю стоимость ремонта одного из дефектов примем равной 180 тыс. руб, ставку дисконтирования 13,5%.

Рассмотрим таблицу дефектов (таблица 4.1), где показано увеличение числа и роста дефектов трубопровода со временем, подходящих под каждый из трех критериев. Так как линейные размеры, и, следовательно, степень опасности дефекта, растут в геометрической прогрессии, можно условно предположить, что количество недопустимых дефектов также будет возрастать в геометрической прогрессии.

Таблица 4.1 -Таблица дефектов

По данным расчетных данных был построен график зависимости эксплуатационных затрат от времени эксплуатации нефтепровода Сургут-Полоцк (рисунок 4.2). Красной линией обозначен рост эксплуатационных затрат при выборе стратегии ремонта по отказу, синей – по годности к эксплуатации и зеленой – по проектной прочности.

Рисунок 4.2 График зависимости эксплуатационных затрат от времени эксплуатации нефтепровода

Из графика видно, что стратегия ремонта по проектной прочности становится экономически выгодней остальных стратегий уже через 14 лет после введения МН в эксплуатацию (в случае проведения капитального ремонта на 10-м году эксплуатации). Так как время эксплуатации трубопровода не бесконечно, мы можем принять затраты на ремонт по проектной прочности однократными и не требующими дальнейших вложений, то есть условной константой. Но эксплуатационные затраты включают не только ремонт дефектов. Необходимо учесть замену изоляционного покрытия, замену кожухов на переходах, затраты на пуск-прием диагностического оборудования. Эти затраты одинаковы для всех стратегий и не учитывались при подсчете (так как в случае их учета зависимость затрат от времени существенно не изменится).

Возникает логичный вопрос: не появится ли после 30 лет эксплуатации трубопровода, отремонтированного по проектной прочности, дефектов, не удовлетворяющих условиям этой стратегии, и не потребует ли это дополнительных затрат? Безусловно, вероятность появления этих дефектов имеется, но эти дефекты не будут недопустимыми, потому что в этом случае по результатам диагностики, полученной на 30-м работы трубопровода, составляется план выборочного ремонта по годности к эксплуатации, который осуществляется во время одной из плановых остановок трубопровода и не требует существенных вложений. Эти возможные вложения обозначены на графике желтой линией.

В случае выявления ВТД на 30-м году эксплуатации недопустимых дефектов, необходимо оценить опасность каждого из них. В случае наличия дефектов, ремонт которых можно отложить до 35-го года эксплуатации, плановая остановка и ремонт дефектных участков по критерию годности к эксплуатации. Если же ремонт неизбежен, его проводят на 30-м году, притом ремонтируются также потенциально опасные участки в целях предотвращения необходимости проведения ремонта на 35-м и 40-м годах эксплуатации. Эти ремонты должны планироваться так, чтобы сохранить необходимый уровень надежности в 0,23 отказа и избежать больших затрат.

Также заметить, что в случае правильного проведения капитального ремонта по проектной прочности на 10-м или 15-м году эксплуатации, вероятность необходимости проведения дополнительных ремонтных работ в конце срока эксплуатации нефтепровода Сургут-Полоцк  весьма мала (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 Вероятность необходимости проведения дополнительных ремонтных работ

Любая компания закладывает в план определенное значение расходов на капитальный ремонт, которое нельзя превышать. Методика ремонта по проектной прочности удовлетворяет этому требованию, в то время как ремонты по отказу и годности к эксплуатации в долгосрочной перспективе превышают допустимое значение.

Так как затраты на капремонт закладываются в цену сырья, использование предложенной методики увеличивает прибыль транспортирующей компании и дает дополнительные возможности при подписании договоров с добывающими и перерабатывающими компаниями.

4.2 Предлагаемая стратегия ремонта и комплекс мер по повышению стойкости МН к коррозии

Но стратегии ремонта по критерию отказа и по годности к эксплуатации имеют и свои преимущества: значительно меньший объем работ и отсутствие необходимости больших вложений в ремонтные работы. Исходя из этого факта, мы предлагаем объединить все стратегии в одну совмещенную по следующему принципу.

В случае жесткого соблюдения всех требований на стадии ввода в эксплуатацию и капитального ремонта мы получаем трубопровод с очень высоким показателем надежности. Это требует полного НК всех сварных соединений, так как в силу изменения кристаллической решетки металла именно переходные зоны являются самыми опасными зонами трубопровода, и 100%-ного пооперационного контроля проведения строительных работ, то есть недопустимости появления внешних дефектов на теле трубы, смещения кромок и т.д. и недопущения отклонения положения трубопровода от нивелировочных отметок. Допуск дефектов на этапе строительства должен вестись по критерию проектной прочности.

Следовательно, начальный период (до появления первого недопустимого дефекта) нет никакой необходимости проводить на участке плановые ремонтные работы, поэтому лучшей стратегией в данном случае будет являться ремонт по критерию отказа.

Помимо первого недопустимого дефекта, на трубопроводе появляется некоторый объем коррозионных зон, растущих в геометрической прогрессии. Данные об этих дефектах и скорости их роста мы получаем по результатам ВТД, проводимой раз в 5 лет, а также расчетным путем.

Последнее означает, что благодаря разрабатываемой нами методике мы можем от геометрических размеров того или иного коррозионного повреждения придти к аналитическому выражению степени опасности коррозионного дефекта как в текущее время, так и в перспективе с учетом геометрического роста дефектов, рабочего давления, марки стали, коррозионной активности грунтов, наличия внешних воздействий и непогашенных блуждающих токов.

Исходя из полученной полной картины дефектных зон трубопровода, мы получаем три примерных сценария образования дефектов (рисунок 4.4):

Рисунок 4.4 Сценарий образования коррозионных дефектов на МН

Первая говорит о том, на пока еще «чистом» с точки зрения коррозии участке трубопровода, на котором через некоторое время может образоваться незначительный дефектный участок, не представляющий опасности в эксплуатации. На подобных участках рационально применять ремонт по отказу.

Вторая картина роста дефектов говорит о том, что имеющаяся на участке коррозия со временем начнет увеличивать свои линейные размеры в геометрической прогрессии и являться все более и более опасным концентратором напряжений. Несмотря на то, что на данный период этот участок не является потенциально аварийным, его необходимо отремонтировать по критерию проектной прочности во избежание снижения надежности системы.

Третий вариант развития дефекта – скорое развитие серьезного дефекта в дефект, недопустимый к эксплуатации. Выход – ремонт подобных участков по критерию годности к эксплуатации.

Подобная стратегия совмещает в себе все три существующих, – она обеспечивает наивысшую надежность трубопровода в силу недопущения появления опасных дефектов, являющихся концентраторами напряжений, и небольшие затраты в силу адекватного определения степени опасности того или иного участка, то есть устранения необходимости проводить дорогостоящий ремонт по проектной прочности там, где в нем нет реальной нужды.

Кроме того, еще на стадии строительства мы можем оценить опасность каждого участка трубопровода и применить разработанный нами комплекс мер, повышающих его надежность и не меняющих стоимость проекта, в котором на основе полученной классификации коррозионной опасности участков трубопровода

— увеличение на 1 мм толщина стенки трубопровода (дополнительный мм появляется по критерию коррозионной активности на наиболее потенциально коррозионных участках);

— более глубокая шлифовка (глубина шлифовки позволяет устранить микротрещины в металле трубы, и, как следствие, избежать развития дефектных зон);

— строительство резервных ниток на самых опасных участках (подводных переходах, прохождении вблизи НП и по ценным землям)

— повышение мощности установок ЭХЗ и более активное применение усиленной изоляции.

5. ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ

5.1 Разработка мер по предотвращению коррозионных повреждений после ремонта

5.1.1 Подготовка экспериментальных образцов

Полученный прокорродировавший образец ,полученный при проведении экспериментального исследования , был подвергнут шлифовке в околошовной зоне, притом слева была создана глубокая шлифовка (на 1 мм глубже, чем по РД), а справа – шлифовка, приводящаяся согласно существующему РД ОАО «АК «Транснефть» (рисунок 5.1):

Рисунок 5.1 Образец №1

5.1.2 Эксперимент по обнаружению концентраторов напряжений при помощи термографического метода 

В качестве одного доказательства устранений микротрещин вышеописанные отшлифованные образцы были подвергнуты термическому воздействию.

Одним из способов обнаружения концентраторов напряжений в отшлифованной зоне является нагрев фрагментов трубопровода, последующее охлаждение и наблюдение за этим процессом при помощи теплокамеры.

Теплокамера это устройство для создания теплографических фотоснимков.

Возможность обнаружения концентраторов напряжения при помощи теплографии объясняется тем, что напряжение меняет взаимное расположение зерен и форму кристаллической решетки каждого зерна, находящегося в зоне напряжения. Подобные изменения влияют на теплопроводность отдельных участков металла.

Для равномерного нагрева была собрана электрическая цепь, изображенная на схеме (рисунок 5.2).

Рисунок 5.2  Схема электрической цепи

1 – источник переменного тока (220 В, 50 Гц), 2 – механический ключ, 3 – модуль управления температурой (терморгулятор), 4 – подключенный фрагмент трубопровода, 5 – термодатчик

Терморегулятор – это устройство, контролирующее температуру образца. Терморегулятор обладает выносным термодатчиком, который устанавливается в свободной от прямого воздействия отопительных приборов зоне и снабжает терморегулятор информацией о температуре образца. На основе этих данных терморегулятор управляет напряжением, подаваемым на образец, то есть температурой, за счет изменения внутреннего напряжения терморегулятора.

Образец трубопроводной стали был сфотографирован термокамерой (тепловизором), видно, металл до нагрева охлажден и имеет равномерную температуру по всей поверхности.

Рисунок 5.3 Снимок образца при комнатной температуре

На рисунке 5.3 металл изображен на фоне рук одного из разработчиков проекта, и очевидно, что его температура меньше температуры человеческого тела.

Далее при помощи вышепредставленной схемы образец был равномерно нагрет до температуры в 80оС. Съемка термокамерой была произведена при нагреве образца до 40˚ и 80 градусов (Рисунок 5.4. и Рисунок 5.5).

Рисунок 5.4 Нагрев образца до    40˚С. Снимок тепловизором

Рисунок 5.5 Нагрев образца до 80˚С. Снимок тепловизором

Видно, что стык и околошовная зона нагреваются неравномерно, что свидетельствует о концентрации напряжений в этих областях.

После этого металл постепенно охлаждался, что изображено на рисунке 5.6

Рисунок 5.6 Постепенное охлаждение образца.

Рисунок слева соответствует охлаждению до 50 градусов, справа– до 30, притом слева изображена зона, подвергнутая глубокой шлифовке, а справа – зона, подвергнутая шлифовке согласно текущему РД.

При 50 градусах околошовная зона с глубокой шлифовкой являет собой равномерный очаг распространения повышенной относительно средней температуры металла трубы поверхностью, в то время как зона с обычной шлифовкой по периметру горячее тела образца, а в центре – прохладней, что свидетельствует о наличии двух зон аномальной кристаллической решетки, в то время как в зоне глубокой шлифовки аномалия лишь одна.

5.1.3 Вывод из эксперимента

При коррозионном повреждении металла нефтепровода требуется провести устранение продуктов коррозии путем его шлифовки при помощи шлифовальной машинки. Зона шлифовки является концентратором напряжений, притом глубокая шлифовка обеспечивает не только  более равномерное распределение напряжений, но и обеспечивает уменьшение размера зоны концентрации напряжений (ЗКН), а также уменьшение величины напряжений.

5.2 Эксперимент по определению развития микротрещин в зоне обычной шлифовки под напряжением

Местом зарождения трещин является сварные швы, околошовная зона, а также участки трубопровода, находящиеся под напряжением.

На оборудовании ЦСКБ «Прогресс» из вышеописанных нами фрагментов трубопровода согласно ГОСТ 7564–73 были изготовлены образцы квадратного сечения (12*12 мм), сопоставимые по размерам с СОП, применяемыми при испытаниях на изгиб. Образцы были вырезаны из металла околошовной зоны так, чтобы отшлифованная поверхность находилась посередине образца.

Был проведен металлографический анализ боковой поверхности образца на уровне отшлифованной зоны до и после нагрузки. Нагрузка придана универсальной испытательной машиной УИМ (рисунок 5.7)

Рисунок 5.7 УИМ

Смоделированная в лабораторных условиях коррозия дала неустраненную обычной шлифовкой трещину, изображенную на рисунке 5.8 (увеличение в 70 раз):

Рисунок 5.8 Трещина, не устраненная обычной шлифовкой

После этого на УИМ на выточенный образец было подано изгибающее усилие, эквивалентное давлению в 5,0 МПа (что соответствует рабочему давлению в МН «Сургут-Полоцк»). Напряжение подавалось непрерывно и равномерно в течение 14 часов, после чего трещина на рисунке 5.9 развилась, что показано на рисунке 5.10.

Рисунок 5.9 Развитие трещины под нагрузкой

В то же время зона образца, вырезанный из металла околошовной зоны, подвергнутому глубокой шлифовке, был проведен через те же процедуры нагружения. Под микроскопом мы увидели, что в результате проведения глубокой шлифовки трещины были удалены и не образовывались в результате нагружения (рисунок 5.10)

Рисунок 5.10 Зона образца с глубокой шлифовкой. Изображение под микроскопом: слева — до нагрузки, справа — после нагрузки

5.2.1 Вывод из эксперимента

В качестве вывода можно сказать, что она обычной шлифовки характеризуется неустраненными микротрещинами, которые увеличиваются при нагрузке, а в зоне глубокой шлифовки трещины полностью удаляются и не появляются при приложении нагрузки.

5.3 Обоснование изменения скорости ультразвуковой волны в зонах концентрации напряжений

Ультразвук хорошо распространяется в некоторых материалах, что позволяет использовать его для ультразвуковой дефектоскопии изделий из этих материалов. В последнее время получает развитие направление ультразвуковой микроскопии, позволяющее исследовать подповерхностный слой материала с хорошей разрешающей способностью.

Рассеяние ультразвуковых волн возникает в тех случаях, когда волны распространяются в акустически неоднородных средах. При этом часть энергии падающей волны переизлучается в виде рассеянных волн, которые отличаются от исходной волны либо задержкой по времени, либо изменением направления распространения.

Как было описано выше, концентрация напряжений вокруг дефектов металла вызывает неоднородность зерновой и кристаллической структур стали. Следовательно, в этих зонах будет наблюдаться рассеяние ультразвуковых волн.

Для обоснования рассеивания ультразвуковой волны был использован УИУ «Скаруч».

Ультразвуковая измерительная установка УИУ «Скаруч» (рисунок 5.11) позволяет решать широкий спектр задач при выполнении неразрушающего контроля. Установка используется для ручного УЗК и механизированного контроля трубопроводов (диаметр от 57 мм), любых металлоконструкций с толщиной стенки от 4 до 60 мм, контроля сварных швов со скоростью распространения ультразвуковых продольных волн 5300÷6300 м/с.

Рисунок 5.11 Скаруч

Сначала были проведены измерения толщины стенки фрагмента трубопровода. Толщина стенки до проведения эксперимента по моделированию коррозии в суглинке составила 12мм. После проведения эксперимента стенки утонилась до 10,7-11,5 мм, притом в околошовной зоне толщина стенки составила 10,7 мм в зоне, которая впоследствии была зашлифована обычной шлифовкой, и также 10,7 в зоне глубокой шлифовки.

Рассмотрим схематическую схему коррозионной трещины (рисунок 5.12).

Рисунок 5.12 Схема коррозионной трещины

1 – коррозионная микротрещин, 2 – основной металл, 3 – корень трещины, 4 – очаг напряжения, 5 – зона границ несплошности (очага напряжения)

Корень трещины является ее первообразованием, представляя собой несплошность на уровне кристаллической решетки. Зона границ несплошности это зона, в пределах которой в несплошности корня сохраняется взаимодействие между частицами кристаллической решетки. По достижению границ этой зоны связи между ионами решетки рвутся и несплошность переходит в микротрещину, которая, развиваясь, достигает поверхности металла.

Для предотвращения подобных процессов необходимо проводить глубокую шлифовку. Существующие нормативы подразумевают удаление лишь участков коррозионных потерь металла (1 мм на схеме), не затрагивая при этом следующий слой, в котором сохраняются условия для дальнейшего образования микротрещин.

В свою очередь, глубокая шлифовка подразумевает собой удаление зоны границ несплошности (1+0,6 мм тольшины на схеме), то есть избежание возникновения трещин и несплошностей, что, несмотря на небольшое уменьшение механических характеристик зашлифованного участка, улучшает противокоррозионные свойства зашлифованной поверхности.Следовательно, после шлифовки обычная шлифовка удалила 1,3 мм толщины корродировавшей трубы, удалив коррозионный участок, но оставив концентраторы напряжений. Толщина стенки в этой зоне составит

12 – 1,3 = 10,7 мм                                        (5.1)

Глубокая шлифовка подразумевает удаление концентраторов напряжений, то есть сошлифовку дополнительных 0,5-0,7 мм толщины металла. Мы выбрали среднее значение, поэтому толщина стенки в зоне глубокой шлифовки составит

12 – 1,3 – 0,6 = 10,1 мм                        (5.2)

Вернемся к «Скаручу». Скорость распространения ультразвуковой волны в стали 17Г1С составляет 5900 м/с (5,9*106 мм/с), причем погрешность прибора составляет 1% (+/- 59 м/с или 0,059*106 мм/с).

Было проведено 5 измерений скорости прохождения звуковой волной металла сошлифованной зоны и высчитано среднее арифметическое:

Таблица 5.1 — Данные об измерении скорости УЗ

5.3.1 Вывод

Доказано наличие непогашенных очагов концентрации напряжений вокруг не устраненных обычной шлифовкой микротрещин. Результаты измерений показали, что в зоне глубокой шлифовки значение скорости распространения ультразвуковой волны практически не изменилось, в то время как в зоне обычной шлифовки скорость уменьшилась на 1,6%, что находится за пределами погрешности прибора.

5.4 Определение концентрации ионов трехвалентного железа в электролите

Согласно описанной выше методе определяем содержание ионов железа в растворе электролита при помещении в него образца с глубокой и обычной шлифовкой. При этом проводим измерение содержания ионов железа в электролитах на 30-й день.

В результате при помещении образца с обычноцй шлифовкой в электролит цвет кислой среды (электролита) значительно отличается. Визуально заметно, что в емкости с образцом с глубокой шлифовкой электролит более светлый ,чем  в емкости с образцом с простой шлифовкой( рисунок 5.13).

Рисунок 5.13 Цвет электролита из емкости с образцами на 30-й день .

Слева- образей с глубокой шлифивкой

Справа- образец с шлифовкой по РД

Анализ содержания железа в электролитах показал, что в растворе электролита с образцом, подвергнутым глубокой шлифовке, содержание ионов железа Fe+3,мг менее 0, 05мг. Содержание ионов железа в растворе электролита, в который был помещён образец со шлифовкой по РД равно о,1 мг.

5.4.1 Вывод из эксперимента

Увеличение насыщенности окраски изначально прозрачного раствора электролита в растворе образца со шлифовкой по РД, относительно электролита образца с глубокой шлифовкой, свидетельствует о том, что отшлифованный по РД фрагмент нефтепровода потерял металла больше, то есть сильнее коррозировал. Об это же свидетельствует более темный окрас раствора электролита.

5.5 Итоги применения разработанных мер

Главным преимущество глубокой шлифовки перед традиционной является устранение концентраторов напряжений в силу удаления микротрещин. Глубина шлифовки согласно разработанной  методике увеличивается на 0,7-0,8 мм, что позволяет избежать развития коррозии на вновь отшлифованном участке и в то же время практически не влияет на механические свойства трубопровода.

6. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

6.1 Безопасность при проведении сварочно-монтажных работ при вырезке коррозионной секции, шлифовальных работ, а также сварочно-монтажных работ

При подгонке трубы и катушки, резке торцов труб запрещается находиться напротив открытых концов трубопровода, а также присутствовать лицам, не участвующим при выполнении данных операций.

Производство сварочно-монтажных работ разрешается осуществлять с оформлением наряда-допуска на огневые работы. При производстве работ необходимо организовать контроль воздушной среды на загазованность.

Оборудовать площадку для проведения работ по подгонке трубы и катушек с использованием газовой резки на расстоянии не менее 0,5 м от бровки ремонтного котлована и оградить её щитами из несгораемых материалов. Очистить площадку от сгораемых материалов, а также укомплектовать её двумя огнетушителями ОУ-5 и кошмой. Применяемые при проведении работ сварочное оборудование, переносной электроинструмент, освещение и средства индивидуальной защиты проверить на соответствие требованиям «Правил устройства электроустановок», «Правил эксплуатации электроустановок потребителей». На месте работ иметь специальную палатку или полог для защиты котлована от осадков.

К проведению сварочных работ и работ с переносным электроинструментом допускать лиц, не моложе 18 лет, прошедших предварительное обучение, проверку знаний инструкций по охране труда, имеющих запись в квалификационном удостоверении о допуске к выполнению работ с переносным электроинструментом и группу по электробезопасности не ниже II.

Ответственный за проведение работ должен иметь группу по электробезопасности не ниже, чем у подчиненного персонала, и в своей работе руководствоваться требованиями «Межотраслевых правил по охране труда (правил безопасности) при эксплуатации электроустановок».

Перед началом электросварочных работ проверить исправность изоляции сварочных кабелей и электрододержателей, а также плотность соединений всех контактов.

Расстояние от сварочных кабелей до баллонов с кислородом должно быть не менее 0,5 м, до баллонов  с горючими газами – не менее 1 м. Разместить и закрепить исправные баллоны с кислородом и горючим газом в вертикальном положении в гнездах специальных стоек на расстоянии не менее 5 м друг от друга и на расстоянии не менее 5 м от места проведения работ.

Использование самодельных электрокабелей и электрододержателей с нарушенной изоляцией рукоятки запрещается.

Кабели, подключенные к сварочным аппаратам, распределительным щитам и другому оборудованию, а также в местах сварочных работ должны быть надежно изолированы от действия высокой температуры, химических воздействий и механических повреждений.

При пользовании электроинструментом, ручными электрическими машинами, переносными светильниками их провода и кабели подвесить на штатные подставки.

Переносной электроинструмент, светильники, ручные электрические машины подключить только через устройство защитного отключения (УЗО).

Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генераторов, трансформаторов, должно быть не более 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 380 и 220 В.

При работе с шлифмашинкой необходимо выполнять следующие основные требования безопасности:

— работать обязательно в перчатках, крагах и тщательно заправленном рабочем костюме, надежно предохраняющем от попадания искры и т.д.;

— при установке и закреплении  диска применять гайки без забоин, затяжку гайки производить только штатным ключом;

— применять прошедшие испытание отрезные и абразивные круги с маркировкой, соответствующей технической характеристике машины;

— держать машинку так, чтобы искры вылетали вперед, работать только той частью диска, которая обращена «вниз»;

— запрещается применять сточенный диск со сколами;

— не допускать при работе попадание отделяемых при зачистке частей и выломанного ворса на окружающих, место проведения работ должно быть огорожено щитами.

При работе со шлифмашинкой запрещается:

— работать без спецодежды и обуви, средств защиты головы и глаз;

— снимать защитный кожух рабочего круга;

— применять круги, допустимая скорость вращения которых меньше скорости вращения шлифмашинки;

— после выключения машинки принудительно останавливать вращающуюся щетку или круг руками, обрабатываемыми или другими предметами;

— при зажиме диска в пропиле  вырывать из реза не выключенную машинку;

— класть шлифмашинку до полной остановки рабочего круга;

— работать, держа машинку одной рукой;

— производить замену или закрепление рабочего круга без отключения машинки от сети;

— оставлять без надзора электроинструмент, присоединенный к сети, а также передавать его лицам, не имеющим допуска к работе с ним.

Запрещается работа с электроинструментом:

— при повреждении штепсельного соединения, кабеля или его защитной трубки;

— при нечеткой работе выключателя;

— при вытекании смазки из редуктора;

— при появлении дыма;

— при повышенном шуме, стуке и вибрации;

— при поломке или появлении трещин в корпусе,  защитном экране;

— при исчезновении электрической связи между металлическими частями корпуса и нулевым защитным штырем питающей вилки.

На корпусе электросварочного аппарата должен быть указан инвентарный номер, дата следующего измерения сопротивления изоляции и принадлежность подразделению.

Запрещается проведение сварочных работ во время снега или дождя без применения навеса над местом производства работ и ветра со скоростью свыше 10 м/сек.

При оставлении места работы сварщик обязан отключить сварочный аппарат.

При транспортировании газовых баллонов на них должны быть навернуты колпаки, кроме того, на баллонах с горючими газами на боковом штуцере должны быть установлены заглушки.

Совместная транспортировка кислородных баллонов и баллонов с горючими газами не допускается. В исключительных случаях допускается одновременная транспортировка не более 10 баллонов с кислородом и горючими газами (суммарно).

Запрещается нахождение людей в кузове автомашины при транспортировании баллонов. Баллоны должны подвергаться техническому освидетельствованию. На горловине баллона должна быть выбита дата следующего освидетельствования. Использование баллонов с истекшим сроком освидетельствования не допускается.

Расстояние от баллонов до источников открытого огня должно составлять не менее 5 м. Баллоны должны быть защищены от воздействия прямых солнечных лучей.

Редукторы, используемые для снижения давления, должны быть окрашены в тот же цвет, что и баллон. Пользоваться редукторами, имеющими неисправные или с истекшим сроком поверки манометры, – запрещается.

Замерзшие редукторы отогревать только горячей водой. Запрещается подогревать баллоны для повышения давления.

Общая длина рукавов для газовой резки должна быть не более
30 м, рукав должен состоять не более чем из трех отдельных кусков, соединенных между собой двухсторонними гофрированными ниппелями, закрепленными хомутами. Рукава необходимо ежедневно осматривать на наличие трещин и надрезов.

Рукава для газовой резки, редукторы и газовые горелки должны подвергаться периодическим испытаниям.

При проведении газо-резательных работ запрещается:

— работать без защитных очков;

— допускать соприкосновение кислородных баллонов, редукторов и другого сварочного оборудования с различными маслами, а также промасленной одеждой и ветошью;

— производить продувку шланга для горючих газов кислородом и кислородного шланга горючими газами, а также взаимозаменять шланги при работе;

— пользоваться неисправными, неопломбированными или с просроченным сроком проверки манометрами на редукторах;

— находиться напротив штуцера при продувке вентиля баллона;

— производить газовую резку на расстоянии менее 5 м от баллонов с кислородом и сжиженным газом;

— выполнять какие-либо работы с открытым огнем на расстоянии менее 3 м от пропановых шлангов и менее 1,5 м от кислородных шлангов;

— применять для уплотнения редуктора любые прокладки, кроме фибровых;

— ремонтировать газовую аппаратуру и подтягивать болты соединений, находящихся под давлением;

— придерживать отрезаемый кусок металла руками.

Шланги необходимо располагать так, чтобы они не перекручивались, не перегибались и не переламывались, чтобы на них не попали искры и брызги металла и чтобы по ним не проходили люди или техника. Шланги защитить от соприкосновений с токоведущими проводами, стальными канатами, нагретыми предметами, масляными и жирными материалами. Закрепление шлангов на соединительных ниппелях должно быть надежным. Для этой цели должны применяться специальные хомутики.

В процессе работы разрезаемые заготовки очистить от масла, окалины и грязи с целью предотвращения разбрызгивания металла и загрязнения воздуха испарениями газа.

Работы по подгонке катушки выполнять вне котлована.

По окончании работ по подгонке заготовок катушки удалить автокран за 100 м от котлована.

6.2 Техника безопасности при электросварочных работах

При проведении электросварочных работ:

— места электросварочных работ оградить светонепроницаемыми щитами или завесами из несгораемого материала, если работа выполняется вблизи других работающих.

— во время перерывов в работе электросварщику запрещается оставлять на рабочем месте электрододержатель, находящийся под напряжением, сварочный аппарат отключить, а электрододержатель закреплять на специальной подставке или подвеске. Подключение и отключение сварочных аппаратов, а также их ремонт должны осуществляться специальным персоналом через индивидуальный рубильник.

— во время работы следить, чтобы в зоне производства огневых работ не находились посторонние лица. В случае их появления прекратить работу и удалить посторонних лиц.

— во время работы, необходимо следить, чтобы руки, обувь и одежда были сухими, так как это может привести к электротравме.

— следить, чтобы провода не находились в воде, не пересекали проезжие дороги.

— при работе, для защиты глаз и лица обязательно пользоваться щитком. Не смотреть самим и не разрешать другим смотреть на электрическую дугу незащищенными глазами, а также через очки или стекла без щитка.

— при выполнении газоопасных работ применять инструмент, не дающий искр.

6.3 Правила безопасности при работе с металлом на токарном станке

Основным видом травм при работе на станках является ранение рук и ушибы тела. Причинами травм в основном являются неправильное размещение станочного оборудования в цехе; отсутствие или несовершенство конструкций ограждений; непрочное закрепление обрабатываемой детали или инструмента; отсутствие или неприменение защитных приспособлений; отсутствие или неприменение защитных приспособлений; неприменение рабочими индивидуальных защитных средств; несоблюдение безопасных приемов работы и др.

Для всех групп станков общие требования безопасности заключаются прежде всего в правильном размещении оборудования в соответствии с технологией производства с соблюдением нормальных расстояний между станками и от станков до стен и колонн здания, предписываемых «Правилами техники безопасности и производственной санитарии при холодной обработке металлов для предприятий электротехнической промышленности». Несоблюдение этих расстояний приводит к загромождению рабочих мест и может быть одной из причин травмирования. Для обеспечения свободного перемещения станочников и вспомогательного персонала необходимо, чтобы проходы между штабелями материалов и изделий были не менее 0,8 м, а их высота была не больше 1 м. во всех случаях детали и материалы должны быть уложены устойчиво. Мелкие детали складывают в таре.

Во избежание захвата одежды движущимися частями станка, могущего привести к тяжелым травмам, все движущиеся части станков должны иметь прочные ограждения. Выступающие концы валов также должны быть закрыты кожухами.

При необходимости периодического открывания ограждений в течение рабочей смены устанавливается электрическая блокировка, обеспечивающая остановку станка при открывании ограждений.

На токарных станках, особенно при обработке деталей из хрупких материалов (чугун, бронза, алюминиевые сплавы), образующаяся стружка разламывается и куски металла отлетают на значительное расстояние. Во избежание ранения лица рабочего и особенно опасного ранения глаз в зоне ранения устанавливают защитные щитки из прочного прозрачного материала, например оргстекла.

Если почему-либо ограждение в зоне резания не установлено, то необходимо работать в защитных очках или в защитной маске.

Во время обработки длинных прутковых заготовок следует учесть, что при вращении прутка выступающий из патрона длинный конец его вследствие центробежной силы, отклоняясь, может не только захватить одежду рабочего, но и нанести опасный удар. Поэтому по всей длине выступающей части прутка необходимо поставить ограждение в виде трубы.

При установке заготовки на токарном станке заднюю бабку следует надежно закрепить во избежание выброса детали во время  работы станка недопустимо убирать стружку вблизи его движущихся частей. Если стружка намоталась на патрон или планшайбу, то удалять ее следует после остановки станка.

При зачистке детали или ее полировке с помощью наждачной бумаги суппорт с резцом следует отвести на безопасное расстояние и работать с помощью прижимных колодок или оправок. Во время отрезания резцом деталь нельзя поддерживать руками, а следует пользоваться специальными деревянными подкладками. Во время работы станка запрещается измерять размеры детали, трогать ее рукой, устанавливать или заменять резцы, чистить или смазывать станок, тормозить рукой патрон или планшайбу до полной их остановки после отключения двигателя. При обработке в центрах длинных заготовок при малых диаметрах устанавливают дополнительные опоры (люнеты). Закрепление резца должно быть не менее, чем двумя болтами резцедержателя, который должен устанавливаться по центру обрабатываемой заготовки.

При выполнении сверлильных и фрезерных операций возникает опасность захвата сверлом или фрезой и ранения рук. Одежда станочника должна быть прилегающей, прическа убрана под головной убор (берет, косынка и др.). работать в рукавицах или перчатках, а также с забинтованными пальцами рук недопустимо ввиду опасности захвата режущим инструментом.

Обрабатываемые детали следует надежно закреплять в оправках или тисках. Недопустимо сверлить детали, удерживая их рукой. Мелкие детали для сверления можно удерживать специальными щитками.

Во  избежание поломки режущего инструмента сначала включается орган вращения шпинделя, а затем осуществляется подача. Соприкосновение резца с обрабатываемой деталью должно быть плавным, без ударов.

На токарных станках применяют патроны с пневмо или гидрозажимом.

Во избежание аварии и травмирования людей из-за выпадения детали в случае падения давления в сети необходимо в трубопроводе устанавливать реле давления и обратный клапан.

Установка на станке патрон и планшайб массой более 20 кг осуществляется грузоподъемным механизмом (например, талью).

Во время обработки вязких металлов образуется длинная стружка, которую необходимо удалять из зоны резания, так как она может быть причиной тяжелых травм (например, ранение с повреждением сухожилий). Мерой защиты от таких ранений служит применение специальных резцов, обеспечивающих ломку или завивание длинной стружки. Вьющуюся стружку принимают специальными крючками с защитным экраном у рукоятки.

На фрезерном станке подачу обрабатываемой детали необходимо осуществлять против направлений движения зубьев фрезы, так как в противном случае возможна их поломка. Недопустимо работать на станке в случае биения (или вибрации) фрезы, причиной которого может быть затупление фрезы или прогиб оправки.

По окончании  обработки деталь нужно снимать осторожно, остерегаясь порезов пальцев острыми ее гранями.

Работа на шлифовальных и точильных станках опасна в отношении возможности аварийного разрыва шлифовального круга. Во избежание этого круг до его установки должен быть испытан на механическую прочность при повышенной частоте вращения на 50% сверх номинальной.

При ручной шлифовании или заточке для защиты пальцев рук необходимо надевать специальные напальчники, а для защиты глаз от отделяющих частиц металла или абразива пользоваться прозрачным щитком или защитными очками.

При ручной обработке материалов (рубка, опиловка и др.) необходимо соблюдать следующие меры предосторожности. Слесарный верстак должен иметь сетчатое ограждение во избежание ранения находящихся поблизости людей осколками металла. Обрабатываемую деталь надо устанавливать так, чтобы куски металла отлетали в сторону защитной сетки. Во избежание ранения рук при рубке длина зубила должна быть не менее 150 мм, головка – слегка вытянута и иметь конусную форму. Не допускается пользование зубилом с расклепанной головкой. Молоток также должен иметь слегка выпуклую поверхность бойка и рукоятку длиной 30-40 см с небольшим утолщением к концу, что предохраняет от выскакивания его из рук при взмахе и ударе.

Хвостовики напильников закрепляют в деревянных ручках, снабженных металлическим кольцом, предохраняющим ручку от раскалывания.

6.4 Правила безопасности при работе с нагретым металлом

Все работы выполняют в брезентовых рукавицах и длинном фартуке ниже колен из плотной ткани. На фартуке должен быть один нагрудный карман и один карман справа у пояса (для правшей). Кроме рукавиц и фартука, на работнике должны быть надеты:

Во время работы с нагретым металлом необходимо пользоваться специальной защитной маской или очками с небьющимися стеклами.

Поблизости необходимо иметь емкость с холодной водой и аптечку.

6.5 Правила безопасности при работе с электролитами

Не допускается контакт электролитов в открытой кожей и слизистыми работника. В случае попадания электролита на кожу его необходимо смыть в прохладной проточной воде.

Хранить электролиты и проводить эксперименты только в стеклянных сосудах, оборудованных пробками или герметичными крышками.

По окончанию работы необходимо мыть руки теплой водой с мылом.

6.6 Правила безопасности при работе с УИМ

Переключение скоростей производить только при выключенном электродвигателе.

Не трогать движущиеся части УИМ.

Перед извлечением образца убедиться в полном отсутствии подачи усилия.

6.7 Правила безопасности при работе в лаборатории

Запрещается допускать лиц к работе в лаборатории без ознакомления с техникой безопасности. Прохождение инструктажа отмечается росписью в лабораторном журнале по технике безопасности. Ответственность за это несет руководитель лаборатории.

Во время работы в лаборатории соблюдать чистоту, порядок и правила техники безопасности.

Запрещается в лаборатории пить воду, принимать пищу, курить.

Все реактивы следует хранить только в соответствующей посуде с этикетками.

Запрещается приступать к работе, не согласовав плана работы с начальником лаборатории.

По окончании пользования газом, водой и электроприборами немедленно закройте краны, которыми вы пользовались и отключите электроприборы. Уходя из лаборатории, проверьте окончание химических процессов, включены ли газ, вода и электрический ток на столах, под тягами и затем в наружных шахтах.

Лица, нарушающие правила безопасности, привлекаются администрацией к ответственности.

Запрещается ЛВЖ выливать в ведра, банки для мусора во избежание пожара.

6.8 Первая помощь в лабораториях при ожогах и отравлениях.

При термических ожогах немедленно делайте неоднократные примочки в месте ожога спиртовым раствором таннина (можно также смачивать раствором KMnO4 или С2Н5ОН и покрывать мазью от ожогов – сульфидиновой эмульсией).

При ожогах кислотами сначала хорошо промойте обоженное место проточной водой, а затем раствором Nа2СО3.

При ожогах едкими щелочами хорошо промойте обоженное место водой, а затем разбавленной уксусной кислотой.

В случае вдыхания хлора или паров брома следует вдыхать пары спирта, а затем выйти на свежий воздух.

Особое внимание при работе в лаборатории должно уделяться защите глаз. В случае попадания в глаза различных химических реагентов нужно немедленно промыть глаза большим количеством воды в течение 3 – 5 минут, а затем промыть глаза в случае щелочных реагентов растворов раствором HBr, в случае кислых – раствором Na2CO3. После этих мер первой помощи необходимо немедленно обратиться к врачу.

6.9 Тушение местного пожара и горящей одежды

При возникновении пожара немедленно выключите газ и электроприборы по всей лаборатории, уберите все горючие вещества подальше от огня, засыпьте песком или накройте войлочным, шерстяным одеялом или асбестом очаг пожара. Большое пламя тушат при помощи огнетушителя (лучше применять углекислотные).

Если на ком-либо загорится одежда, тушите обливанием водой из душа или немедленно повалите на пол и накройте войлочным одеялом, которое не снимайте до тех пор, пока не погаснет пламя.

7. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

7.1 Мероприятия по охране земель и почвенного слоя при производстве работ 

Для минимизации воздействия выполнение капитального ремонта на участке Сургут — Полоцк, передвижение транспортной и строительной техники, складирование материалов и отходов осуществляется на специально организуемых площадках. В местах реза труб предусматривается установка инвентарных поддонов для сбора нефти.

Основные мероприятия, направленные на восстановление и улучшения почв и земельных ресурсов, служит их рекультивация после завершения работ.

Рекультивация нарушенных земель.

Участок работ, подлежащий рекультивации, представлен пастбищными угодьями. Работы по рекультивации должны проходить в два этапа: технический и биологический.

Технический этап рекультивации включается в общий комплекс работ по прокладке трубопровода и выполняется в следующей последовательности:

  • снятие плодородного слоя почвы с полосы отвода;
  • перемещение плодородного грунта в отвал на границу полосы отвода;
  • обратное нанесение плодородного грунта из отвала на полосу среза, равномерное его распределение в пределах рекультивируемой полосы с целью создания ровной поверхности;
  • планировочные работы в строительной полосе и на прилегающих землях для придания поверхности плавного сопряжения с естественной поверхностью, а также для засыпки и выравнивания ям, рытвин, возникающих после осадки грунта.

При срезе плодородного слоя почвы при дальнейшем его хранении должны приниматься меры, исключающие спешивание плодородного слоя почвы с минеральным грунтом, загрязнения нефтепродуктами, строительным мусором, и другими веществами, ухудшающими плодородие почв.

Мощность среза по трассе в зависимости от почвенных условий колебаться от 0,25 до 0,40.

Работы выполняются бульдозером поперечными ходами. Расстояние перемещения грунта в переделах до 20 м.

Ширина полосы среза в обе стороны от оси трубопровода должна соответствовать схеме производства работ.

На участке, отведенном под базу временного хранения, срезка плодородного слоя почв не производится, выполняется только биологический этап восстановления почв.

После обратной отсыпки грунта производятся планировочные работы бульдозером.

Второй этап – биологический, выполняется после завершения технического этапа. Он включает в себя:

  • агротехнические работы по восстановлению плодородия рекультивируемых земель на всем участке работ;

Биологический этап заключается в мелиорации в период до трех лет. В течение данного периода должен проводится комплекс агротехнических мероприятий, включающий предпосевную обработку почвы, внесение органических и минеральных удобрений посев травосмесей и уход за посевами. Рекомендуется проведение ускоренного засева многолетними травами. На третий год производится подсев этих же трав в половиной дозе.

Работы по рекультивации земель должны проводиться в соответствии следующими документами:

– СНиП III-42-80 «Магистральные трубопроводы, Правила производства и приемки работ»;

– ВСН 004-88 «Строительство магистральных трубопроводов, Технология и организация»;

– СН-452-73 «Нормы отвода земель для магистральных трубопроводов»;

– ОСТ 17.5.3.04-83* «Общие требования к рекультивации земель»

7.2 Мероприятия по охране воздушного бассейна

Воздействие на атмосферу воздуха в период ремонта участка нефтепровода следует отнести к временному воздействию, оно будет ограничиваться сроками работ.

При капремонте объекта источниками загрязнения атмосферы являются машины и механизмы, выполняющие строительные работы.

В качестве мероприятий по охране воздушного бассейна:

– рекомендуется контроль технологических процессов с целью минимизации выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух;

– предусматривается периодический экологический контроль выбросов автотранспорта и строительной техники;

– не следует допускать к эксплуатации машины и механизмы в неисправном состоянии.

7.3 Утилизация отходов производства и потребления

В период капительного ремонта участка Сургут — Полоцк, а также в процессе изготовления образцов и проведения лабораторных анализов образуются отходы в основном III и IV класса опасности:

  • демонтируемая труба (лом черных металлов);
  • огарки электродов;
  • стружка черных металлов;
  • твердые бытовые отходы;
  • отходы изоляционных материалов;
  • замазученный песок;
  • строительные отходы;
  • жестяные банки из под краски;
  • грунт, загрязненный нефтепродуктами.
  • слабокислые растворы электролитов

Строительные и бытовые отходы, образующиеся в результате реконструкции нефтепровода, накапливаются на территории временного городка с последующим вывозом на полигоны. Места временного хранения отходов не должны оказывать отрицательного влияния на окружающую среду. Временное накопление отходов на территории городка осуществляется в соответствии с общепринятыми требованиями.

Строительные отходы, относящиеся к 4 классу опасности временно накапливаются на специальных открытых площадках с последующим вывозом для утилизации на полигон « Преображенка».

Отходы, относящиеся к 3 и 4 классам опасности, накапливаются в металлических контейнерах и вывозятся  для утилизации на полигон « Преображенка».

Обрезки металлических труб, отходы металлические, демонтируемые конструкции направляются во Вторчермет.

Растворы электролитов сливаются в городскую канализацию.

7.4 Охрана растительного и животного мира

Воздействие на растительность и животный мир в период производства работ по капитальному ремонту Сургут — Полоцк сведено к минимуму, так как работы по реконструкции нефтепровода осуществляется в пределах существующего коридора коммуникаций.

Основные воздействия на растительность и животный мир в период производства работ осуществляется при повреждении и загрязнении почвенного покрова в полосе земли, отводимых во временное пользование на период ремонта. После прекращения ремонтных работ предусмотрена рекультивация нарушенных земель, в том числе биологическая.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе разработана методика по предотвращению коррозионных повреждений после ремонта магистрального нефтепровода Сургут-Полоцк. Преимущество предложенной методики является устранение концентраторов напряжений в силу удаления коррозии и микротрещин, которые, под действием нагрузок, приводят к отказу нефтепровода. Представленная методика расчета вероятности безотказной работы нефтепровода Сургут — Полоцк после выборочного ремонта позволяет учесть различные стратегии реализации ремонтных  работ с учетом срока эксплуатации, а также предыдущих ремонтов.

Применение предложенной технологии ремонта коррозионных повреждений и  разработанного комплекса мер по повышению надежности позволит значительно снизить количество отказов линейной части МН Сургут-Полоцк, повысить эффективность проведения ремонтных работ, увеличить срок службы трубопровода на 5-7 лет при неизменности итоговой стоимости проекта и минимальных эксплуатационных затратах.

Кроме того, появляются дополнительные возможности при эксплуатации, такие как повышенная экологическая безопасность, возможность экономии на проведении диагностических работ и внепланового простоя трубопроводов, проходящих через ХМАО.

Разработанную технологию и стратегию ремонта возможно применять не только в случае первичного капитального ремонта, но и для трубопроводов, в которых при предыдущих ремонтах были допущены технологические неточности, а также не устранены дефекты и концентраторы напряжений.

Так как размер дефекта, являющегося концентратором напряжений, растет в геометрической прогрессии s(t), данная методика позволяет не только устранить существующие дефекты, но и предотвратить образование новых.

Преимуществами данного метода являются:

— универсальность применения в отношении вида трубопроводов;

— экономия средств трубопроводной компании;

— повышение надежности линейной части;

— увеличение срока службы трубопровода;

— предотвращение образования дефектов,

что характеризует крайнюю актуальность работы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Ангалев А.М. Анализ дефектов, выявленных при диагностическом сопровождении комплексного ремонта технологических трубопроводов компрессорных станций / А.М. Ангалев, Д.С. Бутусов, А.П. Завьялов, А.И. Мартынов // Газовая промышленность. – 2015. – № 720. – С. 88-90.
  2. Ангалев А.М. Основные факторы риска аварии от дефектов коррозионного растрескивания трубопроводов под напряжением / А.М. Ангалев, Д.С. Бутусов, С.И. Егоров, Д.М. Ляпичев // Газовая промышленность. – 2012. – №2. – С. 34-38.
  3. Браун Н. Наблюдения микропластичности / Н. Браун // Микропластичность. – М.: Металлургия, 1972. – С. 37-61.
  4. Буклешев Д.О. Образование дефектов в околошовных зонах сварных стыков магистральных газопроводов под воздействием рабочих нагрузок [Текст]. Журнал: Трубопроводный Транспорт. Теория и практика.№1 (53) 2016 г. – М.: ВНИИСТ, 2016. – С.31-35.
  5. Буклешев Д.О. Современные методы определения наличия напряжений в оклошовной зоне трубопроводов[Текст]. Журнал: Трубопроводный Транспорт. Теория и практика. №1 (53) 2016 г. – М.: ВНИИСТ, 2016. – С.26-30.
  6. Варламов Д.П. Анализ стресс-коррозионной дефектности магистральных газопроводов / Д.П. Варламов, В.А. Канайкин, А.Ф. Матвиенко, О.И. Стеклов, С.А. Бабкин. – Екатеринбург : Уральский центр академического обслуживания, 2010. – 192 с.
  7. Винокуров В. А. Отпуск сварных конструкций для снижения напряжений / В. А. Винокуров. − М. : Машиностроение, 1973. − 213 с.
  8. Винокуров В.А. Сварочные деформации и напряжения / В.А. Винокуров. −М. : Машиностроение, 1968. − 236 с.
  9. Винокуров В.А., Григорьянц А.Г. Теория сварочных деформаций и напряжений / В.А. Винокуров, А.Г. Григорьянц. − М. : Машиностроение, 1984. – 284 с.
  10. ВРД 39-1.10-032-2001. Инструкция по классификации стресс-коррозионных дефектов по степени их опасности. – М. : Газпром, 2001. – 48 с.
  11. ГОСТ 5272-68 Коррозия металлов. Термины. – Введ.1969-01-01. – М. : Изд-во стандартов, 1968. – 15 с.
  12. Инструкция по оценке дефектов труб и соединительных деталей при ремонте и диагностировании МГ, утвержденная ОАО «Газпром» 18 ноября 2005года
  13. Лубенский С.А. Информационно-аналитические модели для прогнозирования процессов коррозии труб МГ / С. А. Лубенский //Диагностика объектов газотранспортной системы. Приложение к журналу Газовая промышленность. – 2011. – № 1-112. – С. 41-44.
  14. Ляпичев Д.М. Оценка влияния напряженного состояния подземных газопроводов на их стойкость к коррозионному растрескиванию : дисс. … канд. тех. наук / Д.М. Ляпичев. – М., 2015. – 146 с.
  15. Макмагон К.Д. Микропластичность железа / К.Д. Макмагон // Микропластичность. – М. : Металлургия, 1972. – С. 101-117.
  16. Мустафин Ф. М. Защита трубопроводов от коррозии : учеб. пособие / Ф. М. Мустафин, М. В. Кузнецов, Г. Г. Васильев. – СПб. : ООО «Недра», 2005. – 650 с.
  17. ОР-16.00-45.21.30-КТН-001-1-03. Регламент организации работ по рекон¬струкции и капитальному ремонту объектов магистральных нефтепроводов с заменой и демонтажем труб, заменой изоляции, выборочным ремонтом: ОАО «АК «Транснефть», 2003
  18. Проблемы старения сталей магистральных трубопроводов / Под ред. Б. В. Будзуляка, А. Д. Седых. – Н. Новгород : Университетская книга, 2006. – 220 с.
  19. РД 153-30.4R-130-02 Регламент по вырезке и врезке коррозионных «катушек», соединительных деталей, заглушек, запорной и регулирующей арматуры и одклюючению участков МН.
  20. РД 153-39.4-056-00 Правила технической эксплуатации магистральных нефтепроводов.
  21. РД 26-11-08-86 «Соединения сварные. Механические испытания»
  22. РД 39-00147105-011-97 Табель технического оснащения служб капитального ремонта магистральных нефтепроводов.
  23. РД-25.160.00.КТН-011-010 Сварка при строительстве и ремонте МН.
  24. СП 36.13330.2012 Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85*.
  25. Kentish P. J. Stress corrosion cracking phenomenon in pipeline steels / Kentish P. J. // British Corros. J. – 1985. – №20. – P. 139-145.
  26. Kharionovsky V. V., Tcherniv P. Stress and strain state of a gas pipeline in conditions of stress-corrosion / Kharionovsky V. V., Tcherniv P. // Proc. of the Int. Pipeline Conf. – New York : ASME, 1996. – Vol. 1. – P. 479-483.
  27. Maier C. J., Beavers J. A., Shie T. M., Vieth P. H. Interpretation of external cracking on underground pipelines / Maier C. J., Beavers J. A., Shie T. M., Vieth P. H. // Proc. IPS 2006: 6-th Int. Pipeline Conf. (Sept. 25-29, 2006). – Calgary (Alberta, Canada). – 2006. – Р. 168-184.
  28. Polyakov V. N., Kharionovsky V. V. Statistics of transmission pipelines fractures / Polyakov V. N., Kharionovsky V. V. // Structural Failure, Product Liability, and Technical Insurance (Ed. H. P. Rossmanith). – London : E&FN Spon, 1996. – P. 353-361.
  29. Shipilov S. A., May I. L. Structural integrity of aging buried pipelines having cathodic protection / Shipilov S. A., May I. L. // Eng. Failure Analysis. – 2006. – №13. – P. 1159-1176.
  30. Steklov O. I. On the stress corrosion cracking of pipeline steels / Steklov O. I. // Protect Metals. – 1999. – № 35. – P. 305-309.

Помощь с дистанционным обучением
Получи бесплатный расчет за 15 минут
 

Введите контактный e-mail:

 

Введите номер телефона

 

Что требуется сделать?

 

Каким способом с Вами связаться?:

E-mail
Телефон
Напишем вам на вашу почту
 
Перезвоним вам для уточнения деталей
 
Перезвоним вам для уточнения деталей
 

или напишите нам прямо сейчас

Написать в WhatsApp
 

Оставить комментарий

 

Ваше имя:

Ваш E-mail:

Ваш комментарий

Inna Petrova 18 минут назад

Нужно пройти преддипломную практику у нескольких предметов написать введение и отчет по практике так де сдать 4 экзамена после практики

Иван, помощь с обучением 25 минут назад

Inna Petrova, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Коля 2 часа назад

Здравствуйте, сколько будет стоить данная работа и как заказать?

Иван, помощь с обучением 2 часа назад

Николай, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Инкогнито 5 часов назад

Сделать презентацию и защитную речь к дипломной работе по теме: Источники права социального обеспечения. Сам диплом готов, пришлю его Вам по запросу!

Иван, помощь с обучением 6 часов назад

Здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Василий 12 часов назад

Здравствуйте. ищу экзаменационные билеты с ответами для прохождения вступительного теста по теме Общая социальная психология на магистратуру в Московский институт психоанализа.

Иван, помощь с обучением 12 часов назад

Василий, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Анна Михайловна 1 день назад

Нужно закрыть предмет «Микроэкономика» за сколько времени и за какую цену сделаете?

Иван, помощь с обучением 1 день назад

Анна Михайловна, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Сергей 1 день назад

Здравствуйте. Нужен отчёт о прохождении практики, специальность Государственное и муниципальное управление. Планирую пройти практику в школе там, где работаю.

Иван, помощь с обучением 1 день назад

Сергей, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Инна 1 день назад

Добрый день! Учусь на 2 курсе по специальности земельно-имущественные отношения. Нужен отчет по учебной практике. Подскажите, пожалуйста, стоимость и сроки выполнения?

Иван, помощь с обучением 1 день назад

Инна, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Студент 2 дня назад

Здравствуйте, у меня сегодня начинается сессия, нужно будет ответить на вопросы по русскому и математике за определенное время онлайн. Сможете помочь? И сколько это будет стоить? Колледж КЭСИ, первый курс.

Иван, помощь с обучением 2 дня назад

Здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Ольга 2 дня назад

Требуется сделать практические задания по математике 40.02.01 Право и организация социального обеспечения семестр 2

Иван, помощь с обучением 2 дня назад

Ольга, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Вика 3 дня назад

сдача сессии по следующим предметам: Этика деловых отношений - Калашников В.Г. Управление соц. развитием организации- Пересада А. В. Документационное обеспечение управления - Рафикова В.М. Управление производительностью труда- Фаизова Э. Ф. Кадровый аудит- Рафикова В. М. Персональный брендинг - Фаизова Э. Ф. Эргономика труда- Калашников В. Г.

Иван, помощь с обучением 3 дня назад

Вика, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Игорь Валерьевич 3 дня назад

здравствуйте. помогите пройти итоговый тест по теме Обновление содержания образования: изменения организации и осуществления образовательной деятельности в соответствии с ФГОС НОО

Иван, помощь с обучением 3 дня назад

Игорь Валерьевич, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Вадим 4 дня назад

Пройти 7 тестов в личном кабинете. Сооружения и эксплуатация газонефтипровод и хранилищ

Иван, помощь с обучением 4 дня назад

Вадим, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Кирилл 4 дня назад

Здравствуйте! Нашел у вас на сайте задачу, какая мне необходима, можно узнать стоимость?

Иван, помощь с обучением 4 дня назад

Кирилл, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Oleg 4 дня назад

Требуется пройти задания первый семестр Специальность: 10.02.01 Организация и технология защиты информации. Химия сдана, история тоже. Сколько это будет стоить в комплексе и попредметно и сколько на это понадобится времени?

Иван, помощь с обучением 4 дня назад

Oleg, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Валерия 5 дней назад

ЗДРАВСТВУЙТЕ. СКАЖИТЕ МОЖЕТЕ ЛИ ВЫ ПОМОЧЬ С ВЫПОЛНЕНИЕМ практики и ВКР по банку ВТБ. ответьте пожалуйста если можно побыстрее , а то просто уже вся на нервяке из-за этой учебы. и сколько это будет стоить?

Иван, помощь с обучением 5 дней назад

Валерия, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Инкогнито 5 дней назад

Здравствуйте. Нужны ответы на вопросы для экзамена. Направление - Пожарная безопасность.

Иван, помощь с обучением 5 дней назад

Здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Иван неделю назад

Защита дипломной дистанционно, "Синергия", Направленность (профиль) Информационные системы и технологии, Бакалавр, тема: «Автоматизация приема и анализа заявок технической поддержки

Иван, помощь с обучением неделю назад

Иван, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Дарья неделю назад

Необходимо написать дипломную работу на тему: «Разработка проекта внедрения CRM-системы. + презентацию (слайды) для предзащиты ВКР. Презентация должна быть в формате PDF или формате файлов PowerPoint! Институт ТГУ Росдистант. Предыдущий исполнитель написал ВКР, но работа не прошла по антиплагиату. Предыдущий исполнитель пропал и не отвечает. Есть его работа, которую нужно исправить, либо переписать с нуля.

Иван, помощь с обучением неделю назад

Дарья, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru