5. Защита газопроводов от коррозии

В зависимости от состава газа, материала трубопровода, условий про­кладки и физико-механических свойств грунта газопроводы подвержены в той или иной степени внутренней и внешней коррозии. Коррозия внут­ренних поверхностей труб в основном, зависит от свойств газа. Она обу­словлена повышенным содержанием в газе кислорода, влаги, сероводо­рода и других агрессивных соединений. Борьба с внутренней коррозией сводится к удалению из газа агрессивных соединений, т. е. к хорошей его очистке.

Значительно большие трудности представляет борьба с коррозией внешних поверхностей труб, уложенных в грунт, т. е. с почвенной корро­зией. Почвенную коррозию по своей природе разделяют на химическую, электрохимическую и электрическую (коррозию блуждающими токами).

Химическая коррозия возникает от действия на металл различных га­зов и жидких неэлектролитов. При действии на металл химических соединений на его поверхности образуется пленка, состоящая из продук­тов коррозии. Если образующаяся пленка не растворяется, имеет доста­точную плотность и эластичность, а также хорошо сцеплена с металлом, то коррозия будет замедляться и при определенной толщине пленки может прекратиться. Химическая корро­зия является сплошной коррозией, при которой толщина стенки трубы умень­шается равномерно. Такой процесс яв­ляется менее опасным с точки зрения сквозного повреждения труб.

Электрохимическая коррозия является результатом взаимодействия металла, который выполняет роль эле­ктродов, с агрессивными растворами грунта, выполняющими роль электролита. Металл, обладая определенной упругостью растворения, при со­прикосновении с грунтом посылает в него свои положительно заряженные ионы. Электроны остаются в металле, и он приобретает отрицательный по­тенциал, а грунт (электролит) заряжается положительно, так как в нем накапливаются положительные ионы. В силу физико-химической неодно­родности металла и грунта вблизи участков, где протекает процесс ра­створения металла (т. е. обладающих большей упругостью растворения), располагаются участки, характеризующиеся меньшей упругостью раст­ворения. Первые становятся анодными зонами, а вторые — катодными. Катодный участок газопровода приобретает положительный потенциал по отношению к аноду. Электроны перетекают от анода к катоду по ме­таллу трубопровода. В грунте происходит перемещение ионов: катионов (заряженных положительно) — к катоду, анионов (заряженных отрица­тельно) — к аноду.

Участки металла, обладающие более отрицательными электродными потенциалами, будут становиться анодами. Металл подвергается кор­розии в анодных зонах и участках, так как в них ионы металла вы­ходят в грунт.

Рассмотренный процесс электрохимической коррозии представляет собой работу гальванической пары. В реальных условиях коррозия про­текает значительно сложнее. Потенциал металла по отно­шению к грунту зависит не только от его физико-химических свойств, но и от свойств грунта.. Вследствие неоднородности грунта также возника­ют гальванические пары. Физико-химическая неоднородность близко расположенных участков металла приводит к образованию микропар.

Электрохимическая коррозия имеет характер местной коррозии, т. е. такой, когда на газопроводах возникают местные язвы и каверны большой глубины, которые могут, развиваясь, превратиться в сквозные от­верстия в стенке трубы. Местная коррозия значительно опаснее сплош­ной коррозии.

Электрохимическая коррозия возникает также при воздействии на газопровод электрического тока, который движется в грунте. В грунт то­ки попадают в результате утечек из рельсов электрифицированного тран­спорта — их называют блуждающими. Коррозию, возникающую под действием блуждающих токов, называют электрической в отличие от электрохимической — гальванокоррозии.

Блуждающие токи, стекая с рельсов в грунт, движутся по направлению к отрицательному полюсу тяговой подстанции. В местах, где повреж­дена изоляция, они попадают на газопровод. Вблизи тяговой подстанции токи выходят из газопровода в грунт в виде положительных ионов ме­талла. Начинается электролиз металла. Участки выхода тока из газопро­вода представляют собой анодные зоны, в которых протекает активный процесс электрокоррозии. Зоны входа постоянного тока в газопровод называют катодными. Электрическая коррозия блуждающими токами во много раз опаснее электрохимической коррозии. В городских усло­виях это наиболее распространенный вид коррозии.

Коррозионная активность грунта зависит от структуры, влажности, воздухопроницаемости, наличия солей и кислот, а также от электропро­водности. Сухие грунты менее активно воздействуют на металл, чем влажные. С увеличением влажности грунта первоначально увеличивает­ся и его коррозионная активность. Наибольшую активность имеет грунт при влажности 11 —13%. Увеличение влажности свыше 20—24% приводит к снижению интенсивности коррозии. В водонасыщенных грун­тах интенсивность коррозии будет минимальной, если вода, насыщаю­щая грунт, сама не является агрессивной по отношению к металлу. При переменной влажности, когда возникают условия совместного воздейст­вия влаги и кислорода, создается наиболее благоприятная среда для коррозии металла.

Наиболее важным свойством грунта,

является его удельное электрическое сопротивление, которое и рассматривают как ос­новную характеристику его коррозионной активности. Электрическое сопротивление является функцией ряда других характеристик грунта: состава, концентрации растворенных веществ, влажности и др., поэтому оно связывает воедино ряд главнейших факторов, определяющих корро­зионную активность грунта. Как показывает опыт, сопоставление элек­трометрических характеристик грунта с его коррозионной активностью, установленной осмотром стальных трубопроводов, дает хорошее сов­падение результатов (около 80—90%).

Для выявления коррозионного состояния подземного газопровода про­водят электрические измерения, основными из которых являются опре­деление потенциала газопровода по отношению к земле, а также направ­ления и величины блуждающего тока, текущего по газопроводу. Потен­циал газопровода по отношению к земле измеряют высокоомным вольт­метром, который присоединяют к газопроводу и заземляющему электроду. Участки газопровода, имеющие положительный потенциал по отношению к земле, являются опасными в коррозионном отношении. Измерения потенциалов газопровода относительно земли производят через каждые 200-300 м. Для измерения используют специальные контрольные пункты, а также места где возможен доступ к газопроводу (задвижки, конденсатосборники и др.).

Существующие методы защиты газопроводов от коррозии можно раз­делить на две группы: пассивные и активные. Пассивные методы защи­ты заключаются в изоляции газопровода. К активным относятся элект­рические методы защиты.

К изоляционным материалам, используемым для защиты газопрово­дов, предъявляют ряд требований, основные из которых следующие: мо­нолитность покрытия, водонепроницаемость, хорошее прилипание к ме­таллу, химическая стойкость в грунтах, высокая механическая прочность (при переменных температурах), наличие диэлектрических свойств. Изо­ляционные материалы не должны быть дефицитными.

Наиболее распространенными изоляционными материалами являются битумно-минеральные и битумно-резиновые мастики. Для усиления изоляции при­меняют армирующие обертки из гидроизола, бризола или стекловолокнистого материала. Гидроизол представляет собой толстый лист из асбеста с добавлением 15—20% целлюлозы, пропитанную нефтяным би­тумом. Бризол готовят на основе битума и дробленой старой вулканизи­рованной резины.

Изоляцию газопровода производят в такой последовательности. Трубку очищают стальными щетками до металлического блеска и протирают.

После этого на нее накладывают грунтовку толщиной 0,1—0,15 мм. Грун­товка представляет собой нефтяной битум, разведенный в бензине в от­ношении 1 : 2 или 1 : 3. Когда грунтовка высохнет, на трубопровод накла­дывают горячую (160—180°С) битумную эмаль. Эмаль накладывают в несколько слоев в зависимости от требований, предъявляемых к изоля­ции. Снаружи трубу обертывают крафт-бумагой. В современных услови­ях все работы по изоляции труб механизируют.

В зависимости от числа нанесенных слоев эмали и усиливающих обер­ток изоляция бывает следующих типов: нормальная, усиленная и весьма усиленная. Нормальную изоляцию применяют при низкой коррозионной активности грунта, усиленную — при средней, в остальных случаях ис­пользуют весьма усиленную изоляцию.

Для защиты газопроводов применяют также пластмассовые пленоч­ные материалы (ленты), покрытые подклеивающим слоем.

К активным методам защиты относят катодную и протекторную за­щиту и электрический дренаж. Основным методом защиты газопроводов от блуждающих токов является электрический дренаж. Он заключается в отводе токов, попавших на газопровод, обратно к источнику. Отвод осуществляют через изолированный проводник, соединяющий газопро­вод с рельсом электрифицированного транспорта или минусовой шиной тяговой подстанции. При отводе тока из газопровода по проводнику прекращается выход ионов металла в грунт и тем самым прекращается электрическая коррозия газопровода. Для отвода тока, как правило, ис­пользуют поляризованный электродренаж. Он обладает односторонней проводимостью от газопровода к рельсам (минусовой шине). При появ­лении положительного потенциала на рельсах электрическая цепь дре­нажа автоматически разрывается.

Одна дренажная установка может защитить газопровод большой про­тяженности, измеряемой несколькими километрами.

Для защиты газопроводов от почвенной коррозии применяют катод­ную защиту. При катодной защите на газопровод накладывают отрица­тельный потенциал, т. е. переводят весь защищаемый участок газопро­вода в катодную зону В качестве анодов применяют мало-растворимые материалы (чугунные, железокремневые, графитовые), а также отходы черного металла, которые помещают в грунт вблизи газо­провода. Отрицательный полюс источника постоянного тока соединяют с газопроводом, а положительный—с анодом. Таким образом, при катод­ной защите возникает замкнутый контур электрического тока, который течет от положительного полюса источника питания по изолированному кабелю к анодному заземлению, от анодного заземления ток растекается по грунту и попадает на защищаемый газопровод, далее он течет по газопроводу, а от него по изолирован. Кабелю возвращается к отрицательному полису источника питания. Эл. ток. выходит из анода в виде +ионов металла, поэтому вследствие растворения металла анод постепенно разрушается.

При протекторной защите участок газопровода превращают в катод без постороннего источника тока, а в качестве анода используют метал­лический стержень, помещаемый в грунт рядом с газопроводом. Между газопроводом и анодом устанавливается электрический контакт. В каче­стве анода используют металл с более отрицательным потенциалом, чем железо (например, цинк, магний, алюминий и их сплавы). В образован­ной таким образом гальванической паре корродируется протектор (анод), а газопровод защищается от коррозии.

Для защиты надземных газопроводов от атмосферной коррозии на них наносят лакокрасочные покрытия. Наружную поверхность надземных газопроводов защищают от коррозии, вызываемой атмосферными осадками, алюминиевыми или цинковыми покрытиями.

Расчет распределительных газопроводов среднего и высокого давления производится в следующем по­рядке.

На плане города или другого населенного пункта определяют расположение газораспределительной станции и от нее трассируют городские магистральные газопроводы среднего и высокого давления к различным потребителям газа в городе. Затем устанавливают начальное и конечное давление газа в городских магистраль­ных газопроводах. За начальное принимают выходное давление газораспредели­тельной станции. Конечное давление зависит от работы регуляторов давления в ГРП и газового оборудования у потребителей.

При конфигурации городских магистральных газопроводов составляют расчетную схему газоотдачи сети, на которой определяют расчетные участки, их фактическую длину и расчетные часовые расходы газа на каждом участке сети.

Для учета местных сопротивлений в газопроводах определяют расчетную длину газопроводов, км, на каждом участке l_расч =1.1*lф

Гидравлический расчет газопроводов на участке (для природного газа) мож­но выполнить по формуле:

где р_н , р_к — начальное и конечное абсолютное давление, кгс/см²; l_расч — рас­четная длина газопровода, км; Q_paсч — расчетный расход газа, м³/ч; d — диаметр газопровода, см.

Для практических расчетов г/пр. сред. и высок. давл. можно использовать номограмму, где

Для определения диаметров г/пр. и значений «а» на каждом уч.сети используют расч расходы газа по уч.сети и

где р_н1 -начальное абсолютное давление газа у источника газоснабжения, кгс/см², р_к1 —конечное абсолютное давление у самого дальнего потребителя газа, кгс/см²

l_ф- фактическая длина г/пр. от источника питания до самого дальнего потребителя, км.

Конечное давление на участке