Тема Коррозийные повреждения трубопроводов Vol 2.0

1
Vol. 2.0
Тема
КОРРОЗИЙНЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ
Коррозия – самопроизвольно протекающее химическое взаимодействие
металла со средой, приводящее к изменению свойств этого металла или
изготовленной из него металлоконструкции.
В таком определении подчеркивается, во-первых, что коррозионный процесс
протекает самопроизвольно, то есть без получения энергии извне. Во-вторых, что в
основе его лежит химическое взаимодействие металла со средой. Так, если стенка
трубопровода меняет свою несущую способность вследствие воздействия на нее
потока природного газа, содержащего песок (абразив), разрушение не связано с
коррозией. Если же в этом газе присутствуют влага и сероводород и в основе
разрушения лежит химическое взаимодействие металла трубы с компонентом среды
следует говорить о коррозионном поражении металла.
Наконец, третий момент. Следствием коррозии всегда является изменение
свойств металла.
Классификация коррозионных поражений трубопроводов и резервуаров
По характеру поражения коррозию делят на общую и локальную или местную.
Общая коррозия – это разрушение, которое развивается по всей поверхности металла,
контактирующего с технологической средой (рис. 1).
Рис. 1. Общая коррозия на поверхности трубопровода на участке разрушенной
изоляции
Общая коррозия может быть равномерной, если она развивается по всей
поверхности примерно с равной скоростью, и неравномерной
2
Рис. 2. Поперечное сечение образцов углеродистой стали, пораженных общей
коррозией (×80):
а – равномерная коррозия, б - неравномерная коррозия
Опасность общей коррозии связана с тем, что она приводит к уменьшению
толщины стенки металлоконструкции и, соответственно, к уменьшению ее несущей
способности. Оборудование, пораженное общей коррозией, может работать до тех пор,
пока толщина стенки его не уменьшится до предельной величины, которая
определяется прочностным расчетом.
Если разрушение под действием внешней среды развивается не по всей
поверхности, а лишь на отдельных ее участках, то коррозия называется локальной или
местной. Язвенная коррозия, наиболее характерная для магистральных трубопроводов
и резервуаров, и является локальным видом поражения.
Язвенная коррозия – это разрушение поверхности, которое развивается на
отдельных участках, причем площадь пораженной поверхности, как правило,
превышает ее глубину (рис. 3).
3
Рис. 3. Язвенная коррозия на участке трубопровода
Язвенная коррозия развивается обычно с внешней стороны трубы под слоем
изоляции или, чаще, на участках разрушенной изоляции.
На внутренней поверхности труб в участках скопления электролита из
транспортируемого продукта иногда появляются язвы, напоминающие ручейки поражение протяженной формы. Часто такой вид коррозии называют ручейковой или
канавочной.
Питтинговая (точечная) коррозия - вид локального разрушения, при котором
глубина пораженного участка несоизмеримо велика по сравнению с его площадью
(рис. 4).
Рис. 4. Питтинговая коррозия алюминиевой доски
Щелевая коррозия – вид поражения, которое развивается в щелях
и зазорах с большой скоростью. Она иногда поражает зазоры, образующиеся на
болтовых и фланцевых соединениях деталей.
При эксплуатации резервуаров ее можно наблюдать на болтовых соединениях
приемо-раздаточного и завистного патрубка, люка-лаза, на днище под отложениями.
4
Рис. 5. Щелевая коррозия болтового соединения
На рис. 6 показан болт, подвергшийся щелевой коррозии, после 10 лет
эксплуатации.
Рис. 6. Болт, подвергшийся щелевой коррозии
Подпленочная коррозия (рис. 7) поражает как трубопроводы, так и резервуары.
Рис. 7. Подпленочноая коррозия:
а) трубопровода, б) резервуара
Она развивается по тому же механизму, что и щелевая и питтинговая коррозия
на поверхности металла, защищенного изоляционным покрытием.
5
Подпленочная коррозия может распространяться как параллельно поверхности
металла и отрывать изоляцию, так и вглубь, образуя глубокие язвы. Опасность этого
вида поражения часто усугубляется тем, что под отслоившейся изоляцией поселяются
колонии бактерий. Это приводит к дополнительному усилению коррозионных
процессов из-за высокой агрессивности продуктов жизнедеятельности бактерий.
Коррозионное растрескивание (КР) – наиболее опасный вид локальной
коррозии (рис. 8).
Рис. 8. Коррозионная трещина:
а – внешний вид трубки с трещиной; б - поперечное сечение трубки с трещиной
(×100)
Он реализуется в виде трещин, появляющихся в металле под действием двух
факторов – коррозионно-активной среды и растягивающих нагрузок. КР инициируется
коррозионной язвой или любым другим локальным поражением поверхности.
Коррозионная трещина на первом этапе своего существования растет очень медленно
до тех пор, пока не достигнет критических размеров. С этого момента наблюдается
лавинный рост трещины, который приводит к катастрофическому разрушению
металлоконструкции. Коррозионное растрескивание - весьма характерный вид
коррозии магистральных газопроводов.
Рис. 9. Коррозионное растрескивание на участке трубопровода: магистральная
трещина
6
Принцип классификации коррозионных поражений – характер коррозионной
среды. Классифицируя коррозию по этому принципу, выделяют почвенную коррозию –
разрушение металла под действием почв и грунтов, атмосферную коррозию – под
действием атмосферы воздуха, морскую коррозию – под действием морской воды, а
также сернокислотную, сероводородную, щелочную и многие другие. Для
трубопроводов наиболее характерна почвенная коррозия, для нефтяных резервуаров –
коррозия под действием подтоварной воды.
Магистральные трубопроводы, как правило, являются заглубленными
системами. Основной средой, окружающей их, являются почвы и грунты.
Почвы и грунты содержат в своем составе влагу - почвенный или грунтовый
электролит. Соответственно коррозия магистральных трубопроводов по своему
механизму относится к электрохимической коррозии. Грунтовый электролит
«пропитывает» грунт, содержится в его порах. Поэтому на коррозию трубопроводов
большое влияние оказывает влажность грунта. Грунт может, в большей и меньшей
степени обеспечивать перенос зарядов по внутренней цепи. Поэтому на коррозию
трубопроводов существенно влияет проводимость или удельное сопротивление
грунтов.
Атмосферная коррозия, то есть коррозия под действием влажного воздуха при
температуре окружающей среды, поражает наружную поверхность резервуаров без
наружных защитных покрытий или на участках нарушенных покрытий.
На рис. 10 представлен вид строящегося резервуара, пострадавшего от
атмосферной коррозии.
7
Рис. 10. Наружная поверхность незащищенного резервуара страдает от атмосферной
коррозии
Важнейшей задачей является предупреждение коррозии металла трубопровода.
Предупредить коррозию можно двумя способами. Первый - перейти от данной
системы металл / среда к другой, для которой коррозионный процесс является
термодинамически невозможным, например, изменив качественный или
количественный состав среды. Для действующих металлоконструкций трубопроводов и резервуаров - этот путь неприемлем.