учебное пособие. Учебное-пособие. Учебное пособие аннотация общество Газпром трансгаз Югорск
 Скачать 6.85 Mb.
|
|
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ Учебное пособие АННОТАЦИЯ Общество «Газпром трансгаз Югорск» является крупнейшей дочерней компанией ПАО «Газпром», эксплуатирующей более 27 тыс. км. подземных газопроводов в однониточном исчислении, многие из которых отработали более 30 лет. Результаты диагностики трубопроводов ежегодно показывают увеличение количества коррозионных дефектов, в значительной степени влияющих на их надежность, а значит и на бесперебойный и стабильный транспорт газа потребителям. В связи с этим вопросы защиты газопроводов от коррозии становятся все более актуальными. Одним из путей решения проблемы является качественная подготовка персонала. С этой целью разработано учебное пособие «Монтер по защите подземных трубопроводов от коррозии». В пособии рассмотрены общие вопросы коррозии металлов, понятия и методы пассивной и активной защиты, представлены технология нанесения защитных покрытий, вопросы контроля качества их нанесения, а так же приборы для диагностики. Пособие дополнено Атласом коррозионных дефектов и Атласом защитных покрытий. Работа насыщена большим количеством фотографий, схем, таблиц, способствующих восприятию учебного материала. Уделено внимание вопросам охраны труда и промышленной безопасности при выполнении работ на газопроводе. Пособие предназначено для профессиональной подготовки и повышения квалификации рабочих по профессии «Монтер по защите подземных трубопроводов от коррозии», а так же может быть полезным при проведении технической учебы персонала газотранспортных предприятий. СОДЕРЖАНИЕ Введение 4 1. Коррозия металлов 5 1.1 Классификация коррозионных разрушений 6 1.2 Атлас коррозионных дефектов 16 2. Защита газопровода от коррозии 23 2.1 Пассивная защита газопровода от коррозии 23 2.1.1 Объемные показатели по видам эксплуатационных защитных покрытий газопроводов 23 2.1.2 Перечень изоляционных материалов и конструкций защитных покрытий, применяемых в ООО «Газпром трансгаз Югорск» 26 2.1.3 Входной контроль изоляционных материалов 37 2.1.4 Нарушения правил хранения изоляционных материалов 42 2.1.5 Оборудование и технологии нанесения защитных покрытий, применяемые при ремонте участков газопроводов 59 2.1.6 Технология нанесения манжеты «ТЕРМА СТМП» 66 2.1.7 Механизированное нанесение «горячим» способом защитного покрытия на основе мастики «Транскор-Газ» 75 2.1.8 Нанесение защитного покрытия на основе «РАМ» 76 2.1.9 Трассовое нанесение защитного покрытия на основе асмольного рулонного армированного материала «АРМАС-3» 78 2.1.10 Приборы для диагностики состояния защитных покрытий и коррозионного состояния подземных трубопроводов 83 2.1.11 Контроль качества работ по ремонту защитных покрытий газопроводов 96 2.1.12 Атлас дефектов ззащитных покрытий 99 2.2 Активная защита газопровода от коррозии 120 2.2.1 Катодная защита газопроводов 121 2.2.2 Протекторная защита подземных сооружений 142 2.2.3 Дренажная защита газопровода от коррозии 143 3. Охрана труда и промышленная безопасность 171 4. Перечень вопросов для тестирования 190 5. Перечень нормативно технической документации 198 Введение Интенсивный рост трубопроводов для транспорта газа и нефти приводит к необходимости развития и совершенствования методов и средств защиты металлических подземных трубопроводов от коррозии. Мероприятия по защите от коррозии осуществляются в масштабе всей страны на основе государственных стандартов, строительных норм и правил, ведомственных инструкций. Нанесение изоляционных покрытий и сооружение средств электрохимической защиты на промысловых и магистральных трубопроводах является обязательными. Эффективность использования оборудования и материалов электрохимической защиты - важная задача газодобывающих и газотранспортных предприятий. Для обеспечения бесперебойной работы магистральных трубопроводов и коммуникаций компрессорных станций большое значение имеет оснащение их средствами защиты от коррозии, высококачественное выполнение строительно- монтажных и эксплуатационно-ремонтных работ. Ведущая роль при выполнении этих условий принадлежит монтёрам по защите трубопроводов от коррозии на которых лежит большая ответственность за сохранение газопроводов. В соответствии со своей квалификацией монтёр по защите трубопроводов от коррозии должен уметь: - проводить монтаж, включение, регулировку, эксплуатацию и ремонт сооружений электрохимической защиты. - проводить электрические измерения на трассе газопровода для определения изоляции газопровода, удельного электрического сопротивления грунтов, снятие параметров станций катодной защиты. - проводить измерения блуждающих токов и снятие параметров станций электродренажной защиты. - участвовать в работах по приварке термитом катодных выводов к действующему газопроводу. Монтёр по защите трубопроводов от коррозии должен знать: - расположение и характеристику источников блуждающих токов на трассе газопровода. - коррозионную характеристику газопровода на обслуживаемом участке. - размещение установок катодной, электродренажной и протекторной защиты, изолирующих фланцев. - принципиальные и монтажные схемы установок катодной, электродренажной и протекторной защиты. - порядок проведения работ в зоне действующего газопровода. - порядок работы с переносными контрольно-измерительными приборами, которые используются службой электрохимической защиты, устройство и принцип работы электроизмерительных приборов, выпрямителей и полупроводниковых приборов. - требования безопасности для монтёра по защите трубопроводов от коррозии. 1 Коррозия металлов Коррозия металла – это процесс самопроизвольного окисления, приводящий к разрушению металла под воздействием окружающей среды. Основной причиной коррозии металлов является их термодинамическая неустойчивость в обычных условиях. Металлы в естественных условиях (за исключением благородных) находятся в виде химических соединений (руд), и для них связанное состояние является более энергетически выгодным. Возможность коррозии и стремление металла к самопроизвольному окислению зависят от степени его термодинамической неустойчивости в конкретных условиях, то есть от величины изменения термодинамического потенциала (энергии Гиббса) ∆G данного процесса. Если при протекании химической или электрохимической реакции термодинамический потенциал возрастает (∆G > 0), то самопроизвольный процесс невозможен, а если убывает(∆G < 0), то возможно самопроизвольное протекание процесса. Гетерогенный процесс взаимодействия металла с коррозионной средой, протекающий на границе раздела фаз, имеет сложный механизм. Рис.1 Коррозия металлов По механизму взаимодействия металла с внешней средой различают химическую и электрохимическую коррозию. 1.1 Классификация коррозионных разрушений Рис.2 Классификация коррозионных разрушений Химическая коррозия –представляет собой процесс разрушения металла в жидких не электролитах или в сухих газах при высоких температурах. Взаимодействие металла с агрессивными компонентами коррозионной среды подчиняется законам химических реакций и не сопровождается возникновением электрического тока. Продукты коррозии в этом случае образуются непосредственно на всем участке контакта металла с агрессивной средой. Трубопроводы и металлическое оборудование, предназначенные для добычи, транспорта и хранения углеводородного сырья, как правило, не подвержены химической коррозии. В основном они разрушаются в результате электрохимической коррозии. Электрохимическая коррозия– это процесс разрушения металла в результате гетерогенной электрохимической реакции. При электрохимической коррозии одновременно протекают два процесса - окислительный (анодный), вызывающий растворение металла на одном участке, и восстановительный (катодный), связанный с выделением катиона из раствора, восстановлением кислорода и других окислителей на другом. В результате возникают микрогальванические элементы, и появляется электрический ток, обусловленный электронной проводимостью металла и ионной проводимостью коррозионной среды. Рис.3 Химическая, электрохимическая коррозия Газовая коррозия, как правило, обусловлена взаимодействием металла с кислородом воздуха при высоких температурах, отсутствием влаги на поверхности металла и сопровождается образованием окислов, окалин и обезуглероживанием стали (например коррозия лопаток, камер сгорания и тепловых трактов газовых турбин, деталей газокомпрессоров и двигателей внутреннего сгорания). Коррозия металлов в неэлектролитах, т.е. в жидкостях не проводящих электрического тока, обусловлена взаимодействием металлов с агрессивными компонентами (например, коррозия внутренних поверхностей металлических трубопроводов по которым транспортируются органические растворители: нефть, мазут, меркаптаны и др. продукты, содержащие серу и сернистые соединения). Электрохимическая коррозия– это процесс разрушения металла в результате гетерогенной электрохимической реакции. При электрохимической коррозии одновременно протекают два процесса - окислительный (анодный), вызывающий растворение металла на одном участке, и восстановительный (катодный), связанный с выделением катиона из раствора, восстановлением кислорода и других окислителей на другом. В результате возникают микрогальванические элементы, и появляется электрический ток, обусловленный электронной проводимостью металла и ионной проводимостью коррозионной среды. Электрохимическая коррозия подразделяется на равномерную и сплошную. Рис.4 Виды коррозии По характеру разрушения различают следующие виды коррозии: - сплошная – охватывает всю поверхность металла; - равномерная – протекает с приблизительно одинаковой скоростью по всей поверхности; - местная – охватывает отдельные участки поверхности; - селективная (избирательная) – растворение отдельных компонентов сплава; - пятнами – в виде пятен диаметром более 50 мм и глубиной до 2 мм; - язвенная – в виде язв диаметром 2 до 50 мм; - точечная (питтинг) – в виде отдельных точек диаметром до 2 мм; - межкристаллитная – в виде избирательного разрушения границ зерен (кристаллов); - щелевая – развивается в щелях и узких зазорах; - подпленочная – протекает под защитным покрытием. По сочетанию с другими физическими воздействиями различают следующие виды коррозионных разрушений: - коррозионно - кавитационные – при дополнительном воздействии кавитационного процесса; - эрозионно - коррозионные – при дополнительном истирающем воздействии потока воды совместно с твердыми частицами, или без них; - коррозионное растрескивание – при воздействии растягивающих напряжений; - коррозионная усталость – при воздействии переменных механических напряжений; - высокотемпературная коррозия – при воздействии коррозионной среды с высокой температурой; - атмосферная коррозия, возникающая в результате воздействия влажного воздуха или газа на металл; - жидкостная коррозия, возникающая в жидкостях, проводящих электрический ток, таких как морская вода, растворы - кислот, щелочей и солей; - почвенная или подземная коррозия возникающая на металлических сооружениях, уложенных в землю (в почвенных электролитах); - электрокоррозия, возникающая под действием внешнего источника тока или под действием блуждающих токов; - межкристаллическая коррозия, это разрушение сооружений, происходящее преимущественно по границам кристаллов (зёрен) металла, под воздействием окружающей коррозионной среды и постоянных или переменных механических напряжений; - биокоррозия, возникающая в условиях затруднённого доступа кислорода при укладке газопровода в болотистых почвах или большой глубине заложения, при содержании в воде сульфатных солей, анаэробные сульфатвосстанавливающие бактерии так же могут вызывать коррозию. В процессе жизнедеятельности эти бактерии восстанавливают сульфаты до сульфидов, используя при этом водород, что способствует протеканию катодных процессов. Причиной коррозии могут быть также серо-окисляющие бактерии, вырабатывающие в процессе жизнедеятельности серную кислоту, весьма агрессивную по отношению к стали. Коррозии могут также способствовать бактерии, потребляющие углеводороды и разрушающие битумные защитные покрытия. Одним словом биокоррозия - это процесс коррозии металла в почве с участием бактерий. Процесс коррозии начинается с поверхности и при развитии распространяется вглубь. В случае, когда продуктами коррозии покрыта вся поверхность, говорят о сплошной коррозии, которая может быть равномерной и неравномерной. Скорость равномерной коррозии оценивается массовым показателем коррозии - потерей массы металла с единицы его поверхности за единицу времени. Сплошная (равномерная) коррозия - равномерная постоянная потеря материала с корродирующей поверхности (развивается одновременно на всей поверхности). Характерна для всех металлов. Язвенная коррозия - это локализованная атака на материал, имеющий пассивную защитную пленку. Пассивная пленка может быть нарушена механически или под действием агрессивных ионов в электролите. Сильная язвенная коррозия может иметь место доже под слоем защитной пленки. Питтинг - точечная коррозия, возникает при локальном воздействии среды. Характерен для всех металлов и может привести к сквозным отверстиям в металле. Внешние проявления: - маленькие отверстия на поверхности; - скрытые полости внутри, которые могут быть заполнены продуктами коррозии (в том числе растворимыми солями). Что нужно для протекания коррозии? - металл; - электролит (вода\влажность); - кислород. Увеличивают скорость коррозии: - загрязнения; - повышение температуры; - повышение относительной влажности. Рис.5 Процесс коррозии Ржавчина – продукт, образующийся в процессе коррозии. Рис.6 Механизм электрохимической коррозии При контакте между двумя помещенными в электролит металлами, имеющими разный электрохимический потенциал, возникает электрохимическая коррозия. Интенсивность её зависит : - от разницы потенциалов, проводимости; - электролита и размера катода и анода. Рис.7 Механизм электрохимической коррозии Рис.8 Типы локализации коррозионных поражений Рис.9 Коррозионный гальванический элемент на поверхности металла По механизму химической реакции, лежащей в основе коррозионного поражения химическая коррозия связана с непосредственным взаимодействием металла с окислителем): Fe + O2 → Fe2O3 (t >300oC); Fe + H2S → FeS (t >260oC); Электрохимическая коррозия протекает в присутствии электролита, возможна при комнатной температуре. Fe → Fe2+ +2e- O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- Fe2++ 2OH- → Fe(OH)2 Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → Fe(OH)3 Fe(OH)3 → Fe2O3 + H2O По характеру разрушения: - общая (равномерная, неравномерная); - местная( питтинговая, щелевая, межкристаллитная). Общие представления об электрохимических процессах на границе металл-раствор электролита Рис.10 Электрохимические процессы на границе металл-раствор электролита An: Meкр + mH2O → (Me mH2O)0 адс → (Me mH2O)n+ (р-р) + n e – Переход металла из кристалла в раствор в виде гидратированных ионов с оставлением эквивалентного количества электронов в кристалле называется анодным процессом. Анодный процесс – процесс окисления. Kt: (Me mH2O)n+(р-р) + n e – (в крис) → (Me mH2O)0 адс→ Meкр + mH2O Взаимодействие каких-либо частиц раствора с электронами металла с восстановлением этих частиц на поверхности металла называется катодным процессом. Катодный процесс – процесс восстановления. Рис.11 Механизм коррозии Рис.12 Схема коррозионного процесса Характеристика кислотности грунтов в зависимости от водородного показателя рН Рис.13 Характеристика грунтов Скорость коррозии зависит от : 1. Свойств металла (электрохимического потенциала) 2. Агрессивности окружающей среды 3. Температуры 4. Влажности 5. Наличия защитной оксидной пленки на поверхности 6. Наличия и типа загрязнений на поверхности 7. Проводимости электролита 8. Условий обслуживания 9. Среда, в которой металл подвергается коррозии, называется коррозионной или агрессивной средой. 10. По степени воздействия на металлы коррозионные среды целесообразно разделить на: неагрессивные; слабоагрессивные; среднеагрессивные и сильноагрессивные. СТАНДАРТ ISO 12944-2 Классификация условий окружающей среды Таблица 1 Степень агрессивности среды согласно ISO 12944-2 Степень агрессивности среды согласно СНиП 2.03.11-85 С 1(очень низкая) Неагрессивная С 2 ( низкая) С 3 (средняя) Слабоагрессивная С 4 (высокая) Среднеагрессивная С5-I (очень высокая промышленная) Сильноагрессивная C5-M (очень высокая морская) 1.2 Атлас коррозионных дефектов Рис.14 Стресс-коррозионные дефекты, обнаруженные при переизоляции участка газопровода «Ямбург-Елец 1» км. 855-860 Рис.15 Коррозионные дефекты, язвенная коррозия обнаруженные при переизоляции участка газопровода «Ямбург-Елец 1» км. 855-860 Рис.16 Коррозионные дефекты, селективная коррозия Рис.17 Коррозионные дефекты, язвенная коррозия Рис.18 Стресс-коррозионные дефекты, обнаруженные при переизоляции участка газопровода «Надым-Пунга» Рис.19 Стресс-коррозионные дефекты, обнаруженные при переизоляции участка газопровода «Надым-Пунга» Рис.20 Стресс-коррозионные дефекты, обнаруженные при переизоляции участка газопровода «Ямбург-Елец I» Рис.21 Стресс-коррозионные дефекты, обнаруженные при переизоляции участка газопровода «Ямбург-Елец II» Рис.22 Стресс-коррозионные дефекты, обнаруженные при переизоляции участка газопровода «Центр II» Рис.23 Стресс-коррозионные дефекты, обнаруженные при переизоляции участка газопровода «Центр I» Рис.24 Стресс-коррозионные дефекты, с элементами язвенной коррозии Рис.25 Стресс-коррозионные дефекты Рис.26 Стресс-коррозионные дефекты Рис.27 Стресс-коррозионные дефекты |