Способ защиты от подземной коррозии в местах локального повреждения изоляционного покрытия металлических трубопроводов

 

Изобретение относится к защите от подземной коррозии. Способ включает инъектирование в грунт химического реагента, причем в качестве инъектируемого в грунт химического реагента используют водный раствор цинка серно-кислого концентрацией 150-160 г/л на 1 дм² защищаемой поверхности и 1 дм³ окружающего грунта, а инъектирование осуществляют при потенциале катодной защиты минус 0,85 - минус 1,15 В (по медно-сульфатному электроду сравнения). Технический результат: расширение области применения предлагаемого способа при обеспечении высокой эффективности защиты от коррозии изолированных подземных металлических сооружений с активной электрохимической защитой в местах локального повреждения изоляционного покрытия. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области защиты от подземной коррозии в местах локального повреждения изоляционного покрытия подземных металлических сооружений (в частности трубопроводов), имеющих электрохимическую защиту путем инъектирования цинка серно-кислого в коррозионно-активную среду (КАС).

Известен способ повышения коррозионной стойкости подземных металлических сооружений (ПМС) с гидроизоляционными материалами введением добавок кремнийорганических соединений. Способ применяется для повышения коррозионной стойкости гидроизоляции сооружений, не имеющих специальной защиты в условиях одновременного воздействия напорной фильтрации воды, капиллярного подсоса и диффузионной проницаемости жидких агрессивных сред. Противокоррозионная защита основана на повышении эффекта гидрофобной защиты материалов за счет предварительного уплотнения их структуры инъектированием кремнийорганических соединений, обладающих объемным гидрофобным эффектом. [РЖ, 66. Коррозия и защита от коррозии, 7, 1991, стр. 60, 7.66.584. /Вершинина О.С. //Негрунтовые противофильтрационные конструкции и гидроизоляции энергетических сооружений: Материалы Всесоюзного научно-технического совещания /ВНИИ гидротехника. - Л., 1990. - C. 207-211. - pус.] Недостатком известного способа является дороговизна и дефицитность кремнийорганических соединений и неопределенность использования данного способа для ПМС, имеющих или не имеющих специальные виды электрохимической защиты (катодная, протекторная, электродренажная).

Известен способ защиты стали в воде путем введения в водную среду гидроксида кальция в количестве 0,6-0,8 г/л. Данное изобретение относится к области защиты стального оборудования от коррозии в водной среде, в частности к ингибиторной защите от коррозии при помощи ингибиторов-пассиваторов агентов.

Недостатком известного способа является невысокая эффективность пассивации и вследствие этого короткий срок действия защиты (продолжительность действия раствора составляет 360 часов, а скорость коррозии 0,007-0,1 г/м²•сут).

[Авт. свид. 939594, МКИ³ C 23 F 11/00. Раствор для пассивации стали. //Ю. Я. Харитонов, А. П. Акользин, Л.Н. Морозова //Открытия, изобретения, 1982, 24] Другим известным способом повышения эффективности защиты металла от коррозии объектов, эксплуатирующихся в подземных условиях при периодическом воздействии подземных вод, является введение в грунт водного раствора нитрита натрия и мылонафта.

[Патент РФ SU 1678902 А1, МКИ³ C 23 F 11/00. Способ защиты от коррозии. //Р.Б. Мамелов //Бюллетень 35 от 23.09.91 г.] Недостатками известного способа кроме дороговизны и дефицитности применяемых реагентов является узкая область применения предлагаемого способа: только для связных (суглинистых) и песчаном грунтах Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ увеличения эффективности катодной защиты стальных ПМС от коррозии, по которому сооружения укладывают в песок с засыпкой, пропитанной водным раствором углекислого кальция (известняка) и двуокиси углерода в виде сухого льда. В результате образования бикарбоната кальция в зоне с повышенным содержанием гидроксилионов (на поверхности катода) выпадает нерастворимый осадок карбоната.

[Н. П. Глазов, В.В. Притула. Современное состояние защиты от подземной коррозии за рубежом (обзор зарубежной литературы), ВНИИОЭНГ, М., 1972] Основным недостатком известного способа является невозможность использования в связи с проявлением на катодно-защищенном трубопроводе с нарушенным изоляционным покрытием карбонатного коррозионного растрескивания (ККР, стресс-коррозия). [Абдуллин И.Г., Гареев А.Г., Мостовой А.В. Коррозионно-механическая стойкость нефтегазовых трубопроводных систем: диагностика и прогнозирование долговечности. Уфа: Гилем, 1997, 177 с.; А.Г. Гареев, И. А. Иванов, И.Г. Абдуллин, А.И. Забазнов, В.И. Матросов, В.В. Новоселов, Прогнозирование коррозионно-механических разрушений магистральных трубопроводов, М.: ИРЦ Газпром, 1997] Изобретение решает техническую задачу расширения области применения предлагаемого способа при обеспечении высокой эффективности защиты от коррозии изолированных ПМС с активной электрохимической защитой в местах локального повреждения изоляционного покрытия.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе защиты от подземной коррозии металлических трубопроводов в местах локального повреждения изоляционного покрытия, включающем инъектирование в грунт химического реагента, согласно изобретению в качестве инъектируемого в грунт химического реагента используют водный раствор цинка серно-кислого ZnSO₄•7H₂O концентрацией 150-160 г/л на 1 дм² защищаемой поверхности и 1 дм³ окружающего грунта, из которого под действием потенциала катодной защиты минус 0,85 - минус 1,15 B (по медно-сульфатному электроду сравнения) происходит электролитическое осаждение на поверхность металла подземного сооружения металлического цинка, при этом на поверхности металла ПМС создается защитное цинковое покрытие, обладающее также свойствами электрохимического протектора, что обеспечивает надежную защиту трубопровода от коррозии, включая кратковременные периоды работы подземных металлических трубопроводов при отключении электрохимической защиты (ЭХЗ) (плановый, аварийный и т.д.).

Предлагаемый способ защиты от подземной коррозии металлических трубопроводов осуществляется следующим образом: определяют фактическое положение оси и глубины залегания трубопровода; определяют наличие и места расположения подземных коммуникаций в области локального повреждения изоляционного покрытия подземного трубопровода; определяют характер грунта вокруг места локального повреждения изоляционного покрытия подземного трубопровода;
определяют места повреждения изоляционного покрытия подземного трубопровода с помощью приборов - трассоискателей путем продольного, поперечного и вертикального зондирования наведенного электрического поля трубопровода на переменном или постоянном токе;
определяют координаты точек ввода инъекторов на поверхности грунта;
определяют углы наклона для каждой точки ввода инъектора;
определяют величины подачи инъектора для каждой точки инъектирования;
определяют расход инъекционного раствора на каждую точку инъектирования и на все повреждение в целом;
определяют на поверхности грунта и фиксируют колышками места ввода инъекторов согласно проекту производства работ;
осуществляют доставку к месту производства работ оборудования и инструментов;
осуществляют сборку инъекционной установки в рабочем положении;
производят подготовку системы для закачки инъекционного раствора в грунт;
производят подготовку инъекционного раствора согласно проекту производства работ;
осуществляют закачку водного инъекционного раствора цинка серно-кислого ZnSО₄•7Н₂О концентрацией 150 г/л на 1 дм² защищаемой поверхности и 1 дм³ окружающего грунта в места повреждения изоляционного покрытия.

Устройства для инъектирования широко применяются при искусственном закреплении грунтов, так например [В.Е. Соколович/ Химическое закрепление грунтов. - М.: Стройиздат, 1980. - 118 с., Б.А. Ржаницын/ Химическое закрепление грунтов в строительстве. - М.: Стройиздат, 1986. - С. 264, а.с. SU 1428815 А1 СССР, Е 02 D 3/12 Устройство для закрепления грунтов //А.А. Равкин, Л. Ф., Фуров //07.10.88. Бюллетень 37, а.с. 747929, Е 02 D 3/12 Машина для укрепления грунта //Ю.Г. Бабаскин, И.И. Леонович, Л.Р. Мытько //15.07.80. Бюллетень 26 и т.д.]
Нами были проведены гравиметрические и электрохимические коррозионные исследования по определению скорости коррозии и измерения электродных потенциалов во времени и при поляризации образцов из стали 17Г1С и цинка в грунте при потенциале катодной защиты (минус 0,85 - минус 1,15 В по медно-сульфатному электроду сравнения (МСЭ) обработанных путем инъектирования семиводным раствором цинка серно-кислого концентрацией 150 г/л на 1 дм² защищаемой поверхности и 1 дм³ окружающего грунта.

Параллельно проводились исследования катодно-защищенного металла без обработки грунта (контрольные образцы).

Образцы с заданной рабочей поверхностью помещали в специально созданную грунтовую трехэлектродную ячейку, позволяющую проводить катодную поляризацию исследуемого образца и регистрировать защитные токи и потенциалы без учета и с учетом омической составляющей грунта. Грунт представляет собой суглинок с постоянной влажностью 20% по весу, плотность частиц грунта 2,72 г/см³. Время испытания - 940 часов.

В таблице приведены среднеарифметические из 6 параллельных опытов результаты коррозионных испытаний, проведенных общепринятым гравиметрическим методом.

Все образцы, обработанные раствором ZnSO₄•7Н₂О в условиях катодной поляризации, имели рыхлый покровный слой цинка, толщиной 25 мкм (Г-фаза ≈ 7 мкм).

Как видно из таблицы обработка грунта ZnSO₄•7H₂O совместно с катодной защитой полностью исключает коррозионное растворение стали.

На чертеже приведена зависимость изменения во времени защитного потенциала на образце обработанном ZnSO₄•7Н₂O.

Как видно из чертежа при выключении катодной защиты на 15 часов после 21 часовой поляризации (имитация аварийного или планового отключения ЭХЗ) защитный потенциал остается постоянный и равный 1,0 В по МСЭ. Это очевидно связано с тем, что осажденный цинк начинает выступать в качестве протектора ПМС.

Изобретение найдет применение для защиты от подземной коррозии в местах локального нарушения изоляционного покрытия металлических трубопроводов и других металлических сооружений, имеющих длительный срок эксплуатации и электрохимическую защиту. Предлагаемый способ заменяет ремонт изоляции трубопроводов, осуществляется без остановки перекачки и вскрытия подземных металлических сооружений и более эффективен по сравнению с прототипом, так как под действием потенциала катодной защиты (минус 0,85 - минус 1,15 В по медно-сульфатному электроду сравнения) происходит электролитическое осаждение на поверхность металла подземного сооружения металлического цинка, при этом на поверхности металла ПМС создается защитное цинковое покрытие, обладающее также свойствами электрохимического протектора, что обеспечивает надежную защиту трубопровода от коррозии, включая кратковременные периоды работы подземных металлических трубопроводов при отключении электрохимической защиты (плановый, аварийный и т.д.).

Формула изобретения

Способ защиты от подземной коррозии в местах локального повреждения изоляционного покрытия металлических трубопроводов путем инъектирования химического реагента в грунт, отличающийся тем, что в качестве инъектируемого химического реагента используют водный раствор цинка серно-кислого концентрацией 150-160 г/л на 1 дм² защищаемой поверхности и 1 дм³ окружающего грунта, а инъектирование осуществляют при потенциале катодной защиты минус 0,85 - минус 1,15 В.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2