Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Повышение эффективности противокоррозионной защиты подземных нефтегазопроводов в условиях промышленных площадок

ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности противокоррозионной защиты подземных нефтегазопроводов в условиях промышленных площадок"

На правах рукописи

□оздуаьи (

ГЛОТОВ ИВАН ВЛАДИМИРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОТИВОКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ ПРОМЫШЛЕННЫХ

ПЛОЩАДОК

Специальность 25.00.19 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

- 1 ОКТ 2009

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ухта-2009

003478587

Диссертация выполнена в Ухтинском государственном техническом университете

Научный руководитель: кандидат технических наук

Руслан Викторович Агиней

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Владимир Николаевич Волков

кандидат технических наук Игорь Николаевич Бирилло

Ведущая организация: ООО «Газпром трансгаз Ухта»

Защита состоится 22 октября 2009 г. в 10°° часов на заседании диссертационно совета Д 212.291.02 в Ухтинском государственном техническом университете : адресу: 169300, г. Ухта, Республика Коми, ул. Первомайская, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ухтинского государственно технического университета.

Автореферат размещен на интернет-сайте Ухтинского государственного техник ского университета www.ugtu.net в разделе «Диссертационный совет».

Автореферат разослан 19 сентября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Н.М. Уляшева

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Обеспечение надежной и безопасной работы нефтегазо-оводов промышленных площадок (ПП) насосных и компрессорных станций (НС и 2) и предотвращение их разрушения по причине коррозии имеет большое значе-ie, так как это может привести к катастрофическим последствиям в силу большого личества обслуживающего персонала и концентрации дорогостоящего, технологи-ски важного оборудования.

Практика эксплуатации подземных трубопроводов показывает, что качество их тикоррозионной защиты определяется главным образом эффективностью работы едств электрохимической защиты (ЭХЗ), основным критерием которой служит по-ризационный потенциал трубы относительно окружающего коррозионно-тивного грунта.

В работах H.A. Петрова, Н.П. Глазова показано, что избыточный поляризаци-[ный потенциал может приводить к наводораживанию и охрупчиванию металла уб, а также к повреждениям изоляционного покрытия изоляции, особенно с учетом шышенных температур продукта в трубопроводах КС и НС. Недостаточный по-нциал не обеспечивает эффективную защиту металла труб от развития коррозион-.IX повреждений.

В настоящее время разработан ряд методов, позволяющих измерить поляриза-юнный потенциал металла трубы относительно грунта, однако часть из них слож-.1 в практической реализации, другие недостаточно точны.

На практике задача оптимизации работы средств ЭХЗ трубопроводов решается аудированием выходных параметров станций катодной защиты (СКЗ), применени-i дополнительных СКЗ или распределенных анодных заземлителей. Однако на убопроводах ПП ее решение усложняется наличием утечек тока из-за близкого ^положения трубопроводов, сложным пространственным взаимным влиянием од->й СКЗ на потенциал нескольких трубопроводов или нескольких СКЗ на один тру-шровод, влиянием экранирующих объектов (стальных опор, фундаментов) и сто->нних источников токов (подземных кабелей аккумуляторных станций, связи и те-механики).

В настоящее время разработаны методические приемы для оптимизации рабо-i средств ЭХЗ в условиях ПП. Огромный вклад в развитие этих методов внесли .К. Фатрахманов и Г.Г. Винокурцев.

Однако разработанные методики не учитывают целого ряда влияющих фак ров (свойств грунта в момент измерения, состояния изоляции, наличия блуждающ] токов), что не позволяет оптимизировать потенциал на всем протяжении трубопр вода по требованиям ГОСТ Р 51164-98.

Это предопределяет необходимость разработки комплексного подхода в опт мизации средств противокоррозионной защиты, включая изоляционное покрытие средства электрохимической защиты, базирующегося на основе результатов лабор торных и полевых испытаний.

Работа базируется на результатах научных работ многих отечественных и ; рубежных ученых и исследователей, среди которых: Г.Г. Винокурцев, Ю.И. Гарбе Н.П. Глазов, А.Г. Гумеров, Н.П. Жук, A.M. Зиневич, О.М. Иванцов, Ф.М. Мустафи H.A. Петров, А.Е. Полозов, В.В. Притула, В.Н. Протасов, И.Л. Розенфельд, И. Стрижевский, Ю.А. Теплинский, Ф.К. Фатрахманов, Л.И. Фрейман, W. Baeckmann, R. Browseau, F. Gan, Z.-W. Sun, W. Schwenk, R.N. Parkins и др.

Цель работы: Разработать методику повышения эффективности противоко розионной защиты подземных нефтегазопроводов в условиях промышленных пл щадок насосных и компрессорных станций.

Задачи исследования:

- На основании лабораторных исследований установить регрессионные м дели, наиболее точно описывающие потенциал трубопровода в условиях действ нескольких СКЗ.

- Разработать методику оптимизации работы средств противокоррозиен» защиты трубопроводов в условиях ПП.

- Выполнить полевые испытания методики на территории промышленн площадки КС-10 ООО «Газпром трансгаз Ухта».

- Разработать новые средства и способы измерения поляризационного п тенциала подземных трубопроводов.

Научная новизна:

1) Экспериментально установлено, что определить потенциал в i-ой точке тр бопровода в условиях защиты несколькими станциями катодной защиты можно помощью регрессионной модели вида:

UrUoi+JXlj),

j=i

где Uoi - потенциал при отключенных станциях защиты в i-ой точке, В; a,j - па-метр влияния j-ой станции катодной защиты на потенциал i-ой точки измерения; - сила тока на выходе j-ой станции катодной защиты, А; п - количество станций щиты, влияющих на потенциал в i-ой точке;

2) Доказано, что погрешность расчетной линейной модели относительно экс-:риментальных данных составляет менее 12%, а в практически значимом диапазоне >тенциалов минус 0,85-2,5 В не более 6,0%, что соответствует достаточной точно-и оценок;

3) Обоснована возможность использования в качестве Uoi величины собственно (стационарного) поляризационного потенциала металла трубопровода в данных :ловиях Uct, что способствует сокращению времени на измерения на 1-2 сут и по-.ппению точности дальнейшего расчета на 5-10%.

4) Установлено, что задача оптимизации и расчета требуемых выходных пара-

it

гтров СКЗ может быть решена минимизацией выражения - UKpuT| ->0,

¡=i

где икрит — критерий эффективности катодной защиты, выбираемый из регла-гнтируемого диапазона исходя из электрических свойств грунта в момент измере-1я, к - количество точке измерения;

5) Впервые предложена формула для определения критерия UKpitr:

U = и +(U -U ■ )1,13 ~Imin ,

Kpirr ^min V max mm 1 т т '

max min

где Umax и Umin - максимальный и минимальный (по модулю) регламентируе-ый потенциал, В;

1из. Imax> Imin - измеренная (текущая), максимальная и минимальная годовые си-тока на станции, А

Защищаемые положения:

• методика лабораторных испытаний моделей трубопроводов в условиях од-эвременного действия двух станций защиты;

• регрессионные модели, характеризующие поляризационный потенциал южноразветвленных трубопроводов ПП в условиях совместного действия СКЗ;

• методика расчета оптимизированных выходных параметров СКЗ;

• регламент повышения эффективности противокоррозионной защиты тру-эпроводов промышленных площадок НС и КС;

новые методы и устройства измерения поляризационного потенциала территории 1111.

Практическая ценность работы заключается в разработке стандарта орган зации «Газпром трансгаз Ухта» «Методика по оптимизации работы средств прот вокоррозионной защиты подземных трубопроводов промышленных площадок КС»

Разработанная методика внедрена при оптимизации работы средств против коррозионной защиты на трубопроводах промышленной площадки КС-10 Сосного ского ЛПУ МГ компрессорный цех №3. В результате установлены участки труб проводов с недостаточным или избыточным поляризационным потенциалом, рг считаны рациональные параметры защитного тока каждой из действующих станци выведены в резерв несколько станций защиты, рекомендованы мероприятия по р монту и установке новых анодных заземлений. Получен экономический эффект, ; ключающийся в повышении противокоррозионной защищенности подземных газ проводов за счет выравнивания поляризационного потенциала на различных учас ках трубопроводов и снижении расхода электроэнергии, потребляемой станцияр защиты за счет оптимизации ее выходных параметров.

По материалам исследований поданы две заявки на изобретения F (№2007120375/17 Способ измерения поляризационного потенциала трубопрово; №2007116775/20 Устройство для измерения поляризационного потенциала труб провода), по одной из которых получен патент РФ, что свидетельствует о новизне промышленной применимости полученных в работе результатов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доклад вались и обсуждались на:

• Седьмой Всероссийской конференция молодых ученых, специалистов студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в i зовой промышленности» 25-28 сентября 2007г., РГУНиГ им. И.М. Губкина, г. Мое ва;

• Всероссийской научно-технической конференции «Нефть и газ Запад» Сибири», г. Тюмень, 2007 г.;

• Конференции сотрудников и преподавателей УГТУ, г. Ухта, 2007, 20С 2009 гг.;

• VII Международной интернет-конференции «Новые материалы и технол гии в машиностроении», г. Брянск, 15 октября -15 ноября 2007 г.

• Международной конференции «Целостность и прогноз технического со-ояния газопроводов» (PITSO-2007), г. Москва, 2007 г.;

• Восьмой научно-технической конференции молодежи ОАО «АК «Транс-фть», ОАО «Северные МН», г. Ухта, ноябрь 2007 г.;

• Международных молодежных конференциях «Севергеоэкотех - 2007, 2008, 09», УГТУ, г. Ухта, 2007,2008, 2009 г.;

• Девятой научно-технической конференции молодежи ОАО «АК «Транс-фть», ОАО «Северные МН», г. Ухта, ноябрь 2008г.;

• XV научно-практической конференции молодых ученых и специалистов 1роблемы развития газовой промышленности Западной Сибири - 2008», ОО «ТюменНИИгипрогаз», г. Тюмень, 19-23 мая 2008 г.

• 3-й Международной научно-технической конференции «Актуальные про-[емы трубопроводного транспорта Западной Сибири», ТюмГНГУ, г. Тюмень, 109 г.

Результаты, полученные в работе, использованы при выполнении научно-:следовательской работы по хоздоговорной работе № 41/08 от 04. 06. 2008 г. «Размотка методики по оптимизации параметров работы электрохимической защиты >дземных технологических трубопроводов на промышленных площадках компрессных станций».

Публикации: по теме диссертации опубликовано 16 работ, из них 6 - в веду-их рецензируемых изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, шести глав, заточения, содержит 174 страницы текста, 83 рисунка, 25 таблиц и список литерату->1 из 105 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснованы актуальность и значимость выбранной темы, степень ! разработанности, охарактеризованы научно-методические пути ее решения.

В первой главе «Анализ методов защиты от коррозии трубопроводов про-ышлениых площадок» показано, что математический расчет распределения поля годной защиты сети трубопроводов ПП, защищенных несколькими СКЗ, аноды вторых установлены по периметру ПП, существенно сложен вследствие влияния эльшого количества трудно учитываемых факторов. Это осложняет реализацию чествующих методик оптимизации работы ЭХЗ, поэтому в ряде случаев потенци-' трубопроводов ПП не соответствует требованиям (рисунок 1).

-4,50 -4,00 -3,50 -3,00

ю_ -2,50 Максимальный защитный потенци;

п

э -2,00

-1,50 -1,00

-0,50 - Минимальный защитный потенциал -0,00

-4,50

-4,00

-3,50

-3,00

ш -2,50

<•>

ь -?П0

-1,50

-1,00

-0,50

-0,00

Область недостаточной поляризации

Т СО СО О СЧ М" Ю СМ СО О Ю СТ) со

т- см см со

О СМ чг СО СО О ЧГ СО ЧГ Ш Ю Ю

О) Г^ Ю СО т- О) I— 1П СОСЛСМЮСООСОСО

Координата, м

Координата, м

Рисунок 1 - Пример распределения защитного потенциала по длине трубопровода

компрессорной станции

Предложена структурная схема реализации комплексной методики оптимиз ции работы ЭХЗ трубопроводов ПП, включающая: проведение лабораторных иссл дований с получением эмпирических зависимостей на моделях; анализ данных I объекте; разработку и реализацию комплекса мероприятий (рисунок 2).

Лабораторные исследования. Получение экспериментальных зависимостей на стенде

Исследование перетекания тока между двумя трубопроводами с моделированием:

- состояния изоляции;

- величины поляризации;

- взаимоположения трубопроводов и наличия перемычек

Ж

Оценка экранирования токов ЭХЗ моделированием действия :

- ж/б опор;

- стальных резервуаров;

- защитных заземлений и заземлений молниезащиты;

- кабелей

Моделирование натекания токов катодной защиты в зависимости от:

- режимов работы станций защиты;

- электрических свойств фунта;

- расположения и сопротивления растеканию токов анодных заземлителей

Разработка методики Практическая реализация. Этап 1. Получение данных об объекте исследования

Л п п п

Определение положения подземных сооружений и анодных заземлений

Анализ измерения потенциала трубопроводов

Оценка состояния изоляции

Оценка свойств грунта

Локализация то-копроводящих перемычек

Этап 2. Разработка комплекса мероприятий по оптимизации работы средств защиты

Л 41 11 N

Регулирование режимов работы станций защиты Перенос анодных или защитных заземлений Установка дополнительных экранов или анодов Установка или удаление перемычек Ремонт изоляции трубопровода

Рисунок 2 - Структура реализации комплексной методики оптимизации ЭХЗ

трубопроводов ПП

Показано, что для достижения качественной защиты существует проблема >стоверности измерения поляризационного потенциала. Анализ существующих ме-|ДОв измерения потенциала трубопроводов, показал, что они не обеспечивают тре-гемой точности измерений в условиях одиночных дефектов изоляционного покры-[я и неравномерности процессов натекания тока катодной защиты.

Во второй главе «Методика лабораторных испытаний» показано, что плотнеть катодного тока, являющаяся одним из критериев защиты, при совместной за-ите трубопровода двумя станциями, согласно принципу суперпозиций, является ункцией суммарной силы тока действующих СКЗ.

Для моделирования совместной защиты разработан лабораторный стенд (ри-тюк 3), включающий емкость с грунтом, модели двух СКЗ и три типа модели тру-шровода в изоляции которых выполнены повреждения в виде складок (тип 1), происков (тип 2), множественных точечных дефектов (тип 3).

Методика испытаний заключалась в последовательном определении зависимо-:и поляризационного потенциала от силы тока на выходе каждой их двух станции гдельно, а также при их при и их совместной работе.

Источник постоянного тока (имитатор двух станций катодной защиты)

Контактный трбхжильный провод

Колонка контрольно-измерительная с контактным зажимом

Анодный заземли-тель

Переключатель

Грунт (песок)

Модель трубопровода изолированного ленточным полимерным покрытием

Резервуар

Рисунок 3 - Эскиз испытательного стенда Во третьей главе «Анализ результатов лабораторных испытании» показано, го были выполнены шесть различных экспериментов с изменением типов моделей эубопроводов, типов применяемых электродов сравнения, работы экранов защит-ого тока и анодов (рисунок 4).

Переходное сопротивление Тип неполярнзующегося изоляции модели. Ом м2 электрода сравнения Наличие экрана в зоне Сопротивление действия моделей СКЗ растекания тока анода

1 1

4050 2863 1878 Медносуль- Хторсереб-(1 тип) (2 тип) (3 тип) фатный (МС) ряныП (ХС) Отсутствуют Два экрана ЮОм-м

1 »

В зоне УКЗ'1 В зоне УКЗ 2 22 Ом-м

Рисунок 4 - Параметры лабораторных испытаний

На рисунке 5 показаны графики зависимости и варианты аппроксимации. Аппроксимация результатов испытаний выполнена регрессионными матем тическими моделями общего вида:

-линейной иШш=ит +АП111+А„212;

- полиномиальной Цт7<м=£/<м В„1121+Ап212 + В„212;

- экспоненциальной (У,этоп=Ц)1 +ехр (Сп111 +Сп212);

где и01 - потенциал при отключенных станциях защиты в 1-ой точке, В; А, В С - эмпирические коэффициенты аппроксимирующих кривых

О 11 20 30 40 50 0 10 20 Я <0 50 0 Я И 30 О

Сила тока на выходе модели СКЗ, мА Сила тока на выходе модели СО, мА Сила тока на выходе модели СКЗ, мА

а) б) в)

Варианты аппроксимации: 1 - линейной; 2 - полиномиальной; 3 - экспоненциальнс

зависимостью

Рисунок 5 - Пример зависимости разности потенциалов модели трубопровода от а лы тока на левой станции а), правой б) и от совместного действия обеих СКЗ в)

В диапазоне от стационарного потенциала до минус 3,5 В рассчитаны сумма

ные квадратичные отклонения значений потенциала с помощью каждой из модеж

от фактических. Установлено, что линейная модель является наиболее точной, п

грешность относительно фактических данных составляет до 11,58%, а в практичеа

значимом диапазоне потенциалов минус 0,85 - 2,5 В - менее 6,0%.

В общем виде линейную модель, определяющую потенциал в i-ой точке тру-зпровода, можно представить в виде:

UrUoi+XCA^), (1)

j-i

где Uoi - потенциал при отключенных станциях защиты в i-ой точке, В; Ау -1раметр влияния j-ой станции катодной защиты на потенциал i-ой точки измерения; - сила тока на выходе j-ой станции катодной защиты, А; п - количество станций 1щиты, влияющих на потенциал в i-ой точке.

В результате проведения расчетов установлено, что для повышения точности 1счетных значений потенциала и снижения времени на измерения (деполяризацию), качестве свободного члена в линейной модели, необходимо принимать значение эбственного поляризационного потенциала трубопровода в данных условиях (дан-ый металл трубы в данной коррозионной среде).

В четвертой главе «Практический регламент оптимизации работы средств

тектрохимической защиты ПП» разработана методика подбора требуемой силы

эка на выходе станций с применением редактора Excel, реализующего способ по-

1едовательных приближений. Для расчета составляются линейные уравнения 1, для

шдой точки измерения подбираются такие значения силы тока СКЗ, чтобы выпол-

k

ялось условие минимизации выражения - U^l —>0, (2)

¡-1

где Uj — поляризационный потенциал в i-той точке, В; икрит - критерий эффектности катодной защиты, выбираемый из регламентируемого диапазона исходя из 1ектрических свойств грунта в момент измерения, к - количество точке измерения.

В работе установлено, что расчет требуемых выходных параметров работы КЗ будет корректен только для действующих условий натекания тока, в частности тектрического сопротивления грунта, учет которого предложено выполнять расче-эм значения UKpitT исходя из соотношения текущего (в момент выполнения измере-ия), наименьшего и наибольшего годового значения силы тока СКЗ:

и = и +(и -и .) (3)

w Крит ^min V max wmin/j j » \ /

max min

где Umax и Umin - максимальный и минимальный (по модулю) регламентируе-ый потенциал, В;

1ю> Imax, Imin - измеренная (текущая), максимальная и минимальная годовые си-а тока на станции, А

Автором разработан алгоритм комплексной методики повышения эффектив сти работы противокоррозионной защиты трубопроводов промышленных площадо: Особенностями методики является оценка работоспособности анодных заземлений поиск повреждений изоляционных покрытий. Эти методы реализуются дистанцио] ным способами с поверхности грунта. Кроме этого предложены методы локализацк источников блуждающих токов.

В пятой главе «Практический регламент оптимизации работы средст электрохимической защиты ПП» представлены результаты внедрения разработа] ной методики при оптимизации работы средств противокоррозионной защиты I компрессорной цехе №3. Результаты электроизмерений показали, что из десяти ко] трольных точек на трех потенциал не соответствует требованиям НТД.

Анализ данных периодических измерений силы тока на выходе СКЗ №В2, п> казал, что максимальная сила тока (при неизменных регулировках станци: 1тах=5,16 А зафиксирована в мае, минимальная - в августе 1га!п=3,7 А. Сила тока ] момент измерения (сентябрь 2008 г.) составляла 1из= 4,05 А. Согласно (3) п{ итах= | -2,5 | В и итЬ= | -1,05 | В (по ГОСТ Р 51164-98), икрит= | -1,41 В.

Для расчета силы тока на выходе станций были сняты зависимостей потенци ла в контрольной точке от силы тока на выходе СКЗ В1 и В2, свидетельствующие низкой эффективности станции В2. Зависимости были аппроксимированы прямьв в соответствии с разработанной методикой. В результате были получены следующ показатели (таблица 1).

Таблица 1 - Результаты аппроксимации результатов полевых испытаний

Номер точки контроля Стационарный потенциал, В СКЗ№В1 КЦ-3 СКЗ №В2 КЦ-3

Параметр влияния СКЗ, А„к Коэффициент достоверности аппроксимации,Я2 Коэффициент влияния СКЗ, А„к Коэффициент достоверное^ аппроксимации,

3-1-1 -0,852 0,3438 0,9903 0,0467 0,9841

3-2-2 -0,972 0,3519 0,9913 0,1071 0,7304

3-3-3 -0,98 0,3322 0,9899 0,0008 0,9384

3-15 -0,887 0,0827 0,9774 0,0191 0,9792

3-13 -0,746 0,0409 0,9905 0,0217 0,9824

3-12 -0,782 0,0466 0,9912 -0,0037 0,6071

3-4 -0,925 0,2274 0,9895 -0,0053 0,6007

3-1 -0,952 0,9357 0,9895 -0,0012 0,1

3-3 -0,868 0,3603 0,9895 0,002 0,6897

3-2-1 -0,968 0,1618 0,9958 0,0417 0,9852

Расчетом в программе MS Excel (рисунок 6) установлено, что при силе тока на лходе станций СКЗ №В1 КЦ-3 - 1,56 А и СКЗ №В2 КЦ-3 - 1,89 А, распределение )тенциалов является наиболее оптимальным.

Испытания и расчет показали низкую эффективность работы СКЗ №В2 КЦ-3 т испытаниях сила тока СКЗ не поднимается выше 3,0 А при максимальном наряжении на выходе станции; об этом свидетельствуют и расчетные коэффициенты [ияния станции, которые не превышают 0,1 (см. таблицу 1). Часть расчетных коэф-яциентов имеет отрицательные значения, что связано с тем, что уровень влияния анции на потенциал в точке измерения сравним с погрешностью проводимых из-грений.

Значения стационарного Ячейки значений силы -потенциала-

Г|Стаци"онаЬ

0,852

f_ — —____j^piixepuH

То1з4зГГгййй7^, 1 -l n Ri?

Критериальное значение потенциала U^m

0,972

0,98

0,387

0,746

0,782

0,925

0,952

0,968

0,3519

0.3322

0,0827

0,0409

0,0466

0,2274

0,9357

0,3603

43,1618

i---yi

Параметр-влияния СКЗ

0.0467

0,1071

0,0008

0,0191

0,0217

-0.0037

-0,0053

-0.0012

0,002

7

0,0417.

,1 1,4

|l 1,4

I1 1,4

I' 1,4

1,4

1,4

1,4

,1 1,4

I1 1,4

1,4

0.852

Разкость

0,972

0,93

0.887

0.746

0.782

0,925

0,952

0,863

0,963

0,548

0,428

0.42! ? I

0.513

0,654

0,613

0,475

0,443

0.532

Разность расчетного и ""критериального значе-- ний

Сумма разностей расчётного и критериально----------- го значений

"ciV_____

:чётньш"значения по-„тешцшюв____

Рисунок 6 — Фрагмент окна Microsoft Excel ® с данными для расчета оптимальных значений силы тока на выходе станций

Расчет показал, что распределение потенциалов по точкам контроля практиче-си не изменилось, поэтому СКЗ №В2 КЦ-3 можно вывести в резерв. Для повышены эффективности работы станции выполнена диагностика анода по результатам второй аноды выведены в ремонт.

Для повышения эффективности защиты в точках контроля 3-15; 3-13; 3-12 ре-эмендуется проведение ремонта анодного заземлителя, подключенного к станции зВ1 КЦ-3. Расчетное значение, требуемой силы тока 1,6 А, свидетельствует о

большом запасе преобразователя №В 1 КЦ-3 по мощности, который можно задействовать ремонтом или установкой дополнительных анодов.

В шестой главе «Разработка средств и методов определения поляризационного потенциала трубопроводов» описано, что в настоящее время существуе ряд устройств позволяющих измерить потенциал, они обычно выполняются в виде зонда погружаемого на глубину измерения потенциала. Примером такого устройств является СИМФ, разработанного институтом «ВНИИГАЗ».

Суть работы заключается в измерении потенциала вспомогательного образп способом Габера-Луггина, при котором мембрана электролитического ключа маки мально приближена к вспомогательному электроду. При таком способе измерени из-за близкого расположения вспомогательного и измерительного электродов, ом! ческая составляющая в измеренной величине

Точность результатов измерений обеспечивается благодаря: максимальном приближению (30...50 мкм) измерительного электролитического моста к вспомоп тельному электроду; исключению экранирования вспомогательного электрода эле] тролитическим мостом; отсутствию в измерительной цепи падений напряжени посторонних электрических токов; использованию в электролитическом мосте гру! тового электролита.

К недостаткам описанного устройства относится погрешность измерения, об; словленная следующим: несоответствием электрохимического потенциала металле вспомогательного электрода и контролируемого трубопровода; экранирующим де] ствием антикоррозионного покрытия на реальном трубопроводе; падением напряж ния в пористой диафрагме.

Применение датчика потенциала со встроенным электродом сравнен! позволяет решить следующие задачи:

1. Использовать полученные данные без дополнительных преобразовани т.к. поляризационные потенциалы, указанные в НТД принято измерять относителы медносульфатного электрода сравнения;

2. Исключить омическую составляющую Ш\

3. Исключить составляющую, обусловленную влиянием электрического поля соседних ниток трубопроводов.

Последние два утверждения могут быть доказаны. Известно, что сопротивл ние от места установки электрода сравнения до поверхности трубопровода Л в о щем случае определяется как:

К=рх, (4)

где х - расстояние от места установки электрода сравнения до трубопровода, ; р - удельное сопротивление среды, Ом-м. Тогда

Ит(*Р*) = о> (5)

х-*0

Это означает что, при уменьшении расстояния х, уменьшается величина оми-;ского падения напряжения. В рассматриваемом случае, при х=10"3м значение оми-хкого падения напряжения на участке составляет величину, сопоставимую с по->ешностыо измерений.

Как известно, напряженность электрического поля в любой точке определяется 'перпозицией полей различных источников. Напряженность поля, создаваемого юседними" нитками трубопроводов вдоль оси х, перпендикулярной плоскости дат-геа потенциала, равна

Ех= -с1и/ск. (6)

Очевидно, что в случае монотонности функции напряженности электрического зля в однородной среде, с уменьшением расстояния между двумя точками поля вность потенциалов между ними также уменьшается.

На рисунке 7 изображено поперечное сечение вспомогательного электрода ¡тройства с экраном, свободное от перечисленных недостатков.

1 - вспомогательный электрод; 2 - капилляр; 3 — рабочая поверхность электрода; 4 -изоляционное покрытие; 5 - изоляционные втулки; 6 - экран; 7 — отверстие в экране исунок 7 - Устройство для измерения поляризационного потенциала трубопровода

Разработанное устройство состоит из вспомогательного электрода 1, вып ненного из металла, аналогичного металлу контролируемого трубопровода. Внут{ электрода располагается капилляр 2, выходящий на рабочую поверхность 3 электр да 1, расположенной на одном уровне с рабочей поверхностью 3. Капилляр заполш электролитом, находящимся в виде геля. Вспомогательный электрод 1 кроме раб чей поверхности 3 покрыт изоляционным материалом 4. На втулках 5, выполненнь из нетокопроводящего материала, над рабочей поверхностью 3 электрода 1 расп ложен, выполненный из нетокопроводящего материала экран 6 с перфорационные, отверстиями 7. Радиус (Я) (площадь) отверстия 7, расстояние от рабочей поверхн сти 3 до экрана 6 (Ь), смещение центров капилляра 2 и отверстия 7 (х) выбирают таким образом, чтобы максимально сымитировать существующие дефекты изоляц онного покрытия на трубопроводе.

Таким образом, разработанный метод измерения поляризационного потенци ла, включает определении параметров дефекта изоляционного покрытия трубопр вода (площади и местоположения на трубе) и имитацию его в самом измерительнс устройстве. В результате достигается высокая точность измерения поляризационн го потенциала трубопровода.

Основные выводы:

1. Установлено, что известные методики оптимизации работы катодной : щиты не учитывают влияние ряда важных факторов: состояния изоляционного п крытия, неизбежного изменения в процессе эксплуатации параметров среды и хара теристик анодных заземлений, не учитывается возможность натекания - стекания л ка с других сооружений.

2. Доказано, что измерение поляризационного потенциала, определяюще защищенность металла, необходимо выполнять в конкретном повреждении изоляц: трубопровода, при этом методы измерения должны обеспечивать соответствие: ме ки стали трубопровода и датчика потенциала; площади неизолированной поверх! сти датчика и размеров повреждения покрытия; местоположения повреждения и: ляции и датчика потенциала.

3. Разработаны новый метод и устройство для измерения поляризационно потенциала, позволяющий существенно повысить точность измерения, заключа щийся в детальной имитации повреждения покрытия в котором определяется по: ризационный потенциал.

4. Проведены лабораторные имитационные испытания, в результате которых тановлены математические модели, наиболее точно описывающие зависимость >тенциала в точке измерения от силы тока на выходе станций защиты.

5. Разработан алгоритм расчета оптимальных выходных параметров станций .тодной защиты подземных сложноразветвленных трубопроводов промышленных ющадок.

6. Разработан промышленный регламент повышения эффективности защиты, :лючающий анализ и оценку текущего функционального состояния системы защи-I, определение коэффициентов влияния станций на поляризационный потенциал убопроводов, расчет требуемой силы тока каждой действующей станции, с учетом штического состояния изоляции, электрических свойств грунта в момент проведе-1Я исследования, а также сезонных колебаний, состояния анодных заземлений, на-1чия сторонних источников блуждающих токов.

7. Методика реализована на трубопроводах компрессорного цеха КС-10, размотан комплекс мероприятий для повышения эффективности защиты, включаю-ий ремонт анодных заземлителей, установление расчетных значений тока на выхо-: станций, перевод одной станции в резерв.

8. По результатам работы разработан СТО Газпром трансгаз Ухта «Методика ) оптимизации работы средств противокоррозионной защиты промышленных пло-адок КС».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Глотов И.В., Агиней Р.В., Юшманов В.Н. Экспериментальное определение «тематических моделей для оптимизации защиты подземных нефтегазопроводов ¡сколькими катодными станциями // Защита окружающей среды в нефтегазовом мплексе. - 2009 - № 8 - С. 18-22.

2. Кузьбожев A.C., Агиней Р.В., Александров Ю.В., Глотов И.В. Исследова-ie мест сквозных коррозионных повреждений в конденсатопроводах / Коррозия: ггериалы, защита — 2007 - № 6 - С. 35 - 44.

3. Агиней Р.В., Кузьбожев A.C., Шишкин И.В., Глотов И.В. Электроизме ния на подземных газонефтепроводах. Метод, указания к выполнению лабораторнь работ. - Ухта: УГТУ, 2007. 50 с.

4. Глотов И.В., Агиней Р.В. Разработка методов оценки коррозионной повр жденности металла нефтепроводов в лабораторных условиях / Тезисы VIII научн технической конференции молодёжи ОАО «Северные МН» 20-22 ноября 2007 г. -1 8.

5. Глотов И.В., Агиней Р.В.Развитие методов локализации источников блу; дающих токов / Сборник научных трудов: материалы Международной молодежи! научной конференции (21-23 марта 2007 г.) - Ухта: УГТУ, 2007. - С. 108-111.

6. Глотов И.В., Агиней Р.В. Совершенствование методов измерения поляр зационного потенциала подземного трубопровода в трассовых условиях / Сборн] научных трудов: материалы Международной молодежной научной конференции (2 23 марта 2007 г.) - Ухта: УГТУ, 2007. - С. 125-127.

7. Глотов И.В., Агиней Р.В., Кузьбожев A.C. Модель коррозионных проце сов в отслаиваниях гидроизоляционного покрытия трубопроводов / Сборник ыау ных трудов: материалы научно-технической конференции (17-20 апреля 2007 г.) Ухта: УГТУ, 2008. - С. 94-99.

8. Кузьбожев A.C., Агиней Р.В., Александров Ю.В., Глотов И.В. Моделир вание коррозионных повреждений в двухфазной газоконденсатной среде / Корроз! материалы, защита — 2008 - № 1 - С.20-24.

9. Глотов И.В., Агиней Р.В., Фуркин A.B. Развитие средств измерения по; ризационного потенциала катоднозащищенного трубопровода / Сборник научн) трудов: материалы научно-технической конференции (17-20 апреля 2007 г.) - Ух-УГТУ, 2008.-С. 99-103.

10. Кузьбожев A.C., Агиней Р.В., Глотов И.В. Оценка коррозионной повре даемости поверхности металла трубопроводов / Сборник научных трудов [Текс материалы научно-технической конференции (17-20 апреля 2007 г.) - Ухта: УГТ 2008.-С. 127-132.

11. Бурдинский Э.В., Меркурьева И.А., Глотов И.В., Петровская М.Н., Ку: божев A.C., Агиней Р.В. Методы оценки коррозионных повреждений трубопро] дов/ Контроль. Диагностика - 2008 - № 4 - С. 22-26.

12. Бурдинский Э.В., Меркурьева И.А., Глотов И.В., Петровская М.Н., Кузь-жев A.C., Агиней Р.В. Развитие средств и методов измерения поляризационного тенциала подземных нефтегазопроводов / Контроль. Диагностика - 2008 - № 6 -6-8.

13. Бурдинский Э.В., Меркурьева И.А., Глотов И.В., Петровская М.Н., Кузь-жев A.C., Агиней Р.В. Повышение достоверности метода электроизмерений при ;енке площади повреждений изоляции газонефтепровода / Контроль. Диагностика 2008 - № 5 -С.6-8,13.

14. Глотов И.В., Агиней Р.В. Оптимизация режимов работы электрохимиче-ой защиты в условиях промышленных площадок / Сборник научных трудов: мате-алы IX международной молодежной научной конференции (19-21 марта 2008 г.): в

ч.; ч. 2 / под ред. Н.Д. Цхадая. - Ухта: УГТУ, 2008. - С. 179-181.

15. Глотов И.В., Агиней Р.В. Сборник научных трудов: материалы 3-ей межнародной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трубопро-дного транспорта Западной Сибири» под общей редакцией профессора Земенкова >.Д. - Тюмень: Экспресс, 2009- С. 22-23.

16. Цхадая Н.Д., Кузьбожев A.C., Агиней Р.В., Глотов И.В., Шишкин И.В., /ркип A.B. Устройство для измерения поляризационного потенциала трубопровода 1атент РФ № 2352688 Заявл. 03.05.2007 г. Опубл. 20.04.2009 г.

Подписано в печать 18.09.2009 г. Формат А5 Уч. изд. л. 1,6. Тираж 100 экз. Заказ №5628 Отпечатано в отделе механизации и выпуска НТД Севернипигаза Лицензия КР №0043 от 9 июня 1998 г. 169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Севастопольская, 1а

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Глотов, Иван Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ ТРУБОПРОВОДОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЛОЩАДОК.

1.1. Актуальность темы исследования.

1.2. Пассивная защита труб от коррозии.

1.3. Активная защита от коррозии.

1.4. Результаты электрометрического обследования трубопроводов промышленных площадок.

1.5. Особенности электрохимической защиты трубопроводов промышленных площадок.

1.6. Обзор существующих методик оптимизации работы средств электрохимической защиты.

1.7. Методы определения поляризационного потенциала трубопровода.

1.8. Выводы по главе 1. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ.

2.1. Теоретические аспекты совместной защиты трубопровода несколькими станциями защиты.

2.2. Назначение методики.

2.3. Сущность методики.

2.4. Образцы для испытаний.

2.5. Имитатор трассы трубопровода.

2.6. Модель станции катодной защиты.

2.7. Электроды сравнения.

2.8. Стандартное оборудование и приборы.

2.9. Подготовка к испытаниям.

2.10. Порядок проведения измерения.

2.11. Анализ результатов испытаний.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ.

3.1. Результаты измерений направленных на подготовку к экспериментам.

3.2. Результаты имитационных испытаний в условиях действия двух станций.

3.3. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ СРЕДСТВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЛОЩАДОК.

4.1. Определения требуемого тока на выходе станций защиты.

4.2. Методика оптимизации работы средств ЭХЗ.

4.2.1 Подготовительные работы.

4.2.2 Проведение натурных исследований.

4.2.3 Методика определения наличия и локализации возможного источника блуждающих токов (БТ).

4.2.4 Методика определения и восстановления эффективности ЭХЗ.

4.2.5 Методы оценки свойств изоляционного покрытия.

4.3. Выводы главе 4.

ГЛАВА 5. ПРИМЕР ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ ПО ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ ЭХЗ НА ТРУБОПРОВОДАХ КОМПРЕССОРНОГО ЦЕХА.

5.1. Методика проведения испытаний.

5.2. Краткая характеристика объекта обследования.

5.3. Результаты полевых испытаний.

5.4. Анализ результатов испытаний.

5.5. Выводы по главе 5.

ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА ТРУБОПРОВОДОВ.

6.1. Причины появления ошибок измерения поляризационного потенциала трубопровода.

6.2. Совершенствование методов измерения поляризационного потенциала

6.3. Совершенствование устройств для измерения поляризационного потенциала.

6.4. Определение плотности поляризующего тока.

6.5. Оценка влияния уравнительных токов между трубопроводами.

6.6. Коррозионный мониторинг трубопровода.

Резисторные датчики коррозии.

6.7. Исключение влияния электрического поля соседних ниток трубопровода на измерение потенциала "труба-земля".

6.8. Выводы по главе 6.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Повышение эффективности противокоррозионной защиты подземных нефтегазопроводов в условиях промышленных площадок"

На территории России действует Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [84]. Законом определены основные требования безопасной эксплуатации промышленных объектов с опасными условиями производства. К объектам такого рода относятся насосные и компрессорные станции (НС и КС).

Нефтегазопроводы промышленных площадок (ПП) насосных и компрессорных станций и их защита от коррозии несут особую ответственность, так как на промплощадках присутствует большое количество обслуживающего персонала и сконцентрировано дорогостоящее, технологически важное оборудование. Последствия аварий на ПП по коррозионным причинам неизмеримо тяжелее, чем на линейной части трубопроводов.

Практика эксплуатации трубопроводов показывает, что срок службы и безаварийность эксплуатации подземных металлических сооружений определяется главным образом эффективностью работы средств противокоррозионной защиты.

Согласно действующим нормативным документам по защите от коррозии [30, 32, 33], критерием эффективности работы средств электрохимической защиты является поляризационный потенциал трубопровода, измеренный относительно электрода сравнения, имеющего контакт с грунтом.

Избыточный поляризационный потенциал приводит к многочисленным повреждениям изоляционного покрытия изоляции, особенно с учетом повышенных температур продукта в трубопроводах КС и НС. Недостаточный потенциал не обеспечивает эффективную защиту от развития коррозионных повреждений.

В настоящее время разработан ряд методов, позволяющих измерить поляризационный потенциал защищаемого трубопровода [4, 9, 25, 72, 75], однако часть методов, например капилляр Габера-Луггина, сложны в практической реализации, т.к. необходимо откапывание трубопровода и повреждение изоляционного покрытия, другие не позволяют с достаточной точностью измерить поляризационный потенциал.

Подземные трубопроводы и другие коммуникации, расположенные на территории промышленной площадки обычно защищены несколькими станциями катодной защиты, анодные заземления которых расположены по периметру площадки. Такое взаиморасположение обуславливает сложность расчетного определения параметров натекания электрического тока, т.к. одна и та же точка трубопровода может защищаться сразу несколькими станциями. Аналитический расчет усложняется t наличием таких факторов как подземные металлические коммуникации (например, бронированные кабели), защитные заземления различного электрооборудования, заземления средств молниезащиты, кроме этого нередко фиксируется действие сторонних источников блуждающих токов, например, при частичном разрушении изоляции кабелей от аккумуляторных станций, которые смещают защитный потенциал трубопроводов.

В настоящее время разработаны методические приемы для оптимизации работы средств электрохимической защиты. Огромный вклад в развитие этих методов внес Ф.К. Фатрахманов [43, 81-83].

Разработаны также электронные программы для расчета оптимальных параметров работы действующих станций катодной защиты на основе результатов электрометрических измерений выполняемых на подземных газопроводах компрессорных станций [15, 54].

В последнее время получил распространение метод объектно-ориентированного программирования (ООП) [15], позволяющий описывать сложные системы из набора взаимно подчиненных объектов. Каждый объект функционально автономен в своем поведении и способен реагировать определенным образом на "внутренние" и "внешние" события, возникающие при работе программы.

Аналитические расчеты электрохимической защиты на базе решения систем дифференциальных уравнений малопригодны для практики, поскольку описывают неразветвленные газопроводы с равномерно распределенными параметрами и обычно не учитывают нелинейную зависимость потенциала от плотности тока [60, 67].

Кроме этого разработанные методики не учитывают целого ряда влияющих факторов, что приводит к тому, что обычно расчет выходных параметров действующих станций защиты не позволяет достичь потенциала во всех точках трубопровода, требуемого ГОСТ [33], при этом не решается задача оптимизации режимов работы средств защиты.

Для решения такой научно-технической задачи необходим комплексный подход в оптимизации средств противокоррозионной защиты включающей изоляционное покрытие и средства электрохимической защиты, базирующейся на основе результатов лабораторных и полевых испытаний [10, 62].

Цель работы: разработка методики повышения эффективности противокоррозионной защиты подземных нефтегазопроводов в условиях промышленных площадок насосных и компрессорных станций.

В работе решаются следующие задачи:

- На основании лабораторных исследований установить регрессионные модели, наиболее точно описывающие потенциал трубопровода в условиях действия нескольких СКЗ.

Разработать методику оптимизации работы средств противокоррозионной защиты трубопроводов в условиях ПП.

Выполнить полевые испытания методики на территории промышленной площадки КС-10 ООО «Газпром трансгаз Ухта».

- Разработать новые средства и способы измерения поляризационного потенциала подземных трубопроводов.

Научная новизна:

1) Экспериментально установлено, что определить потенциал в i-ой точке трубопровода в условиях защиты несколькими станциями катодной защиты можно с помощью регрессионной модели вида:

UFUoi+SCaylj), j=i где Uoi - потенциал при отключенных станциях защиты в i-ой точке, В; ац - параметр влияния j-ой станции катодной защиты на потенциал i-ой точки измерения; lj - сила тока на выходе j-ой станции катодной защиты, А; п - количество станций защиты, влияющих на потенциал в i-ой точке;

2) Доказано, что погрешность расчетной линейной модели относительно экспериментальных данных составляет менее 12%, а в практически значимом диапазоне потенциалов минус 0,85-2,5 В не более 6,0%, что соответствует достаточной точности оценок;

3) Обоснована возможность использования в качестве U0i величины собственного (стационарного) поляризационного потенциала металла трубопровода в данных условиях ист, что способствует сокращению времени на измерения на 1-2 сут и повышению точности дальнейшего расчета на 5-10%.

4) Установлено, что задача оптимизации и расчета требуемых выходных пак раметров СКЗ может быть решена минимизацией выражения ]T|Uj -и£аёй| —>0, i=i где икрит - критерий эффективности катодной защиты, выбираемый из регламентируемого диапазона исходя из электрических свойств грунта в момент измерения, к - количество точке измерения;

5) Впервые предложена формула для определения критерия икрит:

I —I тт г=тт + (tj -TJ "i—is иёбё6 min \ тал и min / . , > тал min где итах и Umjn - максимальный и минимальный (по модулю) регламентируемый потенциал, В;

1из. 'max, Imin - измеренная (текущая), максимальная и минимальная годовые силы тока на станции,А

Основные защищаемые положения диссертации:

• методика лабораторных испытаний моделей трубопроводов в условиях одновременного действия двух станций защиты; регрессионные модели, характеризующие поляризационный потенциал сложноразветвленных трубопроводов ПП в условиях совместного действия СКЗ;

• методика расчета оптимизированных выходных параметров СКЗ;

• регламент повышения эффективности противокоррозионной защиты трубопроводов промышленных площадок НС и КС; новые методы и устройства измерения поляризационного потенциала на территории ПП.

Практическая ценность работы заключается в разработке стандарта организации «Газпром трансгаз Ухта» «Методика по оптимизации работы средств противокоррозионной защиты подземных трубопроводов промышленных площадок КС».

Разработанная методика внедрена при оптимизации работы средств противокоррозионной защиты на трубопроводах промышленной площадки КС-10 Сосногор-ского ЛПУ МГ компрессорный цех №3. В результате установлены участки трубопроводов с недостаточным или избыточным поляризационным потенциалом, рассчитаны рациональные параметры защитного тока каждой из действующих станций, выведены в резерв несколько станций защиты, рекомендованы мероприятия по ремонту и установке новых анодных заземлений. Получен экономический эффект, заключающийся в повышении противокоррозионной защищенности подземных газопроводов за счет выравнивания поляризационного потенциала на различных участках трубопроводов и снижении расхода электроэнергии, потребляемой станциями защиты за счет оптимизации ее выходных параметров.

По материалам исследований поданы две заявки на изобретения РФ (№2007120375/17 Способ измерения поляризационного потенциала трубопровода; №2007116775/20 Устройство для измерения поляризационного потенциала трубопровода), по одной из которых получен патент РФ, что свидетельствует о новизне и промышленной применимости полученных в работе результатов.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

Седьмой Всероссийской конференция молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности» 25-28 сентября 2007г., РГУНиГ им. И.М. Губкина, г. Москва;

Конференции сотрудников и преподавателей УГТУ, г. Ухта, 2007, 2008 гг.;

Международной молодежной конференции «Севергеоэкотех-2007», УГТУ, г. Ухта;

• Восьмой научно-технической конференции молодежи ОАО «АК «Транснефть», ОАО «Северные МН», г. Ухта, ноябрь 2007 г.;

• Международной молодежной конференции «Севергеоэкотех-2008», УГТУ, г. Ухта, 2008 г.;

• VII Международной конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении», г. Брянск, 15 октября - 15 ноября 2007 г.

• Международной конференции «Целостность и прогноз технического состояния газопроводов» (PITSO-2007), г. Москва, 2007 г.;

• Всероссийской научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири», г. Тюмень, 2007 г.;

• Девятой научно-технической конференции молодежи ОАО «АК «Транснефть», ОАО «Северные МН», г. Ухта, ноябрь 2008г.;

• 14-я Международной конференции по трубопроводному транспорту, г. Санкт-Петербург, 23-27 июля 2008 г.;

• XV научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири - 2008», ООО «ТюменНИИгипрогаз», г. Тюмень, 19-23 мая 2008 г.

• 3-й Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трубопроводного транспорта Западной Сибири», ТюмГНГУ, г. Тюмень, 2009 г.

Результаты, полученные в работе, использованы при выполнении научно-исследовательской работы № 41/08 от 04. 06. 2008г. «Разработка методики по оптимизации параметров работы электрохимической защиты подземных технологических трубопроводов на промышленных площадках компрессорных станций».

Публикации: по теме диссертации опубликовано 16 работ, из них 6 - в ведущих рецензируемых изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, содержит 164 страницы текста, 83 рисунка, 25 таблиц и список литературы из 105 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Глотов, Иван Владимирович

6.8. Выводы по главе 6

1. Установлено, что при измерении поляризационного потенциала на его величину влияют не учитываемые факторы: изменение напряженности поля сторонними источниками т.к. именно ей пропорциональна плотность тока в проводнике и поляризация и линейном изотропном диэлектрике; токи смещения в металле подземного сооружения и анодного заземления, так как в квазистационарном поле не только ток проводимости является источником магнитного поля на границе раздела двух фаз.

2. Доказано, что измерение поляризационного потенциала, определяющего защищенность металла, необходимо выполнять в конкретном повреждении изоляции трубопровода, при этом разрабатываемые методы должны обеспечивать соответствие: марки стали трубопровода и датчика потенциала; площади неизолированной поверхности датчика и размеров повреждения покрытия; местоположения повреждения изоляции и датчика потенциала.

3. Разработан новый метод и устройство (датчик) для измерения поляризационного потенциала, позволяющий существенно повысить точность измерения, заключающийся в детальной имитации повреждения покрытия в котором определяется поляризационный потенциал.

4. Разработана конструкция комбинированного датчика, стационарно устанавливаемого на трубопровод, позволяющего фиксировать скорость коррозии стали трубопровода и поляризационный потенциал, наиболее приближенный к эталонному значению, определяемому капилляром Габера-Луггина.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Установлено, что известные методики оптимизации работы катодной защиты не учитывают влияние ряда важных факторов: состояния изоляционного покрытия, неизбежного изменения в процессе эксплуатации параметров среды и характеристик анодных заземлений, не учитывается возможность натекания - стекания тока с других сооружений.

2. Доказано, что измерение поляризационного потенциала, определяющего защищенность металла, необходимо выполнять в конкретном повреждении изоляции трубопровода, при этом методы измерения должны обеспечивать соответствие: марки стали трубопровода и датчика потенциала; площади неизолированной поверхности датчика и размеров повреждения покрытия; местоположения повреждения изоляции и датчика потенциала.

3. Разработаны новый метод и устройство для измерения поляризационного потенциала, позволяющий существенно повысить точность измерения, заключающийся в детальной имитации повреждения покрытия в котором определяется поляризационный потенциал.

4. Проведены лабораторные имитационные испытания, в результате которых установлены математические модели, наиболее точно описывающие зависимость потенциала в точке измерения от силы тока на выходе станций защиты.

5. Разработан алгоритм расчета оптимальных выходных параметров станций катодной защиты подземных сложноразветвленных трубопроводов промышленных площадок.

6. Разработан промышленный регламент повышения эффективности защиты, включающий анализ и оценку текущего функционального состояния системы защиты, определение коэффициентов влияния станций на поляризационный потенциал трубопроводов, расчет требуемой силы тока каждой действующей станции, с учетом фактического состояния изоляции, электрических свойств грунта в момент проведения исследования, а также сезонных колебаний, состояния анодных заземлений, наличия сторонних источников блуждающих токов.

7. Методика реализована на трубопроводах компрессорного цеха КС-10, разработан комплекс мероприятий для повышения эффективности защиты, включающий ремонт анодных заземлителей, установление расчетных значений тока на выходе станций, перевод одной станции в резерв.

8. По результатам работы разработан СТО Газпром трансгаз Ухта «Методика по оптимизации работы средств противокоррозионной защиты промышленных площадок КС».

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Глотов, Иван Владимирович, Ухта

1. Абдуллин И.Г., Гареев А.Г. Магистральные газопроводы: особенности проявления КРН // Физика металлов. 1992. - № 6. - С. 18-20.

2. Ажогин Ф.Ф. Коррозионное растрескивание и защита высокопрочных сталей. М.: Металлургия, 1974. - 256 с.

3. Ажогин Ф.Ф., Иванов С.С. // Новые достижения в области теории и практики противокоррозионной защиты металлов / Сб. докл. семинара по коррозии -Звенигород, 1980. М„ 1981. - С. 93.

4. Акимов Г.В. Теория и методы исследования коррозии металлов. М.: Изд. АН СССР, 1945.-414 с.

5. Алиев, Р. А. Трубопроводный транспорт нефти и газа : Учебник для вузов / Р. А. Алиев, В.Д. Белоусов, А.Г. Немудров и др. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1988.-368 с.

6. Алимов С.В. Оценка технического состояния и определение сроков безопасной эксплуатации трубопроводов / С. В. Алимов, Б. Н. Антипов, А. В. Захаров, А. Н. Кузнецов // Газовая промышленность 2009. - №1. - С 24-25.

7. Андрианов В.Р. Берман Э.А. Дефектоскоп для контроля сплошности изоляционных покрытий магистральных трубопроводов "Крона-1Р". М.: МГЦТНИ, 1984-78 с.

8. Андрияшин В.А., Костюченко А.А., Комаров А.И. Коррозионное разрушение поверхностей магистральных труб нефтепровода после длительное эксплуатации // Защита металлов. 2006. - т. 42. - №1. - С. 52-56.

9. АНТИКОРРКОМПЛЕКС-ХИМСЕРВИС. Методы обследований состояния ЭХЗ подземных трубопроводов. URL http://www.ch-s.ru/3 info/methods.html.

10. Антонов В.Г., Алексашин А.В., Фатрахманов Ф.К., Карпов С.В., Ляшенко А.В. Состояние нормативной базы по противокоррозионной защите транспорта, добычи и переработки газа и пути ее совершенствования // М-лы НТС. М.: ИРЦ Газпром. - 2002. - С. 10-15.

11. Бекман В. Катодная защита: Справ. Изд. Бекман В. Пер. с нем. / Под ред. Стрижевского И.В. М.: Металлургия, 1992. - 176 с.

12. Бекман В., Швенк В. Катодная защита от коррозии /В.Бекман, В.Швенк //Справ, изд. Пер с нем. М.: Металлургия, 1984. - 496с.

13. Борисов Б.И. Защитная способность изоляционных покрытий подземных трубопроводов. М.: Недра, 1987. -123 с.

14. Валуйская Д.П., Серафимович В.Е. Результат» обследования изоляционного покрытия из поливинилхлоридных лент // Строительство трубопроводов. 1966. - № 9. - С. 16-18.

15. ВРД 39-1.10-026-2001 Методика оценки фактического положения и состояния подземных трубопроводов. Взамен Методики оценки фактического положения и состояния подземных трубопроводов (ООО «ВНИИГАЗ», 1992) ; Введ.2901.2001. М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2001. - 62 с.

16. Гарбер Ю.И. Параметры работоспособности противокоррозионных покрытий подземных трубопроводов за рубежом М.: ВНИИОЭНГ, 1983.

17. Гарбер Ю.И. Эффективность изоляционных покрытий, нанесенных в трассовых условиях// Строительство трубопроводов. 1992. - №7. - С.21-24.

18. Гарбер Ю.И., Серафимович В.В. Критерии работы изоляционных покрытий трубопроводов М.: ВНИИОЭНГ, 1987. - 82 с.

19. Герасименко, А.А. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений. Т. 1. Справочник. М.: Машиностроение, 1987. - 687с.

20. Глазков В.И., Котик В.Г., Глазов Н.П. Определение переходного сопротивления подземных металлических трубопроводов // Коррозия и защита в нефтедобывающей промышленности. 1967. - № 5. - С. 29-34.

21. Глазов Н.П Разработка методики прогнозирования параметров комплексной защиты трубопроводов от коррозии // Отчет о НИР М.: ВНТИЦ, 1986.

22. Глазов Н.П. Об измерении поляризационного потенциала на подземных стальных трубопроводах // Практика противокоррозионной защиты. 2000. №2 - С. 24 - 29.

23. Глазов Н.П., Шамшетдинов К.Л. и др. Оценка коррозионного состояния и защищенности нефтепроводов средней и поздней стадий эксплуатации // Трубопроводный транспорт. 1999. №8 С. 18-20.

24. Глазов, Н.П. Моделирование электрохимической защиты трубопроводов //Труды ВНИИСТ, 1987, С. 137-142.

25. ГОСТ 17792-72*. Электрод сравнения хлорсеребряный насыщенный образцовый 2-го разряда; Введ. 01.07.1973. М.: ИПК Издательство стандартов, 1972. -9 с.

26. ГОСТ 9.602-89 Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии. М.: Изд-во стандартов, 1989. - 56 с.

27. ГОСТ 9.908-85 Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости М.: Изд-во стандартов, 1985.

28. ГОСТ ИСО 9.602-2005. Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии. Взамен ГОСТ 9.602-89; Введ. 01.01.2007. - М.: Стандартинформ, 2006. - 59 с.

29. ГОСТ Р 51164-98. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии; Введ. 01.07.99. М.: ИПК Издательство стандартов, 1998.-45 с.

30. Гумеров Р.С. Изоляционные материалы для трубопроводов / Р.С. Гуме-ров, М.К. Рамеев, М.Ш. Ибрагимов // Трубопроводный транспорт нефти. 1996. -№1. — С.22.

31. Делекторский А.А. Особенности работы эластомерных анодов // Территория нефтегаз. 2006 г, №6, С. 44 - 55.

32. Дуэйн Тр. Влияние отслоения изоляции трубопровода на катодную защиту // Нефтегазовые технологии. №3. - 1997. - С.41-45.

33. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 1976.-472 с.

34. Защита оборудования от коррозии: Справочник / Под ред. Строкана Б.В.- Л.: Химия, 1987. 505 с.

35. Зиневич A.M. Прогнозирование долговечности защитных покрытий подземных трубопроводов // Строительство трубопроводов. -1971. №11. - С. 13-14.

36. Зиневич A.M., Глазков В,М., Котик В.Г. Защита трубопроводов и резервуаров от коррозии. М.: Недра, 1975. - 288 с.

37. Зорин А.А. Бесконтактная диагностика металла при электрометрическом обследовании трубопроводов / А. А. Зорин, В. В. Першуков, В. В. Мартынов // Газовая промышленность. 2007. - №5. - С.68-69.

38. Инструкция по контролю состояния изоляции законченных строительством участков трубопроводов катодной поляризацией. М.: ВНИИСТ, 1976. 47 с.

39. Инструкция по оптимизации режимов УКЗ промплощадок, утв. Мингазпромом СССР 21.03.86. ВНИИГАЗ. 1986г.

40. Корбачков, Л.А. Коррозионное разрушение металла -подземного трубопровода по механизму макропар М.: ИРЦ Газпром. - 1999. - 64с.

41. Коршак, А. А. Основы нефтегазового дела : Учебник для ВУЗов / А. А. Корщак, А. М. Шаммазов Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2001. - 544 с.

42. Кузнецов М.В., Новоселов В.Ф., Тугунов П.И., Котов В.Ф. Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров / М.: Недра, 1992. 187 с.

43. Куна А.Т. Техника экспериментальных работ по электрометрии, коррозии и поверхностной обработке металлов: Справочник / А.Т. Куна., A.M. Сухотина. Л.: Химия, 1994. - 551 с.

44. Ловачев, В. А. Влияние мерзлого грунта на измерения потенциала при использовании метода катодной поляризации /В.А.Ловачев, Е.А.Подсеваткина //Защита от коррозии и охрана окружающей среды. 1995. №2 - С. 5 - 11.

45. Лошкарев М.А. и др. Основные вопросы современной теоретической электрохимии. М.: Мир, 1965. - с. 380.

46. Марченко А.Ф. и др. Количественные показатели защитных покрытий подземных трубопроводов. / Проектирование и строительство трубопроводов и нефтегазопромысловых сооружений. Вып. 3, 1976. - С.23-31.

47. Методика проведения электрометрического обследования коммуникаций промплощадок. М: ОАО «Газпром», 1999, 39 с.

48. Методы контроля и измерений при защите подземных сооружений от коррозии / Н.П. Глазов , И.В. Стрижевский, A.M. Калашникова и др. М.: Недра, 1978.-С.127

49. Мустафин, Ф.М. Защита трубопроводов от коррозии /М.Ф.Мустафин, Л.И.Быков, А.Г.Гумеров и др. //Том 2: Учебное пособие. СПб.: ООО «Недра», 2007.- 708с.

50. Надежность и ресурс газопроводных конструкций: Сб. науч. тр./М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2003. 425 с.

51. Научные проблемы и перспективы нефтегазовой отрасли в СевероЗападном регионе России: Науч.-техн. сб. в 4 ч. Ч. 3. Транспорт газа/ Филиал ООО «ВНИИГАЗ» «Севернипигаз». - Ухта, 2005. - 244 с.

52. Никитенко Е.А. Электрохимическая коррозия и защита магистральных газопроводов М.: Недра, 1972. - 120с.

53. Нормы проектирования электрохимической защиты магистральных трубопроводов и площадок МН //АК Транснефть, 1999. 80с.

54. Ортон М.Д. Измерение защитного потенциала трубопровода в местах отслоения изоляционного покрытия. // Нефть, газ и нефтехимия. 1986. - №3. - С. 72-75.

55. Палашов В.В. Расчет полноты катодной защиты Л.: Недра, 1988.135с.

56. Петров Н.А. Зонд-модульная технология контроля поляризационных потенциалов подземных изолированных трубопроводов // Сб. докладов Девятой Международной Деловой встречи Диагностика-99. М.: ИРЦ Газпром, 1999.

57. Петров Н.А. Проект новой редакции правил технической эксплуатации магистральных газопроводов // В сб. Материалы совещаний, конференций, семинаров. М.: ИРЦ Газпром, 1997. - 187с.

58. Петров Н.А., Фатрахманов Ф.К. Новый подход к решению задач диагностики и ограничения растрескивания трубопроводов с позиций электрохимии // Сб. научных трудов "Проблемы надежности конструкций газотранспортных систем". М.: ВНИИГАЗ, 1998. - 273 с.

59. ПР-13.02-74.30.90-КТН-003-1 -00. Правила проведения обследований коррозионного состояния магистральных нефтепроводов; Введ. 11.03.2000. М.: ГУП Издательство Нефть и газ, 2003. - 9 с.

60. Притула В.В. Передовые рубежи отечественной науки в области катодной защиты от подземной коррозии. // Практика противокоррозионной защиты. -1998 г. №9-С. 10-15.

61. Притула, В. В. Проблемы эксплуатации трубопроводов / В. В. Притула // Коррозия территории нефтегаз. 2006. - №2(4). - С.56-59.

62. Райордан, М.А. Изменение традиционной концепции катодной защиты. // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. 1991. №3 - С.54-56.

63. РД-29.200-00-КТН-176-06. Регламент обследования коррозионного состояния магистральных нефтепроводов и состояния противокоррозионной защиты; Введ. 22.05.2006. М.: ОАО «АК «ТРАНСНЕФТЬ», 2006.-95 с.

64. Рекомендации по электрическим измерениями и изысканиям / М.: ВНИИСТ, 1968.-73 с.

65. Розенфельд И.Л. Коррозия и защита металлов. Локальные и коррозионные процессы. М.: Металлургия, 1970. - 448 с.

66. Рудой В.Н., Останин Н.И., Зайков Ю.П. Проектирование катодной защиты подземных трубопроводов. Екатеринбург: УПИ, 2005. 28 с.

67. Руководство по эксплуатации средств противокоррозионной защиты подземных газопроводов, т.1; т.2. М.:ВНИИГАЗ. М. 1986.

68. Сборник руководящих материалов по защите городских подземных трубопроводов от коррози Л.: Недра, 1987. - 408 с.

69. Сидоров, Б. В. Оценка состояния изоляционных покрытий подземных трубопроводов / Б. В. Сидоров, В. В. Харионовский, С. А. Мартынов // Контроль. Диагностика. 2001. - №6. - С.7-15.

70. СТО Газпром РД 39-1.10-0088-2004. Регламент электрометрической диагностики линейной части магистральных газопроводов; Введ. 15.03.2004. М. ; ООО «ИРЦ Газпром», 2004. - 8 с.

71. Теплинский Ю. А. Коррозионная повреждаемость подземных трубопроводов / Ю. А. Теплинский, Н. И. Мамаев СПб. : ООО «Инфо-да», 2006. -406 с.

72. Теплинский Ю.А., Быков И.Ю. Стойкость антикоррозионных покрытий труб в условиях Крайнего Севера. СПб.: Инфо-да. - 2004. - 296 с.

73. Томашов Н.Д., Жук Н.П., Титов В.А., Веденеева М.А. Лабораторные работы по коррозии и защите металлов. М.: Металлургия, 1971. -280 с.

74. Трубопроводный транспорт нефти / С.М. Вайншток, В.В. Новоселов, А.Д. Прохоров, A.M. Шаммазов и др.; Под ред. С. М. Вайнштока: учеб. для вузов: в 2 т. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2004. - Т.2. - 621 с.

75. Тычкин, И. А. Современные средства и методы оценки состояния ЭХЗ и изоляционных покрытий подземных трубопроводов / И. А. Тычкин, А. В. Митрофанов, С. Б. Киченко. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2001. - 130 с.

76. Фатрахманов Ф.К. Концепция и пути оптимизации катодной защиты коммуникаций промплощадок / Науч-техн. сбор. Современные проблемы трубопроводного транспорта газа. М: ВНИИГАЗ, 1998, 408-411 с.

77. Фатрахманов, Ф.К. Методика измерений потенциала при "интенсивных" обследованиях подземных трубопроводов с несинхронными отключеньями УКЗ /Ф.К. Фатрахманов //В сб. Проблемы надежности конструкций газотранспортных систем М.: ВНИИГАЗ, 1998. С. 195-200.

78. Федеральный закон от 21.07.1997 № 116-ФЗ. (ред. От 30.12.2008) «О промышленной безопасности опасных производственных объектов»; Введ. 11.01.2009. М.: Российская газета №145, 30.07.1997.

79. Фрейман Л.И. Защита подземных металлических сооружений от коррозии: Справочник. М.: Стройиздат, 1990. - 394 с.

80. Фрейман Л.И., Манаров В.А., Брыснин И.Е. Потенциостатические методы в коррозионных исследованиях и электрохимической защите. Л.: Химия, 1972.-239 с.

81. Фрейман Л.И., Стрижевский И.В., Юнович М.Ю. Коррозия и защита городских и подземных трубопроводов от влияния внутренней коррозии. М.: ОНТИ АКХ, 1986.-219 с.

82. Фрумкин А.Н. и др. Кинетика электродных процессов. М.: Изд. МГУ, 1952.-319 с.

83. Харионовский В.В. Диагностика и ресурс газопроводов: состояние и перспективы // Газовая промышленность. 1995. - № 11. - С. 28-30.

84. Харионовский В.В. Повышение прочности газопроводов в сложных условиях. М.: Недра, 1990. 204 с.

85. Харисов Р.А. Современное состояние защиты трубопроводов от коррозии полимерными покрытиями / Р.А. Харисов, А.Р. Хабирова, Ф.М. Мустафин, Р.А.Хабиров // Нефтегазовое дело. 2005. - №4. - С.3-29.

86. Черняев В.Д., Ясин Э.М., Галюк В.Х., Райхер И.И. Эксплуатационная надежность магистральных нефтепроводов М.: Недра, 1992. -245 с.

87. Яковлев А.Я., Колотовский А.Н., Шарыгин В.М. Обеспечение эксплуатационной надежности МГ Севергазпрома // Газовая промышленность. -1997.-№ 9.-С. 17-19.

88. Alund L.R. Polypropylene system scores high as pipeline anti-corrosion coating / L.R. Alund // Oil and Gas J. 1992. - №50. - P.42-45.

89. Baeckmann W.V. Chemiker Ztg. /W.V. Baeckmann, 1963. PP. 87, 395.

90. Beavers J. A. Effect coating on SEC of pipelines new development. Prevention of Corrosion Conference Houston, Texas, October, 1994.

91. Cameron G.R., Helgeland D. Internal corrosion model predicts corrosion severity in pipelines // Corros. Prev. and Contr. 2005. - №2. - P. 59-60

92. Cathodic protection to mitigate external corrosion of underground steel pipe beneath disbouded coating / Gan F., Sun Z.-W. Sabde G., Chin D.-T. // Corrosion (USA). -94,-50. №10. С 804-816

93. Distribution of steady-slate cathodic currents under heath disbonded coating / Browseau R., Qian S. // Corrosion (USA) 94. - 50. №12. - С 907-911

94. George M. Harris, Alan Lorenz. New coatings for the corrosion protection of steel pipelines and pilings in severely aggressive environments // Corrosion Science, 1993. Vol. 35. - Issues 5-8. - P. 1417-1423.

95. Muller, D.T. Corrosion coating for steel pipes / D.T. Muller // Pipes and Pipelines Int. 1992. - №2. - P.32-34.

96. Parkins R.N., Markworth A.Y., Holbrook Y.H., Fessler R.R. Hydrogen gas evolution from cathodically protected surfaces // Corrosion, 1985. -V. 41. -№ 7. -P. 389-397.

97. Parkins, R.N. Corrosion /R.N. Parkins //Generat. Equip. Proc. 8th Int. Brown Boveri Symp.

98. Schwenk W. /3R International. v.17. - №17. - 1976. - PP. 389-394.