Способы защиты газовых сетей от коррозии

С. В. Митин, ведущий инженер УЭГХ ГУП «Мосгаз»

Начало строительства газопроводов из стальных труб и электрификация железных дорог московского узла совпали с одновременным ростом протяженности трамвайных путей, что привело к появлению коррозионных повреждений на стальных газопроводах, вызываемых блуждающими токами.

С ростом протяженности стальных газопроводов происходил и рост числа коррозионных повреждений на них. Коррозионные повреждения имеют свой особенный характер. В упрощенном виде это понятие определяется как самопроизвольное разрушение (окисление) металлов. Среда, в которой металл подвергается коррозии (коррозирует), называется коррозионной, или агрессивной.

Процесс самопроизвольного разрушения металлов при их химическом, электрохимическом или биохимическом взаимодействии с окружающей средой раскрывает смысл термина «коррозия».

Электрохимическая коррозия – основная причина всех коррозионных повреждений стальной газораспределительной сети Москвы. Для ее защиты от разрушающего воздействия электрохимической коррозией ГУП «Мосгаз» осуществляет комплекс мероприятий. Их цель – свести к минимуму коррозионные отказы в цикле бесперебойного газоснабжения потребителей города. Для этого в 1962 году было создано Управление по защите газовых сетей от коррозии, и силами треста «Мосгаз» построены 32 защитные установки.

Сегодня из 3963 км подземных стальных газопроводов защищено 3183 км. Защита обеспечивается 3462-я установками электрохимической защиты, в том числе катодными (3201 уст.), протекторными (147 уст.) и дренажными (114 уст.).

В конструкции вышеперечисленных установок защиты стальных газопроводов от электрохимической коррозии использованы электрические методы защиты, основанные на изменении электрохимических свойств металла под действием поляризующего тока, чаще всего катодной поляризации (катодные электрозащитные установки).

В работе протекторных электрозащитных установок (ЭЗУ) применен механизм защиты, из которого следует, что если два металла поместить в раствор электролита (в простую или подсоленную воду, а в нашем случае в грунт, где уложен газопровод), то один из них, а именно более активный, начнет испускать электроны и присоединять к образовавшимся ионам гидроксильные группы (ОН) из раствора электролита, а другой, менее активный, будет принимать электроны, присоединяя их к своим ионам. В результате более активный металл – анод (протектор) – будет окисляться, а менее активный (наш газопровод) – катод – восстанавливаться. Таким образом анод будет защищать катод.

Дренажные ЭЗУ применяются для борьбы с блуждающими токами. Сущность их работы заключается в том, что после выявления на газопроводе опасной анодной зоны защищаемый газопровод соединяют с источником блуждающих токов (например, с трамвайной или железнодорожной рельсой). В этом случае ток будет возвращаться к своему источнику по металлу, что исключает процесс коррозии.

Академией коммунального хозяйства им. Памфилова разработаны следующие критерии оценки эффективности работы ЭЗУ:

- плотность тока характеризует скорость электрохимического процесса и определяет отношение силы тока, натекающего или стекающего с электрода, к его поверхности. Единица измерения – А/м², мА/см². Прямые измерения плотности тока в случае защиты газопроводов не проводятся;

- электродный потенциал (просто потенциал). В электрохимии принято измерять разность потенциалов между интересующим объектом (нашим газопроводом) и неполяризующим электродом сравнения. Неполяризующийся – это такой электрод, потенциал которого не меняется при прохождении через него тока. Потенциал электрода сравнения принято считать практически постоянным, независимо от условий измерения.

Газопровод находится под защитой, если величина его поляризационного потенциала лежит в пределах от -0,85 до -1,15 В относительно неполяризующегося электрода сравнения (МСЭС) или в менее точном выражении, измеряя суммарный потенциал, то его величина должна лежать в пределах от -0,9 до -2,5 В. Стационарный (бестоковый) потенциал стали в грунте принят условно за -0,7 В, хотя более характерное его значение равно -0,55 В. Таким образом, если величина измеренного потенциала меньше -0,7 В по абсолютной величине, то стальной газопровод находится в анодной зоне и подвергается ускоренному разрушению.

На сегодня в анодной зоне без электрохимической защиты еще эксплуатируются отдельные участки стальных газопроводов. Именно на этих подземных газопроводах в 2003 году было наибольшее число сквозных коррозионных повреждений.

Таким образом, чтобы хорошо защищать газопроводы, необходимо:

1. Проектировать строительство новых ЭЗУ и избавиться от разрушающего воздействия анодных зон.

2. Проектировать и проводить своевременную реконструкцию существующих ЭЗУ.

3. Точно измерять величину защитного потенциала, определяющего, в защите или нет наш газопровод. (Справка: наиболее точные измерения производят прибором ПКИ-03, выпускающимся в Санкт-Петербурге).

4. Самым важным является своевременное, оперативное реагирование на изменяющуюся, динамически развивающуюся инженерную структуру московского городского мегаполиса, так как под асфальтом городских улиц, кроме наших газопроводов, проложены сотни километров тепловых сетей, водопровод, канализация, кабели Мосэнерго, кабели связи, телефонные кабели и другие коммуникации. Кабели связи, водопровод защищаются своими ЭЗУ. В этой ситуации возникает так называемое вредное влияние – разрушение металла газопровода по причине электрохимической коррозии за счет наведенной анодной поляризации от катодно защищенных кабелей связи или водопровода.

Для обеспечения такого оперативного реагирования нужно создать информационную базу по всем коммуникациям и сетям, нанесенным на электронную картографическую основу Москвы (Arcinfo или ей подобные). Эта база должна разрабатываться ведущими специалистами и периодически обновляться ими. Все изменения в нее вносятся на ЭВМ и передаются на места производства работ на магнитных носителях. Выверенные в производственных управлениях газораспределительные сети с сооружениями и другими данными выполняются автоматизированным способом в цветной графике на бумажных носителях, а не в ручную на кальке, как это делается сегодня, и периодически обновляются. При наличии такой информации можно оперативно принимать правильные технические решения по ликвидации отказов в газоснабжении и осуществлять их в минимально короткие сроки.

Все стальные газопроводы, уложенные в землю, имеют изоляционные покрытия, ограничивающие прямой контакт металла с грунтовым электролитом. Эти покрытия должны:

• быть химически стойкими в грунте;

• быть механически прочными;

• иметь хорошую адгезию к поверхности металла и к изоляционному покрытию (в случае проведения ремонтно-восстановительных работ);

• быть гладкими, иметь минимальную пористость;

• обладать минимальным водопоглащением;

• иметь высокие диэлектрические свойства;

• сохранять свои свойства в рабочем интервале температур при хранении и эксплуатации;

• иметь достаточный срок хранения, в течение которого не происходит потери вышеуказанных свойств;

• быть технологичными, т. е. процесс их нанесения должен быть достаточно несложным;

• быть дешевыми.

Согласно современным требованиям газопроводы разрешается строить только из труб, покрытых изоляцией в заводских условиях. В полевых условиях на газораспределительных сетях при ремонтных работах допускается производить изоляцию сварных стыков, фасонины и сооружений.

В июне 2004 года ГУП «Мосгаз» завершило испытания новой изоляционной ленты «Пирма» с улучшенными в сравнении с применяемой лентой «Литкор» адгезионными свойствами при нанесении ее на газопроводы в зимний период и увеличенным сроком хранения. Лента применяется с целью повышения качества ремонтных работ, связанных с восстановлением изоляционных покрытий на стальных подземных газопроводах, а также на участках стыковки действующих с вновь построенными газопроводами, имеющими разные виды покрытий (например, мастичное и полимерное). Проведена отработка технологии нанесения покрытия из полимерно-битумной ленты «Пирма», выпускаемой ЗАО «Промизоляция» по ТУ 2245-003-48312016-03 для ремонта и реконструкции подземных трубопроводов коммунального назначения.

Значительная часть газопроводов городской газораспределительной сети эксплуатируется от 40 и более лет. Для определения технического состояния и установления ресурса их дальнейшей эксплуатации Госгортехнадзором России разработана методика технического диагностирования газопроводов РД 12-411-01.

Предложенная методика РД 12-411-01 для оценки скорости протекания процессов коррозии (разрушения газопроводов) использует расчет по сложным математическим формулам. Она строится на оценке состояния трубы (толщины стенки газопровода, твердости, наличия зон механических напряжений, следов коррозионных повреждений и т. д.), изоляционного покрытия газопровода, коррозионной агрессивности грунта на участке газопровода длиной 1,5 м в отдельно вырытом шурфе. На основании этого рассчитывается ресурс всего участка газопровода. Учитывая статистику коррозионных отказов, практики-эксплуатационщики и часть научных специалистов в этой области показывают, что отказы в основном вызывает локальная коррозия. Ее возникновение имеет случайный стохастический характер и, учитывая изменения в состоянии эксплуатации газопровода (например, введение ЭХЗ, несанкционированные раскопки и др.), достоверно рассчитать скорость коррозии практически невозможно.

Более достоверную информацию состояния металла трубы внутренней и наружной поверхности дает магнитометрический метод протяжки внутритрубного снаряда профессора А. А. Абакумова. Московская городская газораспределительная сеть состоит из множества разветвленных участков разных диаметров со множеством газовых сооружений на них, затрудняющих прохождение снаряда. Кроме того, для ввода в газопровод и вывода из него снаряда необходимо минимум два котлована, прекращение газоснабжения, проведение газорезочных и сварочных работ. Это дорогой метод. Для специфики московской городской газовой сети он не подходит.

В настоящее время на газопроводах ГУП «Мосгаз» проходит технологическую отработку другой, бесконтактный, магнитоэлектрический метод диагностики ООО НТЦ «Транскор-К», автором которого является С. И. Камаева. Как утверждают научные сотрудники Академии коммунального хозяйства им. Памфилова, результаты диагностики этим методом должны быть проверены шурфованием выявленных мест повреждений. В противном случае оценить достоверность этого метода не представляется возможным.

Применение бесконтактного магнитоэлектрического метода (при подтверждении его точности) позволит приблизиться к объективному диагностированию и предотвращению коррозионных отказов. Необходимо продолжать поиск современных технологий диагностирования и приборов.

Для обеспечения бесперебойного и безопасного газоснабжения потребителей ГУП «Мосгаз» проводит плановое профилактическое обслуживание газораспределительной сети города. Метан, используемый для приготовления пищи и тепла, опасен, когда выходит из под контроля. Он горюч, а в соединении с воздухом взрывоопасен.

Для обнаружения утечек газа, повреждений изоляции на газопроводах в ГУП «Мосгаз» создано Управление СМНУ, в состав которого входят лаборатория дефектоскопии и лаборатория неразрушающего контроля.

Успешность работы этих лабораторий напрямую зависит от уровня квалификации специалистов-дефектоскопистов и технических характеристик применяемой приборной техники. Рост точности, чувствительности, многофункциональности приборной техники прямопропорционален росту ее стоимости. Много новых приборов предлагается российскими производителями. Перед тем как начать использование, новые приборы подвергаются метрологической проверке. Ведется подробное обсуждение с разработчиками конструктивных элементов и технических характеристик, приемлемых и необходимых для наших условий работы. Так, например, сигнализатор кислорода СК-1, производитель НПП ООО «Астра» г. Климовск, предназначенный для определения содержания кислорода в колодцах, шахтах, коллекторах, дорабатывается по нашему предложению для определения концентрации метана и угарного газа.

Большую часть газораспределительной сети города составляют наружные стальные газопроводы, прокладываемые на воздушных опорах и опорах зданий. Это порядка 3361 км. Эти газопроводы располагаются на открытом воздухе круглый год и требуют защиты от атмосферной коррозии. Узкими местами здесь являются участки газопровода, находящиеся в футляре и лежащие на опорах, зафиксированные хомутами. В этих случаях повреждения происходят за счет щелевой коррозии в тех местах, где постоянно высокая влажность и доступ кислорода, электрохимической коррозии в месте контакта стального футляра с газопроводом. Для борьбы с этими видами коррозии применяют окрашивание надземных газопроводов.

Главное в получении качественного лакокрасочного слоя – тщательная подготовка поверхности – зачистка, желательно обезжиривание и грунтовка. В настоящее время после 3 лет испытаний на объектах ГУП «Мосгаз» для использования принята технология НПК «Вектор». Окрашивание осуществляется одним слоем грунта «Вектор-1025» и после по грунту наносится один слой эмали ПФ-115. Такой способ при новом строительстве позволит производить следующее окрашивание через 6 лет вместо 3-х при нанесении двух слоев эмали ПФ-115.

На двух объектах ГУП «Мосгаз» внедрена новая конструкция на месте пересечения газопровода со стеной здания. Новая конструкция, предложенная рационализатором, позволяет исключить контакт газопровода с футляром, а новый способ заделки места выхода газопровода из стены здания – развитие щелевой коррозии. В настоящее время осуществляется мониторинг этих объектов.

Новая конструкция ЗАО НПК «Вектор» заделки наружного края футляра цокольного ввода с газопроводом предотвращает развитие щелевой коррозии, удобна для проведения работ на уже построенных газопроводах. Принята к применению параллельно со старой технологией (до заливки футляра битумом) со второй половины 2004 года.

Стремительный рост и появление на рынке новых антикоррозионных красок требует постоянного проведения работ по экспериментальному окрашиванию образцов газопроводов на полигоне ГУП «Мосгаз». Эти работы должны проводиться в три этапа:

• сравнительный анализ технических характеристик и цены по отношению к применяемой краске и другим предлагаемым образцам;

• наличие или возможность представления технологической документации и подтверждения проведения климатических испытаний;

• демонстрационное нанесение с составлением двустороннего акта. Этот вопрос находится на стадии отработки.

В заключение хочется отметить, что основными мероприятиями по снижению коррозионных повреждений на газовых сетях являются:

• замена, реконструкция проработавших эксплуатационный срок газопроводов;

• капитальный ремонт, новое строительство средств ЭХЗ;

• обязательное финансирование работ по реконструкции средств ЭХЗ газопроводов в первую очередь высокого и среднего давлений, газопроводов всех давлений, эксплуатирующихся в анодной зоне;

• внедрение автоматизированной системы управления защитой газопроводов от коррозии и системы контроля их технического состояния по значениям защитного потенциала с целью повышения надежности системы и снижения эксплуатационных расходов по обслуживанию газораспределительных сетей;

• создание единой информационной базы по всем коммуникациям и сетям, нанесенным на электронную картографическую основу Москвы (Arcinfo или ей подобные);

• постоянное повышение уровня квалификации руководителей и специалистов, поиск и внедрение передовых, энергосберегающих, высокоэффективных технологий и технических решений, обмен опытом с российскими и зарубежными аналоговыми предприятиями;

• повышение престижа работника ГУП «Мосгаза», его материальной обеспеченности и социальной защищенности.