Трубопроводы и оборудование в процессе эксплуатации подвергаются процессу коррозии.
Коррозия металла труб происходит как снаружи под воздействием почвенного электролита (в почве всегда находится влага и растворённые в ней соли), так и внутри, вследствие примесей влаги, сероводорода и солей, содержащихся в транспортируемом углеводородном сырье. Коррозия металлических сооружений наносит большой материальный и экономический ущерб. Она приводит к преждевременному износу агрегатов, установок, линейной части трубопроводов, сокращает межремонтные сроки оборудования, вызывает дополнительные потери транспортируемого продукта.
При подземной прокладке стальные трубопроводы подвергаются почвенной коррозии. В грунтах почти всегда содержатся соли, кислоты, щелочи и органические вещества, которые вредно действуют на стенки стальных труб. В некоторых случаях такая коррозия может вызвать очень быстрое появление сквозных свищей в металле трубы и этим вывести трубопровод из строя, такие разрушения происходят особенно часто в трубопроводах, уложенных без достаточной защиты от коррозии.
Любые подземные трубопроводы, которые пролегают в почве или проходят по открытым участкам, подвергаются коррозии. Защита трубопроводов от коррозии – это одна из важнейших задач, которые стоят пред организациями, которые эксплуатируют такие сети. Защита трубопроводов от внутренней и внешней коррозии дает огромный экономический эффект, который связан с тем, что при грамотной и надежной защите от коррозии подземных и наземных трубопроводов сокращаются в разы затраты на их ремонт или полную замену.
На трубопроводы оказывает влияние огромное количество негативных природных факторов: вода, которая способствует ржавению стальных труб; почвенные бактерии, выделяющие вещества, которые способствуют быстрому разрушению труб (защита трубопроводов от электрохимической коррозии, или почвенной коррозии – один из важных аспектов защиты газопроводов и трубопроводов от коррозии). Кроме того, трубы, проходящие под землей вблизи линий электропередач, часто страдают от воздействия блуждающих токов. Защита подземных трубопроводов от коррозии позволяет не допустить быстрого разрушения труб.
Основной причиной коррозии металла трубопроводов и резервуаров является термодинамическая неустойчивость металлов. Именно поэтому подавляющее большинство металлов в земной коре находится в связанном состоянии в виде окислов, солей и других соединений.
Газопроводы подвергаются как внутренней коррозией, обусловленной агрессивностью отдельных компонентов (сероводород, углекислый газ), так и наружней коррозией. Коррозия в основном электрохимическая т.к. связана с образованием и прохождением электрического тока в теле трубы из-за неоднородности материала труб. Повреждения имеют вид «раковин», «язвочек», «дырочек».
Коррозия трубопроводов -- процесс неизбежный. Однако человек, вооруженный знанием механизма коррозии, может затормозить его таким образом, чтобы обеспечить сохранение работоспособности трубопроводов в течение достаточно длительного времени. Защита трубопроводов от коррозии может быть активной и пассивной. К активным средствам защиты трубопроводов от наружной коррозии относятся электрические методы, катодная и протекторная защита. При пассивной защите на наружную поверхность трубопроводов наносят покрытия и изоляцию, при активной - устраняют причины, вызывающие коррозию.
Один из самых известных, и, одновременно самых надежных способов защиты трубопроводов от внутренней и внешней коррозии – это нанесение на поверхность труб изоляционных материалов и пропиток. По степени активности защиты трубопроводов от электрохимической коррозии, а также других видов коррозий, изоляционные покрытия могут быть обычными и усиленными. Для защиты газопроводов и других магистралей от коррозии используются покрытия из полимерных лент, а также практикуются такие методы защиты труб, как нанесение на них протекторных составов (краска полиуретановая и т.д.). Часто, кроме защиты трубопроводов от электрохимической коррозии и других видов коррозий, которые возникают вследствие воздействия неблагоприятных внешних факторов, также требуется защита трубопроводов от внутренней коррозии. Такая защита необходима тем магистралям, по которым осуществляется передача химически активных жидкостей, например, нефти и нефтепродуктов, газа и т.д. Иначе, если не позаботиться о защите трубопроводов от внутренней коррозии, такие трубы очень быстро станут непригодными к эксплуатации. Защита газопроводов и нефтепроводов от коррозии, в том числе от внутренней коррозии, позволит избежать не только экономических потерь, но и крупных техногенных катастроф. Защита газопроводов от внутренней коррозии, как и защита других важных магистралей, осуществляется с помощью нанесения особых протекторных составов на внутреннюю поверхность труб.
Для противокоррозионной защиты наружной поверхности трубопроводов используют органосиликатную композицию ОС-51-03.
Одной из основных причин разгерметизации подземных трубопроводов является их коррозия, вследствие образования на них различных по величине каверн, трещин и разрывов, что может привести к выходу газа в грунт и стать причиной аварии.
При защите от коррозии металлических подземных трубопроводов применяются пассивные и активные методы.
Пассивный метод заключается в создании непроницаемого барьера между металлическим трубопроводом и окружающим грунтом. При этом на трубу наносится специальное защитное покрытие, например полимерные ленты, битум, каменноугольный пек, эпоксидная смола и др).
Очень трудно на практике добиться полностью герметичного изоляционного покрытия. Это происходит из-за того, что у различных видов покрытия — различная диффузионная проницаемость и соответственно разная степень изоляции трубы от окружающего грунта. При строительстве и эксплуатации трубопроводов в изоляционном покрытии появляются трещины, вмятины, задиры и другие дефекты. Наиболее опасны сквозные повреждения защитного покрытия.
Используя только пассивный метод далеко не всегда достигается полная защита трубопровода от коррозии, поэтому одновременно с пассивной применяется и активная защита. Суть активной защиты заключается в управлении электрохимическим процессом, протекающим на границе между металлом трубы и грунтовым электролитом. Такой тандем носит название комплексной защиты.
Одним из видов активного метода защиты от коррозии является метод катодной поляризации. В его основе лежит эффект снижения скорости растворения металла, при смещении его коррозийного потенциала в область отрицательных значений относительно естественного потенциала. Установлено, что потенциал катодной защиты стали приблизительно составляет — 0,85 В, при этом естественный потенциал той же стали в грунте примерно составляет — 0,55…-0,6 В, значит для эффективной катодной защиты потенциал коррозии должен быть смещен на 0,25…0,30В в сторону отрицательных значений.
Этого можно добиться, если пропускать между поверхностью трубы и прилегающим грунтом электрический ток. При этом необходимо добиться снижения потенциала в местах дефектов изоляции трубы до значений ниже — 0,9 В. Данный метод приводит к значительному снижению скорости коррозии.
На практике катодную защиту трубопроводов осуществляют двумя основными методами:
1) гальваническим методом — путем применения магниевых жертвенных анодов-протекторов;
2) электрический метод — путем применения внешнего источника постоянного тока, отрицательный полюс которого соединяется с трубой, а положительный — с анодным заземлителем.
В основе гальванического метода лежит такой принцип: в электролите различные металлы имеют различные же электродные потенциалы. Если при этом образовать гальваническую пару из двух металлических электродов и опустить их в электролит, то получим эффект, при котором металл имеющий более отрицательный потенциал будет выполнять функцию анода и станет разрушаться, тем самым защищая, металл (катод) имеющий менее отрицательный потенциал. Как жертвенные гальванические аноды на практике используют протекторы изготавливаемые из магниевых, алюминиевых и цинковых сплавов.
Однако применение протекторов в качестве катодной защиты эффективно лишь в грунтах низкоомных (до 50 Ом-м). В грунтах высокоомных такой метод не обеспечивает необходимой защищенности.
Катодная защита с помощью внешних источников тока является более сложной и трудоемкой задачей, но главным ее преимуществом является малая зависимость от величины удельного сопротивления грунта и практически неограниченный энергетический ресурс.
Преобразователи постоянного тока, запитанные от сети переменного тока, позволяют регулировать уровень защитного тока в значительных пределах, что обеспечивает защиту трубопровода при любых условиях. Таким образом эффективной защитой газопроводов от коррозии является целый комплекс мероприятий приведенных выше.