автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.14, диссертация на тему:Предупреждение коррозионного растрескивания под напряжением катодно-защищенных магистральных газопроводов в реальных условиях эксплуатации

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ И ГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ (ЕНИИГАЗ)

На правах рукописи

ЛУЕЕНСКИЙ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 620. 197. 5.

РЕДУПРЕЗДЕНИЕ КОРРОЗИОННОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ ПОД НАПРЯЖЕНИ-•ЕМ КАТОДНО-ЗАЩИЩЕННЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ В РЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

пецкальность 05.17.14. - Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ И ГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ (ВНИИГАЗ)

На правах рукописи

ЛУБЕНСКИЙ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 620. 197. 5.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ КОРРОЗИОННОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ ХАТОДНО-ЗАЕЩЩННЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ В РЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.17.14. - Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте природных газов и газовых технологий (ВНИИГАЗ)

Научный руководитель - кандидат технических наук

Петров H.A.

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Харионовский В. В.

' кандидат технических наук Балабан-Ирменин Ю. В.

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт по строительству трубопроводов (ВНИИСТ)

Защита состоится & 1994 г. в 13 час. 30 мин.

на заседании специализированного совета К 070.01.01. во Всероссийском научно-исследовательском институте природных газов и газовых технологий (ВНИИГАЗ) по адресу: 142717 Московская область, Ленинский район, пос. Развилка, ВНИИГАЗ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИГАЗа. Автореферат разослан ^ 1994 г.

Ученый секретарь л •

специализированного совета ¿//¿¿stUttA к.т.н. Н. Н. Кисленк

Актуальность проблемы. Актуальность исследования причин возникновения коррозионного растрескивания под напряжением (КРН) магистральных газопроводов связана с высокой частотой отказов по причине данного вида коррозионного разрушения, увеличивающейся напряженностью работы систем трубопроводного транспорта, старением металла труб, отсутствием действенных методов и средств по предупреждению возникновения КРН. Имею-диеся отечественные и зарубежные исследования косят отрывоч-яыи характер, противоречивы, не систематизированы, отсутствует полная ясность в механизме этого вида разрушения.

Работа выполнена в соответствии с "Программой проведения комплекса исследований и разработки мершрият:ж по предотвращению отказов газопроводов по причине стресс-коррозии (КРН), разработки технических средств по своевременному обнаружению данного явления", утвержденной ГГК "Газпром", Рострубосталью 1 Роснефтегазом.

Цель работы. Целью настоящей работы явилось исследование ;оли таган: факторов как: коррозионная агрессивность грунтсв, ¡еличина потенциалов катодной поляризации, уровень кольцевых [апряженин в стенке трубопроводов в процессе возникновения ГН и разработка рекомендаций по предотвращению данного вида :сррозионного разрушения магистральных газопроводов в реаль-ых условиях эксплуатации.

Научная новизна

- установлено, что в карбонатных средах, величина водо-одного показателя которых 7,0...11,0, коррозионного растрес-ЛЕания трубных сталей при потенциалах 1,0...-1,2 В (н.в.э.) е происходит;

- установлено,- что в карбонатных растворах, величина рН оторых 7,0...11,0, избирательного растворения трубных сталей о границам зерен в области потенциалов -0,3...-О,6 В н.в.э.) не происходит;

- установлено, что КРН магистральных газопроводов нельзя Эъяснить только статическими или циклическими напряжениями и аводороживанием металла труб/ важным фактором в процессе азрушения является физико-химическое взаимодействие поверх-:-сти труб с органическими кислотами, входящими в состав

грунтов, что выражается в избирательном растворении перлитной составляющей трубных сталей и в потере пластических свойств (уменьшением относительного сужения и удлинения).

Практическая ценнось:

- результаты исследований использованы при разработке "Временного регламента обследования участков газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением (стресс-коррсзии)", утвержденном ГГК "Газпром" в 1993 году;

- разработан датчик,позволяющий непрерывно измерять скорость общей коррозии и оптимизировать работу систем электрохимической защиты магистральных газопроводов;

- разработана методика проведения лабораторных испытаний на стойкость сталей к КРН;

- экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы составил 2193,5 тыс. руб. (согласно ценам на лето 1993 г.)

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на конференциях:

1. "Защита - 92", прошедшей в Москве 6-11 сентября 1992 г.;

2. Конференция, посвященная проблемам коррозии, организованная NACE. 7-9 июня 1993 г. Норвегия, Санфиорд.

Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 14 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка используемой литературы, включающей 125 наименований. Содержание работы изложен! на 142 страницах, включая 19 таблиц и 55 рисункоЕ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертацк и сформулированы цели работы.

В главе 1, представляющей литературный обзор, рассмотре ны современные представления о механизмах возникновения КЕ магистральных газопроводов, приведены данные о влиянии сре, различного химического состава, статических и циклически

напряжений стенки трубы, катодной поляризации на стойкость сталей к данному виду коррозионного разрушения.

Несмотря на то, что исследованию причин возникновения КРН магистральных газопроводов посвящено почти три десятилетия и на начальном этапе исследований это явление объясняли взаимодействием металла труб с растворами нитратов, карбонатов, щелочей, однако воспроизвести процесс растрескивания в этих средах на сталях, применяемых для изготовления труб магистральных газопроводов при приложении одноосных растягивающих напряжений^не удавалось.

Попытки объяснить КРН газопроводов только водородным ох-рупчиванием также едва ли можно назвать состоятельными, поскольку количество адсорбированного металлом трубы водорода при катодной поляризации меньше, чем критическое содержание водорода, вызывающее охрупчивание.

Данных о проведении испытаний на стойкость к КРН трубных сталей в грунтах с мест разрушения магистральных газопроводов в литературе не приводится.

Необходимо учитывать, что уменьшение стойкости сталей может быть связано с одновременным-влиянием многих факторов.

В главе 2 представлены методики проведения исследований.

Трубопроводы до их разрушения по причине КРН эксплуатируются в-течение длительного времени, поэтому использование для оценки стойкости металла труб магистральных газопроводов к разрушению, идентифицируемому в настоящее■время как коррозионное растрескивание под напряжением, методики МСКР - 01 -85' "Испытания сталей против сероводородного растрескивания" не является корректным.

Основной трудностью при постановке исследований являлся выбор или разработка методик по определению сопротивления трубных .сталей к КРН, выбор вида нагружения и коррозионной среды, которая вызывала бы КРН за меньшие сроки чем эксплуатационная среда.

Была разработана методика, позволяющая моделировать условия КРН в лабораторных условиях, Характер взаимодействия поверхности образцов трубных сталей.с лабораторной средой, в которой проводили испытания, аналогичен с характером взаимо-

действия поверхности металла труб с грунтами, отобранными с мест разрушения газопроводов. . ,

В главе 3 приводятся сравнительный анализ условий работь магистральных газопроводов "Ямбург - Елец 1", "Уренгой - Пет-ровск", "Ухта - Торжок"; "Горький - Центр", находившихся, i эксплуатации 6...18 лет и разрушившихся в 1993 г. по причине коррозионного растрескивания под напряжением, а также газопроводов "Краснодарский край - Серпухов" и "Ставрополь - Москва", находившихся в эксплуатации до разрушения около 30 лет.

Анализ условий работы показал, что разрушения магистральных газопроводов происходили:

- при уровне кольцевых напряжений 0,5...0,6. бо, г;

- на трубопроводах из сталей различной категории прочности;

- на катоднозалц-пценньк газопроводах при разности потенциалов труба-земля до -3,5 В (н.з.э.);

- на газопроводах с битумной ("Краснодарский край - Серпухов" и "Ставрополь - Москва") и с пленочной изоляцией ("Ямбург - Елец 1", "Ухта - Торжок", "Горький -Центр");

Значения рН водных вытяжек грунтов, отобранных с мест разрушения газопроводов "Ямбург - Елэц 1", "Ухта - Торжок", "Горький - Центр" составляют 5,6...5,В, рН суспензии грунта с места разрушения газопровода "Краснодарский край - Серпухов' - 7,6.

Измерения потенциалов коррозии трубных сталей е грунта; с мест разрушения газопроводов показали, что в грунтах с рН<Е значения потенциалов коррозии лежат в интервале -0,56...-О,5£ В (н.в.э.), в грунте с рН - 7,6 величина потенциала коррози» составила -0,48 В (н.в.э.).

Скорость коррозии трубных сталей в грунтах с мест разрушения газопроводов измеряли весовым и электрохимическим методом с помощью разработанного датчика коррозии. Ео всех грунтах скорость общей коррозии не превышала 0,01 мм/год, чтс позволяет отнести их к грунтам низкой коррозионной активности.

В пробаз: грунта с места разрушения газопровода "Ямбург -

5лец 1" в районе Краснотурьинского ЛПУ обнаружены сульфат -зосстанавливающие и углезодородоокисляющие бактерии в коли-гестве 102...103 клеток на грамм грунта. Углеводородокисляю-аде микрсорганизмы, окисляя широкий спэктр углеводородов, шособствуют накоплению в грунте промежуточных продуктов зкисления: спиртов, органических кислот и продукта конечного жисления - СОо.

При недостатке кислорода в грунтах накапливаются жирные шслоты, в том числе муравьиная, уксусная, молочная, фумаро-1эя, гликолевая, янтарная, что обуславливает пониженное зна-1экие рК отобранных проб грунта 5,6...5,8.

Экспериментально определенное суммарное содержание оргз-нпеских кислот превышает величину 700 мкг/л.

Установлено, что химический состав и механические сеойс-'ва металла, разрушившихся труб соответствуют техническим ус-ювиям на них.

Количество остаточного водорода в теле разрушившейся •рубы газопровода "Краснодарский край - Серпухов" составило 1,0008% , а в теле трубы аварийного запаса составило 0,0005%.

Количество остаточного водорода в теле разрушившейся ■рубы газопровода "Ямбург - Елец 1" составило 1,0003.. .0,0006%.

Причиной разрушения газопровода "Краснодарский край -эрпухов" явилось наличие на наружной поверхности трубы де-екта в виде задира, который явился местом зарождения трещи-ы, приведшей к разрушению.

Причиной разрушения газопровода "Ставрополь - Москва" вились образование трещин на внутренней поверхности трубоп-овода, которые охарактеризованы, как усталостные.

На наружной поверхности разрушившихся труб и на прилега-щих к ним участков газопроводов не обнаружено поверхностных рещин, характерных для коррозионного разрушения газопрово-ов, по причине КРН.

На наружной поверхности разрушившейся трубы газопровода Ямбург - Елец 1" вблизи магистральной трещины обнаружены се-ейство трещин длиной 10...50 мм и глубиной до 2,5 мм. Эти рещины расположены вдоль направляющей на участке, где изоля-

ция отсутствовала.

Аналогичные трещины были обнаружены на разрушившихся трубах газопроводов "Уренгой - Петровск", "Ухта - Торжок", "Горький - Центр".

Можно предположить,что КРН газопроводов произошло вследствие взаимодействия металла труб с кислыми компонентами, содержащимися в грунта?:.

В главе 4 представлены результаты исследования электрохимического поведения и стойкости к КРН сталей в раствора> солей угольной кислоты.

При катодной поляризации от потенциалов коррозии в водных растворах НаНСОэ и НаНСОз - МагСОз ток поляризации в области потенциалов -0,3...-О,6 В (н.в.э.) изменяет направление. На катодной ветви поляризационной кривой наблюдается область потенциалов активного растворения стали.

Это явление наблюдается на трубных сталях 20, 17Г1С Х-70 карбонильном железе, имеющим чистоту 99,91.

Аналогичные катодные поляризационные кривые были получены на стали 17Г1С в суспензии карбонатных отложений, отобран ных на газопроводной трубе вблизи КС Дарьярлык (МГ "Средня Азия - Центр") (Рис. 1).

В буферном растворе бората натрия с величиной водородно го показателя, близким к значениям водородного показател карбонатных растворов (рН-9,18), явление изменения тока поля ризации не наблюдается. Получена кривая, характерная для прс цесса восстановления кислорода в нейтральных и слабощелочнь растворах.

С уменьшением концентрации карбонат-бикарбонатов в вог ном растворе наблюдается уменьшение величины тока растворен» в максимуме. В растворах 0,1М НаНСОз - 0,1М На^СОз получе; кривая, характерная для процесса восстановления кислорода нейтральных и слабощелочных средах.

Увеличение температуры ведет к возрастанию тока электр( химического растворения трубных сталей и смещению потенци; лов, при которых происходит растворение стали,в область отр! цательных значений. Зависимость потенциалов максимума анод» го тока от температуры раствора линейна, Дф /ПЛ. - 2,5х

(В/град.).

Выдержка при потенциалах максимумов приводит к уменьшению тока растворения, а затем и изменешпо его направления. Величина катодного тока становится равней предельному диффузионному току по кислороду.

Рост температуры вызывает уменьшение времени, требуемого для изменения направления процесса, что объясняется ускорением образования на поверхности стали покровных слоев, которые уменьшают скорость электрохимического растворения.

Прямой зависимости между температурой к временем, в течении которого происходит образование покровных слоев, не наблюдается, так при температуре 22 °С в растворе МаНСОз -МагСОз в течении первых шести часов поляризации наблюдается увеличение тока растворения. При дальнейшей экспозиции тек начинает уменьшаться, изменяет направление'и становится равным предельному току по кислороду.

С увеличением температуры увеличение тока растворения происходит в течении одного часа, далее наблюдается уменьшение величины тока и после двух часов экспозиции ток поляризации изменяет направление (Бис. 2)

Рентгенофазовый дифракционный анализ поверхностных соединений, образующихся на трубной стали в карбонатных растворах при потенциалах максимума анодного тока показал, что при температурах 22 °С и 42 °С и соответсвенно при потенциалах -0,40 (н.в.з.) и - 0,45 В (н.в.э.) на поверхности образцов формировалась пленка сосголшдя из соединения РеООН. а при температуре 82 °С и потенциале -0,60 3 (н.в.э.) пленка состоит из карбоната железа (РеСОз).

Изучение характера взаимодействия поверхности трубных сталей с карбонатными растворами при потенциалах поляризации -О,4...-О,5 В (н.в.э.) показало, что электрохимическое растворение сопровождается образованием на поверхности язв.

Электрохимическое растворение трубной стали 17Г1С в рассматриваемом интервале потенциалов и температур не сопровождается избирательным растворением по границам зерен.

Исследования стойкости сталей к КРН в широком интервале потенциалов 1,0...-1,2 Е (н.в.э.) показали, что разрушение

-4 -5 -5 -4

1в 1, А/см2

Рис.1. Кривые катодной поляризации стали 17Г1С в растворах 1 - 1,0 И ЫаНСОз; 2 - 1,0 М ЫагСОз; 3 - Водная вытяжк отложений на газопроводной трубе (ИГ "Средняя Азия Центр", КС Дарьярлык).

1, мкА/ск2

X, час.

Рис. 2.

Изменение во времени тока электрохимического растворения стали 17Г1С в растворе 0,5 Ы ИаНСОз - 0,5 М ЫагСОз при температуре: 1-22 °С; 2 - 42 °С; 3 - 62 °С; 4 - 82 °С.

образцов сталей, подвергнутых одноосному статическому нагру-жению в течение длительного времени (3000 часов), не произошло. Испытания проводили при потенциалах положительнее потенциалов коррозии, при потенциалах коррозии," в области потенциалов, в которой наблюдается изменение направления тока поляризации, и при потенциалах электрохимического разложения воды и выделения водорода.

Е водном растворе угольной кислоты при потенциале коррозии происходило растрескивание образцов высокопрочных сталей, напряжение которых составило 0,95 бо,2- Время до разрушения составило 2100 часов.

Надо полагать,что в растворе СОг - HgO видимо реализованы те условия, которые вызывают коррозионное растрескивание под напряжением:

- низкое значение рН и выделение водорода за счет протекания коррозионного процесса;

- наличие свободного СОа, способствующего растворению образующихся покровных* слоев карбонатов.

Таким образом на основании проведенных исследований можно сделать заключение о том, что в карбонатных средах, величина водородного показателя, которых 7,0...11,0 единиц, коррозионное растрескивание под напряжением трубных сталей в интервале потенциалов 1,0...-1,2 В (н.в.э.) не происходит.

В главе 5 представлены результаты исследований электрохимического поведения и стойкости трубных сталей к КРН в растворах, содержащих соединения серы различной степени окисления, в среде, содержащей сульфатвосстанавливающие бактерии (СВЕ), результаты испытаний на стойкость к КРН газопроводной трубы при ее циклическом нагружении и одновременном катодном каводорожиЕании.

Было изучено электрохимическое поведение и стойкость к КРН стали Х-42 в растворах, содержащих соединения серы раз-летной степени окисления.

Испытания стали на стойкость к КРН проводили при потенциалах коррозии и при потенциала:: электрохимического разложения воды и выделения водорода.

Е водной суспензии серы при потенциале коррозии сталь

подвержена интенсивной язвенной коррозии, что явилось причиной разрушения образцов, находящихся под напряжением.

На катодно-поляризованных образцах коррозионный процесс заторможен и разрушение образцов по причине растрескивания не происходит при достаточно длительном времени испытаний (2100 часов).

В растворах тиосульфатов разрушение образцов пс причине КРН не наблюдается ни при потенциалах коррозии, ни при потенциалах поляризации.

В среде, содержащей сульфатвосстанавливающие бактерии (СВБ), были прозедены электрохимические измерения, определение скорости коррозии, водородопроницаемости и стойкости к КРН образцов стали Х-70.

Исследования показали, что образцы стали, находящиеся при одноосном напряжении 0,95 от бо, 2 в течение 3000 часов, не разрушились.

Растворение поверхности стали происходит по перлитной составляющей.

Изучение водородопроницаемости стали з этих средах, проведенное с помощью электрохимического и волюмометрического методов, показываёт, . что в среде СВБ наводороживание стали происходит при потенциалах коррозии, т.е. без наложения катодного тока. Количество водорода, выделившегося в коррозионном процессе при взаимодействии стали со средой, содержащей СВБ, за время испытаний (2000 часов) (Уобщ. ), составило 1,14 мл/см2-.Количество продиффундировавпего через сталь Еодорода (Удиф.) составило 0,012 мл/см2.

Однако количество поглощенного металлом водорода недостаточно, чтобы вызвать его охрупчивание и растрескивание.

Не разрушились и напряженные образцы стали Х-70 и при потенциалах катодной поляризации (-0,85В (н.в.э.)), когда выделение водорода на поверхности образцов происходило за счет электрохимического разложения воды.

Невысокая коррозионная агрессивность среды (скорость коррозии стали.0,012 мм/год), содержащей СВБ, позволяет, сделать вывод о том, что образующиеся в процессе метаболизма сероводород и другие компоненты не вызывают растрескивание вы-

сокопрочной стали при ее статическом одноосном напряжении.

Были проведены испытания прямошозной газопроводной труби из стали Х-52 диаметром 508x6 мм и длиной 1500 мм при ее циклическом нагружении и одновременном катодном наводороживании при потенциале -1,0 В (н.в.э.) и платности тока поляризации 1 рА/см2 в водном растворе хлорида натрия (3 г/л).

Испытания проводили в течение £5 суток, число циклов за период испытаний 15000.

Величина давления воды внутри патрубка колебалась от 5 до 10 МПа, что соответствовало кольцевым напряжениям стекки трубы 0,5...О,95 от фактического предела текучести.

Разрушение образца трубы б ходе испытаний ке произошло. Трещин на внешней и внутренней поверхности не обнаружено.

Результаты исследований металла трубы после циклического нагружения и катодного навэдороживания показывают, что существенного изменения механических свойств стали не произошло .

Очевидно коррозионное растрескивание под напряжением магистральных газопроводов нельзя объяснить только статическими пли циклическими напряжениями и наводороживанием.

В глазе 5 представлены результаты исследований электрохимического поведения и стойкости к КРН трубных сталей в суспензиях грунтов с мест разрушения газопроводов "Ямбург - Елец 1", "Ухта - Торжок", "Горький - Центр" и "Краснодарский край - Серпухс-в".

В суспензиях грунтов получены поляризационные кривые, характерные для протекания катодного процесса в нейтральных средах, в условиях естественной аэрации.

При потенциалах отрицательнее -0,7 В (н.е.э.) в суспензиях грунтов с мест разрушения газопроводов "Ухта - Торжок", "Горький - Центр" и потенциалах отрицательнее -0,8 В (н.в.э.) в суспензии грунта с места разрушения газопровода "Ямбург -Елец 1" происходит электрохимическое разложение воды и выделение водорода.

2 этой области потенциалов коэффициент угла наклона линейного участка катодной кривой составляет 0,33 Ь, что свидетельствует о большем перенапряжении этого процесса.

В,суспензии грунта, отобранного с места разрушения га-

I

зопрозода "Краснодарский край - Серпухов", процесс электрохимического разложения воды и выделения водорода начинается при потенциалах отрицательнее -0,7 В (н.в.э.) коэффициент Ьк равен 0,25 В.

Исследования водородопроницаемости сталей 19Г, 17Г1С, 14Г2СФБ и Х-70 проводили на мембранах толщиной 2 мм в суспензиях грунтов с мест разрушения газопроводов.

Одна сторона мембраны (поляризационная) соприкасалась с водными суспензиями грунтов, другая сторона мембраны (диффузионная) соприкасалась с пассивирующим раствором.

При взаимодействии поляризационной стороны мембраны с суспензиями грунтов с величиной рН 5,6...7,6, без наложения катодного потенциала 'изменение потенциала диффузионной стороны не наблюдалось, что свидетельствует о том, что наводорожи-вание стали не происходит.

В суспензиях грунтов,, отобранных с мест разрушения газопроводов "Ухта - Торжок", "Горький - Центр" и "Краснодарский край - Серпухов", при значении потенциала поляризации -0,8 В (н.в.э.), и в суспензии грунта, отобранного на месте разрушения газопровода "Ямбург -. Елец 1", при достижении потенциалов поляризации -0,9 В (н.в.э.) происходит сдвиг потенциалов коррозии на диффузионной стороне мембран, что связано с наводороживанием. стали.

Наименьшее изменение потенциала диффузионной стороны мембраны наблюдается при взаимодействии поляризационной стороны с суспензией грунта, с места разрушения газопровода "Ямбург - Елец 1", наибольшее изменение потенциала наблюдается при взаимодействии поляризационной стороны с суспензией .грунта с места разрушения газопровода "Краснодарский край - Серпухов". Испытания проводили при потенциале поляризации -1,2 В (н.в.э.).

Исследования стойкости сталей 1ЭГ, 17Г1С, 14Г2СФБ, Х-70 :« КРН в суспензиях грунтоз с мест разрушения газопроводов при одноосном статическом нагружении (0,95 60,2) при потенциалах коррозии показали, что з течение 4000 часов разрушение образцов не произошло.' Трещин на поверхности не обнаружено.

Изучение состояния поверхности напряженных образцов трубных сталей с суспензиями грунтов, величина рН которых 5,6...5,8, показало, что растворение поверхности стали происходит по перлитным строчкам.

В суспензии грунта с места разрушения газопровода "Краснодарский край - Серпухов", величина водородного показателя которого 7,6, избирательного растворения поверхности напряженных образцов не обна1ружено.

При испытаниях на стойкость к растрескиванию методом медленной деформации с постоянной скоростью было обнаружено, что при потенциалах коррозии в таких системах, как водные растворы МаС1, КаНСОз - МагСОз, суспензия грунта с места разрушения газопровода "Краснодарский край - Серпухов", основные параметры, характеризующие стойкость сталей по атому методу испытаний, 'близки к параметрам при испытаниях образцов, на воздухе.

При испытании образцов трубных сталей в суспензиях грунтов с мест разрушения газопроводов, имеющих рН меньше 6,0, наблюдается изменение основных параметров, характеризующих стойкость сталей к растрескиванию, а именно-уменьшение пластических свойств металла, что выражается в уменьшении относительного удлинения и относительного сужения, а такжб тем, что помимо основной трещины, приведшей к разрушению образцов, на поверхности всех исследуемых сталей наблюдается образование коррозионных трещин.

Таким образом оценка стойкости сталей к КРН с помощью метода медленной деформации с постоянной скоростью свидетельствует о том, что в суспензиях грунтов с .мест разрушения газопроводов, значения рН которых меньше 6,0,- трубные стали подвержены трещинообразованию при потенциалах коррозии.

Таблица.

Стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением образцов- стали.17Г1С, определенная методом'медленной де-формаци с постоянной скоростью в средах различного состава.

Среда РН 1 Потенциал | 5, 1 1 | Трещины |

коррозии, | т (%)

В (н.в.э) | ч

Воздух (контроль) - | 20,4 65,0 ( Нет |

Раствор для испы- 5,1 -0,43~ | 10,8 25,0 | Есть |

таний

3% N301 5,8 -0,44 | 23,6 59,9 | . Нет |

КаКСОз _ Ма2С0з 9,6 -0,06 | 21,7 66,9 | Нет |

0,5 М - 0,5 М

Грунт с места 7,6 -0,44 | 18,8 57,6 | Нет |

аварии газопрово-

да "Краснодарский

край - Серпухов"

1149,9 км.

Грунт с места ава- .5,8 -0,52 | 15,3 .42,2 | Есть |

рии газопровода

"Ямбург - Елец 1",

1362 км

Грунт с места ава- 5,8 -0,56 | 17,2 45,6 | Есть |

рии газопровода

"Ухта - Торжок",

1120,8 га/

Грунт с места ава- 5,6 -0,54 | 21,3 56,1 ! Есть |

рии газопровода

"Горький - Центр",

201 км 1 ■ |

выводы

Сравнительны]"! анализ условий работы газопроводов, разрушившихся по причине КРН, и исследования^выполненные на трубных сталях в средах различного состава,позволили сделать следующие заключения:

1. Причиной разрушений газопроводов на участке, эксплуатируемым Краснотурьинским ЛПУ, которые наблюдаются с 1984 года, и газопроводов "Ухта - Торжок" и "Горький - Центр" явилось взаимодействие металла труб с кислыми компонентами грунтов.

2. Разрушение происходит з результате физико-химического взаимодействия поверхности труб с кислыми компонентами грунтов, которые могут являться продуктами жизнедеятельности микроорганизмов, что выражается в избирательном растворении перлитной составляющей трубных сталей и в потере пластических свойств (уменьшением относительного сужения и удлинения).

3. В карбонатных среда:-:, величина водородного показателя которых 7,0...11,С единиц, коррозионное растрескивание под напряжением трубных сталей, в интервале потенциалоз 1,0...-1,2 В (н.'е.э.) не происходит. Избирательного растворения трубных сталей по границам зерен в области потенциалоъ -0,3...-0,6 В (н.в.з.) не происходит.

4. Для предотвращения КРН магистральных газопроводов в грунтах, величина рН которых меньше 6,0, необходимо изменить категорию участков газопроводов и применять трубы с заводской изоляцией, что позволяет исключить взаимодействие поверхности металла с агрессивными компонентами грунтов.

5. Разработана методика лабораторных испытаний, которая позволяет оценивать стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением металла труб, предназначенных для использования в грунтах,величина рН которых меньше-6,0.

' о.-Результаты исследований были использованы и вошли во "Временный регламент обследования участков газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением '.стресс-коррозии)", утвержденным ГГК "Газпром" в 1993 г.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Петров Н. А., Лубенский С. А. Коррозионное поведение стали в карбонатных растворах. // Инф. сборник ВНЛИЭгазпрома, серия: "Научно-технические достижения и передовой опыт, рекомендуемые для внедрения в газовой промышленности", 1391, вып. X, С. 37 - 44.

2. Петров Н. А., Лубенский С. А. Ингибирование коррозии трубной стали в растворе хлорида натрия // Инф. сборник ЕНИ-ЯЗгазпрома, серия "Научно-технические достижения и передовой опыт, рекомендуемые для внедрения в газовой промышленности", 1991, вып. 9, С. 23 - 25.

3. Петров Н. А., Лубенский С. А. Растрескивание высокопрочной стали в' растворах, содержащих серу и ее соединения // Нефтяная и газовая промышленность. Сер. Защита от коррозии и охрана окружающей среды: Экспресс-информ. 1991. Вып. 10. С. 1

- 4.

4. Лубенский С. А., Петров Н. А. Об особенностях протекания катодного процесса на сталях в водных растворах карбонатов // Нефтяная и газовая промышленность. Сер. Защита от коррозии и охрана окружающей среды: Экспресс-информ. 1991. Зып. 11. С. 1 - 4.

5. Лубенский С. А., Петров Н. А. Влияние температуры на катодную поляризацию трубной стали в карбонатных растворах // 1ефтяная и газовая промышленность. Сер. Защита от коррозии и эхрана окружающей среды: Экспресс-информ. 1992. Вып. 1 . С. 1

- 5.

6. Лубенский С. А., Петров Н. А. Поведение катодно поля-зизационной стали в карбонатных растворах // Нефтяная и газо-зая промышленность. Сер. Защита от коррозш! и охрана скружаю-цей среды: Экспресс-информ. 1992. Вып. 5. С. 1 - 4.

7. Лубенский С. А. Катодный процесс на трубной стали в застворах некоторых солей // Нефтяная и газовая промышлен-юсть. Сер. Защита от коррозии и охрана окружающей среды: Экспресс-информ. 1992. Был. 7. С. 1 - 4.

8. Лубенский С. А., Петров Н. А. Водородопроницаемость

трубной стали в нейтральных и кислых средах // Нефтяная к газовая промышленность. Сер. Защита от коррозии и охрана окружающей среды: Экспресс-информ. 1992. Вып. 9. С. 1 - 4.

9. Лубенский С. А., Петров Н. А. Катодная поляризация и стойкость трубных сталей к коррозионному растрескиванию в природных средах // "Защита-92": Тез. докл. Науч. кснф. 6 -11 сентября 1992 г., Т. 2. - С. 320 - 322., Изд. "Нефть и газ" при ГАНГ им. Губкина.

10. Антонов В. Г., Голтыхина В. В., Лубенский С. А. Характер взаимодействия поверхности напряженной трубной стали с растворами некоторых солей // Нефтяная и газовая промышленность. Сер. Защита от коррозии и охрана окружающей среды: Экспресс-информ. 1992. Вып. 12. С. 1 - 3.

11. Лубенский С. А. Водородопроницаемость и характер коррозионного процесса // Нефтяная и газовая промышленность. Сер. Защита от коррозии и охрана окружающей среды: Экспресс-информ. 1993. Вып. 1. С. 1-5.

12. Подобаев А. Н., Лебедев В. И., Должелбахчиева Э. А., Лубенский С. А. Фазовый состав поверхностных соединений, образующихся на стали в карбонатном растворе при катодной поляризации // Нефтяная газовая промышленность. Сер. Защита от коррозии и охрана йкружающей среды: Экспресс-информ. 1993. Вып. 3. С. 1 - 4.

13. Лубенский С. А., Петров Н. А. Датчик скорости коррозии. А. с. 505851 №1 О 01 М 17/02.

14. Лубенский С. А. Катодная поляризация наружной поверхности газопровода и ее возможное влияние на протекание процесса на внутренней поверхности газопровода // Нефтяная I газовая промышленность. Сер. Защита от коррозии и охрана окружающей среды: Экспресс-информ. 1993. Вып. 6. С. 1 - 5.

Соискатель

Лубенский С. А.