Мероприятия по снижению стресс-коррозионных проявлений на МГ.

Накопленный экспериментальный материал позволяет уже сегодня как на этапах строительства и эксплуатации, так и на этапе проектирования газопроводов осуществлять ряд практических мер, которые существенно снизят вероятность образования и развития стресс-коррозионных процессов.

Уже при выборе трассы необходимо учитывать, что на процесс образования КРН-трещин существенное влияние оказывают химический, ионный и микробиологический состав грунтов, его обводненность, показатель кислотности рН, содержание углекислого газа и кислорода, естественный потенциал коррозии стали в грунтовой среде, реальная концентрация носителей ионов водорода Н+ и др., а также проектных данных по давлению, температуре, расстоянию от КС. Сточные воды промышленных предприятий, биокомбинатов и т.п. могут приводить к значительным коррозионным повреждениям трубопроводов. Поэтому трассу трубопровода следует располагать не ближе 50 м к указанным источникам загрязнения.

Для предотвращения образования стресс-коррозионных трещин создается возможность изменения трассы газопровода, минуя опасный участок с агрессивным грунтом, выбора другой марки трубной стали, либо искусственного изменения состава грунта на опасных участках небольшой протяженности.

Все разрушения газопроводов по причине стресс-коррозии (для Æ1420 мм) имели место при рабочих напряжениях в стенке трубы на уровне 70% регламентированного предела текучести трубной стали независимо от поставщика труб. Поэтому уровень допустимых напряжений рекомендуется устанавливать не выше 65% регламентированного предела текучести трубной стали. Необходимо также ограничивать уровень напряжений, возникающий в стенке трубопровода от действия ряда технологических, монтажно-строительных и геодинамических факторов. Это остаточные напряжения в трубах после их изготовления; напряжения, возникающие от упругого изгиба участков трубопровода, от подвижек земной коры. Предлагается ограничить суммарный уровень всех дополнительных нерасчетных напряжений величиной не более 10% от регламентированного предела текучести.

Особое внимание - контролю свойств металла труб, изоляции, сварочных материалов на соответствие требованиям ГОСТов и ТУ. При балластировке должен быть исключен непосредственный прямой контакт бетонного утяжелителя типа УБО и I-УБКМ с поверхностью трубы во избежание повреждения изоляции при подвижках трубопровода. Общий уровень остаточных напряжений, вызванных монтажно-строительными, технологическими и геодинамическими факторами, в том числе применением балластировки, не должен превышать 10% регламентированного предела текучести трубной стали.

Важную роль в замедлении процессов КРН играет снижение переменной составляющей напряжения в стенке трубопровода. Пороговые напряжения заметно снижаются при частотах колебаний 10-4 и 10-6 Гц и изменении амплитуды нагрузки в пределах 1,5 - 5,0% (частота суточных колебаний давления в трубопроводе).

Применение малоперлитных сталей с карбонитритным упрочнением и контролируемой прокатки привело к повышению пределов прочности и пределов текучести металла труб. При этом отношение предела текучести к пределу прочности s 0,2 /s увеличилось с 0,6-0,7 для труб из нормализованных сталей до 0,75-0,9 для труб из сталей контролируемой прокатки. Рекомендуется ввести в ТУ на поставку труб, изготовленных из сталей контролируемой прокатки ограничение этого отношения величиной не более 0,85.

Для снижения уровня остаточных растягивающих напряжений рекомендуется при производстве труб проводить их отпуск при t = 250-3000С в течение 2 часов, а перед нанесением изоляции - дробеструйную обработку со специальными режимами с целью создания на наружной поверхности трубы слоя металла глубиной не менее 0,5 мм, в котором действуют остаточные напряжения, препятствующие зарождению трещин при КРН.

Зона термического влияния в трубных сталях колеблется в среднем от 25 до 45 мм. При проведении измерений твердости в околошовной зоне по методу Роквелла на твердомере СуперРоквелл и по методу Викерса обнаруживается «провал» значений твердости в ОШЗ на длине 25-30 мм. Это характеризует пониженную ударную вязкость данной области по сравнению с остальными. На трубной стали марки 09Г2ФБ (трубы Волжского трубного завода (ВТЗ), изготовленные по ТУ 14-3-1363-85) были проведены опыты по исправлению «провала» в околошовной зоне путем термической обработки. Сообщается, что локальная термическая обработка (ЛТО) позволила повысить в 4 раза минимальное значение ударной вязкости в околошовной зоне (с 2 до 8 кгс.м/см2), а коррозионная стойкость металла после восстановительного отжига повысилась примерно на 5%, по сравнению с исходным состоянием. Таким образом, основной причиной снижения коррозионной стойкости в околошовной зоне являются структурная неоднородность и аварийные напряжения. Они проявляются в неоднородности механических свойств и, соответственно, в способности к релаксации напряжений путем пластической деформации.

Т.к. большинство стресс-коррозионных разрушений на газопроводах Æ 1420 мм из стали Х70 происходило на расстоянии порядка 200 мм от сварного продольного шва, целесообразно отказаться от применения труб с двумя сварными швами. В процессе укладки сварной шов не следует располагать в зоне между 3-9 часами по периметру трубы. При замене корродированных труб не рекомендуется использовать трубы Харцызского завода для аварийных участков на расстоянии до 40 км от выхода КС. При ремонте труб рекомендуется использовать современные эффективные методы «залечивания»: герметизацию дефектов анаэробными герметиками, упрочнение самополимеризующимися композиционными материалами, применение сварных муфт. Анаэробные герметики, заполняя дефекты и полимеризуясь, надежно изолируют их от внешней агрессивной среды, предотвращая дальнейшее развитие дефектов по механизму стресс-коррозии.

Одно из основных условий стресс-коррозионного повреждения труб - отслоение изоляционного покрытия, образование складок и гофр при его нанесении в полевых условиях. Величину адгезии изоляционного покрытия характеризует предел прочности на сдвиг. Учитывая, что максимальная сдвиговая прочность мелкодисперсного грунта, на который укладывается трубопровод, составляет 2,5 кг/см2, адгезионную прочность покрытия при сдвиге следует установить на уровне 3,0 - 3,5 кг/см2 при максимальной температуре эксплуатации трубопровода. Необходимо отказаться от нанесения трубной изоляции в трассовых условиях, а применять трубы с изоляцией, наносимой только в заводских условиях. Для изоляции сварных стыков использовать термоусаживающиеся муфты. Желательно применять многофункциональную изоляцию, наносимую в заводских условиях из нескольких слоев или включать в ее состав ингредиенты с максимальными защитными свойствами от воздействия внешних факторов - продуктов жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий, агрессивных ионов, растворенных в воде газов.

С целью снижения вероятного образования на поверхности трубы под отслоившейся зон с опасными потенциалами, перепад защитных потенциалов «труба - земля» в начали и в конце защищаемого потенциально-опасного участка рекомендуется уменьшить не менее, чем на 40% от максимально допустимого.

Температурный фактор влияет на активность и концентрацию агрессивных ионов среды, соприкасающейся со стенкой трубы, на расширение критических пределов электродного потенциала, при которых протекает процесс коррозии под напряжением, на свойства изоляции трубопроводов. Следует ограничить температуру трубопровода при его эксплуатации, в т.ч. на участках, прилегающих к КС, величиной не выше +250С.

Для создания системы раннего предупреждения отказов на МГ по причине КРН предусматриваются следующие работы:

• разработка прогноза распространения КРН на МГ в ОАО "Газпром";
• создание "Реестра потенциально опасных по признаку КРН участков МГ ОАО "Газпром";
• оснащение камерами приема-запуска ВТД все потенциально опасные по признаку КРН участки МГ, а для участков, где это затруднено – разработка технологии применения мобильных камер приема-запуска.

В области нормативной документации к перспективным разработкам следует отнести следующие:

• методика определения потенциально опасных в отношении КРН участков газопроводов, позволяющая с достоверностью около 80% по проектной и исполнительной документации с учетом гидрологических особенностей трассы МГ прогнозировать места зарождения трещин КРН с ранжированием участков по степени опасности. Данная методика будет применяться при составлении графика пропуска ВТД, составлении ориентировочного прогноза географической распространенности КРН на Единой системе газопроводов;
• "Инструкция по обследованию и ремонту газопроводов, подверженных КРН в шурфах", содержащая методику обследования газопроводов, определения повреждений, подлежащих ремонту, методы ремонта.

На основе опыта прогнозирования опасности КРН, диагностики состояния МГ и ликвидации аварий создан ряд программ, включающих мероприятия по предупреждению КРН. В табл. 7 представлен перечень предлагаемых мероприятий, частично реализованных на практике эксплуатации потенциально-опасных стресс-коррозионных участков МГ.

Эффективность такой стратегии предупреждения аварий из-за КРН-повреждений подтверждено снижением аварийности на тех участках, где вышеуказанные мероприятия были реализованы  с помощью переиспытаний  МГ, их внутритрубных обследований снарядами-дефектоскопами и капитальных ремонтов.

Таблица 7.

Эксплуатационно-технологические мероприятия

по снижению повреждаемости действующих МГ КРН типа

near neutral pH SCC (NN SCC).