Способ определения очагов развивающейся подпленочной коррозии газопроводов

Изобретение относится к области диагностического обслуживания газопроводов. Способ определения очагов развивающейся подпленочной коррозии газопроводов включает точное определение местоположения его оси трассопоисковым комплексом, при этом расположение участка, подверженного подпленочной коррозии с водородной деполяризацией, устанавливают с помощью высокочувствительного детектора эмиссии водорода, позволяющего регистрировать превышение заранее определенного фонового значения его концентрации над этим участком на 10 и более ppm. Техническим результатом является разработка способа определения участков газопровода с подпленочной коррозией без проведения предварительного шурфования и вскрытия изоляции. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области диагностического обслуживания газопроводов.

Для оценки технического состояния газопроводов наиболее распространена внутритрубная диагностика (ВТД). Внутритрубный инспекционный снаряд проходит внутри трубы, определяет ее толщину и дефектность. С помощью ВТД можно проводить мониторинг коррозионного разрушения внешней поверхности газопровода. Однако в России на более половине из них отсутствует техническая возможность проведения ВТД. Поэтому для оценки коррозионного состояния таких участков требуется обследование в протяженных шурфах, которое, как правило, также оказывается малоэффективным и весьма затратным.

Известен способ автоматизации метода визуального и измерительного контроля поверхности трубы и устройство для его осуществления (Пат. 2571159 Российская Федерация, МПК G01N 21/88). Изобретение относится к области диагностики нефтегазопроводов и предназначено для автоматизации метода визуального и измерительного контроля поверхности труб с целью определения безопасного рабочего давления и принятия решения о необходимом виде ремонта. Способ и устройство, реализующее заявленный способ, заключаются в том, что вся поверхность труб сканируется лазерными датчиками, которые позволяют с высокой точностью измерять ее профиль и геометрические параметры. В результате формируется математическая трехмерная модель поверхности трубы, которая сохраняется в памяти ПЭВМ и используется для расшифровки параметров поверхностных дефектов и их местоположения. По результатам расшифровки выполняется прочностной расчет для оценки влияния выявленных дефектов на работоспособность трубы, определения безопасного рабочего давления и принятия решения о необходимом виде ремонта.

Недостатком данного изобретения является невозможность определения развивающейся подпленочной коррозии под слоем грунта.

В патенте (CN 108388724. Parameter optimization-based GM-Markov submarine pipeline corrosion prediction method) раскрывается метод прогнозирования коррозии подводных трубопроводов на основе оптимизации параметров марковских цепей. Метод способен корректно прогнозировать остаточный ресурс подводных трубопроводов.

Однако патент не может быть использован для выявления очагов подпленочной коррозии, так как нет теоретических данных о причинах и местах локализации подпленочной коррозии и невозможно сформировать соответствующую математическую модель.

Известен способ комплексного наземного бесконтактного технического диагностирования подземного трубопровода (Пат. 2614414 Российская Федерация, МПК F17D 5/06), заключающийся в том, что вначале определяют точное местоположение его оси с помощью трассопоискового комплекса, затем определяют местоположение нарушений изоляционного покрытия трубопровода, размещая попарно четыре медно-сульфатных электрода сравнения на грунте. Причем в продольном направлении электроды устанавливают попарно вдоль оси трубопровода на расстоянии 7 м, а в поперечном два электрода устанавливают на грунте непосредственно над осью трубопровода и два других - на расстоянии около 10 м от оси трубопровода в перпендикулярном от нее направлении. При этом, приближаясь к дефекту изоляционного покрытия, наблюдают на измерительном приборе за пульсирующими значениями градиента напряжения постоянного тока и потенциалов «труба - земля», синхронными с тактом прерывателя постоянного тока, по которым определяют местоположение эпицентра дефекта, в котором продольный градиент напряжения равен нулю, а поперечный градиент напряжения принимает максимальное значение. После этого проводят измерение сопротивления грунта вдоль подземного трубопровода, исследование его методом магнитной томографии и, в завершение, по данным наземного обследования в наиболее опасных зонах выполняют контрольное шурфование, после чего по полученным результатам определяют комплексный показатель технического состояния трубопровода р, на основе которого принимается решение об условиях его дальнейшей эксплуатации.

Данный способ предназначен для поиска нарушения изоляции трубопровода, но при определении подпленочной коррозии имеет очень низкую чувствительность, так как она происходит без нарушения сплошности изоляции. Градиенты напряжения постоянного тока и потенциалов «труба - земля» отсутствуют.

Известен способ (US 2015346159. Sensor system for corrosion monitoring), выбранный в качестве прототипа, в котором предусмотрена стационарно

установленная система мониторинга коррозии под изоляцией и проведение мониторинга этой системы. Изобретение обеспечивает достижение искомой цели волоконно-оптическим кабелем, установленным между стенками и изоляцией трубопровода, а также размещением акустических излучателей по его длине в механическом контакте с оптическим волокном. Акустические излучатели посылают импульсный акустический сигнал в сторону трубопровода, который принимается оптическим волокном. Акустический сигнал проходит через стенку трубопровода, отражается от ее внутренней поверхности и отражается в виде импульса на оптическом волокне.

Данная система имеет ряд недостатков: волоконный оптический кабель не может эксплуатироваться 30 лет, как трубопровод; система должна быть смонтирована на строящийся трубопровод; высокая относительная стоимость.

Техническим результатом изобретения является разработка способа определения участков газопровода с подпленочной коррозией без проведения предварительного шурфования и вскрытия изоляции.

Технический результат достигается предлагаемым способом, который основан на особенностях механизма коррозии трубопроводов во влажном грунте без доступа кислорода. При данном виде коррозии на катоднозащищенной трубе протекает, в основном, реакция катодного восстановления водорода. На поверхности трубы образуется объем водорода, соответствующий эквимолярному количеству растворившегося в процессе анодной реакции железа. Выделившийся в ходе катодной реакции атомарный водород образует молекулы Н₂ и в виде пузырьков без затруднений диффундирует через пленочное покрытие и грунт в атмосферу. Способ заключается в том, что сначала с помощью трассопоискового комплекса определяют точное местоположение оси газопровода, затем посредством перемещения на высоте до 0,5 м над грунтом детектора эмиссии водорода, по превышению заранее определенного фонового значения его концентрации над газопроводом, устанавливают расположение участков, подверженных коррозии под изоляционным покрытием с водородной деполяризацией. Приближение к очагу подпленочной коррозии фиксируют по изменению показаний детектора эмиссии водорода. В нем используется электрохимический датчик определения концентрации водорода с точностью измерения 10 ppm и диапазоном измерения от 5 до 10000 ppm. При выявлении участка с концентрацией водорода в воздухе над поверхностью грунта на 10 и более ppm превышающей фоновое значение, он считается потенциально опасным. При повторном измерении и подтверждении полученного повышенного значения концентрации водорода над газопроводом, в этом месте проводят контрольное шурфование для восстановления изоляции и предотвращения подпленочной коррозии.

Изменение объема выделяющегося водорода и его определение в полевых условиях для оценки места и площади поверхности трубы, подверженной подпленочной коррозии, сильно зависят от внешних условий эксплуатации трубопровода: влажности, пористости, структуры, электропроводности, минерального состава, температуры и рН грунта. Влияние каждого фактора на возможность определения очагов подпленочной коррозии различно. Так, пористость грунта не должна быть высокой, чтобы водород в своей массе двигался вертикально в сторону поверхности над трубой. рН грунта влияет на особенности подпленочной коррозии с выделением водорода, что возможно для стальных труб только в кислых и нейтральных растворах (рН должна быть меньше 7). Грунт должен иметь электропроводность не менее 0,05 См/м для возможности протекания коррозионных процессов. Минерализацию необходимо учитывать при оценке вероятности подпленочной коррозии. При этом ее значение не должно быть ниже 10 мг/дм³ растворенных в воде солей. На возможность определения очагов подпленочной коррозии оказывает влияние также температура грунта (при отрицательной температуре водород может не выходить наружу, а скапливаться в полостях вдоль трубопровода), наличие электрохимической (катодной) защиты, при наличии которой водород может выделяться в излишне больших количествах и влиять на точность определения местоположения очагов.

Изобретение может быть использовано в трубопроводном транспорте и строительной индустрии, а также других отраслях промышленности, где необходим мониторинг корродирующих участков подземных металлических конструкций без их предварительного вскрытия.

1. Способ определения очагов развивающейся подпленочной коррозии газопроводов, отличающийся тем, что после определения точного местоположения его оси трассопоисковым комплексом расположение участка, подверженного подпленочной коррозии с водородной деполяризацией, устанавливают с помощью детектора эмиссии водорода, позволяющего регистрировать превышение заранее определенного фонового значения его концентрации над этим участком на 10 и более ppm.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение очагов развивающейся подпленочной коррозии производят под слоем грунта со следующими характеристиками: температура - выше 0°С, рН - меньше 7, электропроводность - не менее 0,05 См/м, минерализация - не менее 10 мг/дм³ растворенных в воде солей.