Скачати 194.09 Kb.

Аналіз причин виникнення і розвитку стрес-корозійних дефектів в процесі тривалої експлуатації підземних трубопроводів




Дата конвертації15.06.2017
Розмір194.09 Kb.
Типдипломна робота

Скачати 194.09 Kb.

Результати проведених експериментальних дослідженні? і комплексних корозійних обстеженні? деї? ствующих нафто- і газопроводів вперше дозволяють прогнозувати розвиток корозійних виразок і стрес-корозійних тріщин. Деї? Ствительно, експериментально встановлено, що коли j к.з./j ін? 10, на КЗП відбувається посадка адатомів водню, які, проникаючи в структуру напружено-деформірованноі? трубноі? стали, Молізе в мікропорожнечі поблизу КЗП і, за рахунок наростаючого тиску молекулярного водню, ініціюють процес корозійного розтріскування під напругою. При режимі катодноі? захисту, коли j к.з./j ін <1 або коли кошти ЕХЗ простоюють (jк.з. = 0), швидкість корозії сталі? трубного сортаменту в грунтах з рН 5,5-7,5 істотно перевищує допустиму швидкість корозії підземних сталевих трубопроводів і знаходиться практично в прямоу? пропорціональноі? Залежно від умови? доставки кисню до корродірующеі? поверхні. У зв'язку з цим, при виборі потенціалів катодноі? захисту напружено-деформованих підземних сталевих трубопроводів слід, крім вимірювання величини захисного потенціалу, регламентованого ГОСТ 51164-98, додатково визначати j к.з. і зіставляти її з j пр в реальних умовах прокладки трубопроводів. Це дозволить кількісно вимірювати неприпустимо високу залишкову швидкість корозії підземного трубопроводу при недозащіте, коли щільність струму катодноі? захисту не досягає значення? щільності граничного струму по кисню і неприпустимо високий ступінь електроліті- чеського наводороживания стінки трубопроводу при перезащіте, коли щільність струму катодноі? захисту в десять і більше разів перевищує щільність граничного струму по кисню.

5. ЗАПРОПОНОВАНИЙ КРИТЕРІЙ катодного захисту трубопроводів виключає виділення водню і наводороживания

На малюнку 18 представлені потенціостатичні катодні поляризаційні криві, зняті на робочому електроді з трубноі? стали 17Г1С в торф'яному грунті з вологістю 180%. Аналіз ходу кривих свідчить про те, що при зростанні потенціалу катодноі? захисту від потенціалу корозії ц кор = -0,52 В по м.с.е. до величини захисного потенціалу ц защ = -0,67 В по м.с.е. (при зростанні критерію j к.з./j ін від 0 до 1,0), на защіщаемоі? поверхні протікають два процеси: електровідновлення кисню і корозія сталевого зразка, причому швидкість первои? реакції відповідно зростає, второи? - зменшується.

При досягненні потенціалу катодноі? захисту - 0,67 В за м.с.е. величина захисного струму стабілізується і залишається практично постояннои ?, незважаючи на збільшення захисного потенціалу до -0,85 В по м.с.е. В області цих захисних потенціалів щільність захисного струму досягає значення? граничного струму кисню, коли концентрація кисню на поверхні потенціостатіру емого сталевого катода в грунті дорівнює нулю.

Малюнок 18 - катодні поляризаційні криві сталевого робочого електрода (сталь 17ГС) в торф'яному грунті при польном його вологонасичення

У діапазоні від середнього потенціалу корозії трубноі? стали - 0,55В по м.с.е. до максимально допустимого поляризаційного потенціалу катодноі? захисту - 1,1В по м.с.е. існує кілька стані? грунтовоі? коррозіонноі? середовища трубноі? стали [7-9]. Інтервал від - 0,5 В до - 0,6 по м.с.е. відповідає початку процесу катодноі? захисту, що забезпечує придушення корозії трубопроводу до 40-60%, що узгоджується з ходом експериментальних залежностей ?, представлених на малюнку 18. Інтервал від - 0,8 до - 0,85В по м.с.е., коли величина струму катодноі? захисту досягає граничного по кисню, знижує небезпеку стрес-корозії і дозволяє підняти загальний ступінь захисту до 80%. У вузькому діапазоні потенціалів катодноі? захисту від - 0,86 до - 0,9В по м.с.е., коли на защіщаемоі? поверхні весь адсорбірованниі? кисень «зв'язується» за рахунок електронів, що надходять від джерела катодноі? захисту і коли потенціал катодноі? захисту ще не досяг потенціалу виділення водню, існують ідеальні умови катодноі? захисту, що забезпечують гальмування корозійного процесу трубопроводу, як свідчать результати проведеного експерименту, не менше, ніж на 90%. Подальші? Шиї збільшення потенціалу катодноі? захисту до значенні ?, коли спостерігається різке збільшення струму катодноі? захисту за рахунок електровідновлення молекул води, сприяє появі небезпеки стрес-корозії за рахунок утворення вільних іонів водню. Деї? Ствительно, коли потенціал катодноі? захисту не досягає значення? потенціалу катодного розкладання води, величина щільності граничного струму по кисню обумовлена ​​максимально возможноі? швидкістю дифузії відновлюваного на защіщаемоі? поверхні кисню.

При збільшенні потенціалу катодноі? захисту отрицательнее - 0,85В по м.с. е. (за умови, коли j к.з./j ін? 10), спостерігається різке збільшення захисного струму, що пов'язано з початком протікання реакції катодного розкладання води з посадкоі? на защіщаемоі? поверхні H АДС, наводорожівающіх структуру стали, що підтверджується висновками робіт. При цьому спостерігається незначітельниі? приріст захисного ефекту, менш 10-12%. Незначні приріст захисного ефекту пов'язаний з тим, що потенціал катодноі? захисту досяг потенціалу розкладання води, і на тлі різкого зростання щільності захисного струму на защіщаемоі? поверхні йде спільне електровідновлення кисню: O2 + 2H2O + 4e> 4OH- (менше 20%) і розкладання води:

Результати корозійних випробуванні? свідчать про те, що перебіг второи? реакції не впливає на придушення корозійного процесу і на збільшення захисного ефекту, незважаючи на существенниі? зростання захисного струму (малюнки 19 і 20).

Збільшення захисного струму може бути пов'язано і з відновленням містяться в грунтовому електроліті вільних іонів водню.

Вільні іони водню на защіщаемоі? поверхні можуть утворюватися під впливом поля катодноі? захисту за рахунок розкладання різних хімічних з'єднанні ?, що містяться в грунтовому електроліті по реакціях:

Малюнок 19 - Розподіл щільності струму катодного захисту і величини катодного поляризації по колу трубопроводу Ду 1220 мм;

Малюнок 20 - Залежність величини катодного поляризації від співвідношення j к.з. / j пр

Валентно-ненасичені частки (радикали), що утворилися по реакціях (12) мають повишенноі? реакціонноі? здатністю. Крім того, сам по собі ток катодноі? захисту поводиться як сильно? шії? окислювач (на анодном заземлении) і сильно? шії? відновник на КЗП трубопроводу, більш сільниі ?, ніж, наприклад, перекис водню. Утворилися іони водню, володіючи большои? рухливістю, відновлюються (відбувається звільнення протонів від сольватних зв'язку? і приєднання до КЗП з одновременноі? їх електронні? централізації?) H ++ e> H АДС і частічноі? последующе? рекомбінації ?: Н АДС + Н АДС> Н 2 на КЗП, в дефектах структури трубноі? стали, на внутрішньому? поверхні труби. Присутність в грунтовому електроліті, що контактують з оголенноі? стенкоі? трубопроводу навіть в невеликих кількостях H 2 S і CO 2 призводить до гальмування процесу виділення молекулярного водню [24]. Ці елементи затримують рекомбінацію адатомів водню, збільшують час перебування H АДС на КЗП і, таким чином, сприяють збільшенню кількості водню, которії? може проникнути в приповерхневих зону стінки захищатися трубопроводу, коли j к.з./j ін >> 10.

Можна вважати, що в різних дефектах ізоляційного покриття трубопроводів великого діаметру, 1020-1420 мм, незважаючи на різні умови доставки кисню і різну початкову швидкість корозії, величина безрозмірного критерію jк.з. / jпр при незмінному режимі катодноі? захисту залишається постояннои ?. Для дослідження розподілу щільності струму катодноі? захисту по колу трубопроводу великого діаметра, Ду 1220 мм, була використана видозмінена методика Л.І. Каданер [25-26]. Дослідження були проведені на спеціально обладнаному полігоні на зразках з трубноі? стали, рівномірно (через 45 °) розподілених по колу труби діаметром 1220 мм. За допомогою загального амперметра вимірювали спільні? струм в ланцюзі всіх зразків. За допомогою окремих амперметрів з малим вхідним опором визначали ток катодноі? захисту на кожному окремому зразку. Для усунення спотворенні ?, внесених вимірювальним приладом, вимірювальна схема була зібрана з урахуванням удосконалення ?. У практиці катодноі? захисту трубопроводів картина розподілу струму катодноі? захисту як по колу, так і по довжині необхідна для того, щоб визначити, чи не буде на окремих ділянках щільність струму катодноі? захисту занижена, коли залишкова швидкість корозії буде перевищувати гранично-допустиме значення або, навпаки, завищена, коли на защіщаемоі? поверхні буде йти інтенсивна посадка адатомів водню. Це особливо важливо для магістральних газонафтопроводів, які перебувають у скрутному напружено-деформований стан, коли недозащіта призводить до інтенсивного корозійного зносу, а перезахист до інтенсивного наводороживания стінки трубопроводу, з подальшим растрескиванием.

На малюнку 21 представлена ​​картина розподілу максімальноі? глибини проникнення корозії на зразках трубноі? стали 17ГС по колу трубопроводу Ду 1220 мм без катодноі? захисту і під катодноі? защітоі? в глинистому і торф'яному грунті, а також щільності струму катодноі? захисту. Аналіз експериментальних результатів, представлені на малюнку 21 свідчить про наявність ефекту саморегулювання катодноі? захисту: полегшується доставка кисню - збільшується швидкість корозії трубноі? стали без катодноі? захисту [28].

Малюнок 21 - Розподіл максимальної глибини проникнення корозії по колу трубопроводу Ду 1220 мм без катодного захисту; швидкості корозії при катодного поляризації 0,25 В і розподіл щільності струму катодного захисту в глинистому ґрунті (тривалість корозійних випробувань 1 рік)

При включенні струму катодноі? захисту максимальна щільність струму катодноі? захисту (при заданою? величині захисного потенціалу) спостерігається в тих дефектах, доставка кисню до яких найбільш полегшена і де спостерігалася максимальна швидкість корозії стали в відсутність катодноі? захисту. При включенні струму катодноі? захисту коррозіонниі? процес пригнічується практично до постояннои? остаточноі? швидкості корозії, незалежно від місця розташування дефекту ізоляції: у верхньому? образующіейся ?, де швидкість корозії під час відсутності катодноі? захисту максимальна, і у ¿нижній? образующіейся ?, де швидкість корозії під час відсутності катодноі? захисту мінімальна.

При підключенні катодноі? захисту в дефектах з максімальноі? швидкістю корозії спостерігається максімальниі? ток катодноі? захисту, которії? її пригнічує практично до тих же значенні ?, що і мінімальниі? ток катодноі? захисту (у ¿нижній? образующіейся? трубопроводу), де спостерігається мінімальна швидкість корозії. Аналіз результатів корозійних дослідженні? ефективності електрохіміческоі? захисту магістральних трубопроводів в по лівих умовах в різних грунтово-кліматичних регіонах країни, наведених в роботі, підтверджує що спостерігається явище ефекту саморегулювання катодноі? захисту.

Коли щільність струму катодноі? захисту досягає значенні? граничного струму кисню, катодний захист «пригнічує» протягом корозійного процесу робочих зразків з трубної сталі? ферритно-перлітного класу до значенні ?, що не перевищують 0,007 ± 0,004 мм / рік незалежно від умови? доставки кисню, як у верхньому? образующіейся? трубопроводу, де доставка кисню до корродірующеі? поверхні найбільш полегшена і спостерігається максимальна швидкість корозії під час відсутності катодноі? захисту, так і у ¿нижній? образующіейся ?, де доставка кисню найбільш складним і швидкість корозії трубноі? стали за відсутності катодноі? захисту мінімальна. Подальші? Шиї збільшення щільності струму катодноі? захисту в області протікання реакції катодного розкладання води з посадкоі? на КЗП зразків з трубної сталі? адатомів водню до помітного зменшення швидкості корозії практично не призводить, що підтверджують експериментальні результати, представлені на малюнку 22.

Малюнок 22 - Співвідношення j к.з. / j пр і залишкової швидкістю корозії стали 17ГС при різних величинах катодного поляризації в 0,05% -му розчині NaCl - A.

Аналіз експериментальних результатів, представлених на малюнку 23, вказує на те, що після досягнення щільності струму катодноі? захисту значенні? щільності граничного струму по кисню в області значенні? катодноі? поляризації, равноі? 250 мВ, надалі? Шиї збільшення величини катодноі? поляризації практично не призводить до помітного придушення корозійного процесу.

Малюнок 23 - Залежність щільності струму катодного захисту і залишкової швидкості корозії від величини катодного поляризації в 0,05% -му розчині NaCl - Б

При подальшому? Шем збільшенні величини катодноі? поляризації, при досягненні щільності струму катодноі? захисту величини значенні? щільності граничного струму по кисню і його перевищенні в 3 - 5 разів, на КЗП превалірующеі? стає реакція виділення водню, що призводить до різкого зниження к.к.д. катодноі? захисту. Прямим підтвердженням сказаного є експериментальні результати, представлені на малюнку 24.

Малюнок 24 - Співвідношення витрат електричної енергії на придушення корозійного процесу трубопроводу і на наводороживание стінки труби при різних режимах катодного захисту

Деї? Ствительно, при щільності струму катодноі? захисту, равноі? щільності граничного струму виділення кисню, витрата струму катодноі? захисту власне на придушення корозійного процесу досягає практично 99% і вже при п'ятикратному її перевищенні над щільністю граничного струму кисню витрата струму катодноі? захисту власне на придушення корозійного процесу знижується до 20%, отже, інші 80% струму катодноі? захисту витрачаються на електролітичне виділення водню на КЗП. Вибір оптимального режиму катодноі? захисту трубопроводів повинен забезпечити мінімальні витрати на експлуатацію лінеі? ної? частини трубопроводів і підземних комунікації? нафтоперекачувальних і компресорні станції ?. Важливо? Шим фактором, що визначає економічність електрохіміческоі? захисту підземних трубопроводів є щільність струму катодноі? захисту.

Досить надійним критерієм, що визначає економічність електрохіміческоі? захисту підземних трубопроводів, є співвідношення j защ / j пр: коли j защ / j пр <1, на КЗП утворюються корозійні дефекти (недозащіта); коли j защ / j пр> 7 - 10 і більше - на КЗП утворюються дефекти КРН (перезахист).

Було встановлено, що максимальна глибина проникнення корозії на зразках з трубноі? стали До кор знаходиться в пропорціональноі? Залежно від щільності граничного струму кисню, ізмеренноі? в товщі грунту на рівні укладання зразків:

До кор = А jпр + В .......................................... (13)

Пряма, в залежності від внутрішніх напрузі? в зразку, відсікає від осі ординат відрізки: B = (0,01 ... 0,015), що свідчить про те, що під час відсутності кисню швидкість корозії трубноі? стали, обумовлена ​​деї? ствием інших деполяризатором, в досліджуваних грунтах Центральноі? частини Западноі? Сибіру не перевищує До кор? 0,01 ... 0,015 мм / рік. Зіставлення щільності струму корозії в виразках з максімальноі? глубіноі? з щільністю граничного струму по кисню свідчить про те, що щільність струму корозії на зразках при відсутність внутрішніх напрузі? становить: = 0,37j ін; при внутрішньому напрузі, рівному 0,6у0,2 - відповідно = 0,5125j ін; при внутрішньому напрузі 0,95у 0,2 = 0,775j ін. Тобто у міру збільшення внутрішніх напрузі? максимальна щільність струму корозії наближається до щільності граничного струму по кисню, але не перевищує її.

Таблиця 5 - Зміна коефіцієнтів А і В при зростанні напруги в сталевих зразках зі сталі 17ГС

коефіцієнти

Внутрішні механічні напруги в сталевому зразку

0

0,6у 0,2

0,95у 0,2

А

0,18

0,36

0,58

В

0,01

0,013

0,015

Розрахунок режимів катодноі? захисту в залежності від максимально возможноі? в даних умовах щільності струму корозії, определяемоі? щільністю граничного струму по кисню, ізмеряемоі? на рівні укладання підземного сталевого трубопроводу, представлений в таблиці 6.

Таблиця 6 - Щільність струму катодного захисту для стали в різних середовищах

Для придушення корозійного процесу підземних сталевих трубопроводів до значенні ?, що не перевищують 0,01 мм / рік, необхідно, щоб відношення щільності струму катодноі? захисту до щільності граничного струму по кисню становило 2,3. Деї? Ствительно, 0,01 = 0,1 / ej к.з./j пр, звідси j к.з./j пр = 2,3. При щільності граничного струму по кисню 0,1 А / м 2 необхідна щільність струму катодноі? захисту, переважна швидкість корозії трубопроводу від 0,1 мм / рік до 0,01 мм / рік, повинна бути 0,23 А / м 2. При етоі? щільності струму катодноі? захисту практично виключено електролітичне наводороживание стінки підземного сталевого трубопроводу. Результати експериментальних дослідженні? свідчать про те, що у всіх досліджених грунтах майданчик граничного струму по кисню реалізується при зміщенні потенціалу корозії в катодний область на 200-250 мВ.

Малюнок 25 - Експериментальна залежність величини катодного поляризації dф від співвідношення j к.з. / j пр

Експериментальні дослідження, проведені в лабораторних і польових умовах, свідчать про те, що в глинистих і торф'яних ґрунтах величина катодноі? поляризації, в залежності від значення безрозмірного критерію К к.з. = j защ / j пр, досить надійно описується рівнянням концентраціонноі? поляризації в наступному вигляді:

При цьому слід підкреслити, що в грунтах, на відміну від електролітів з свободноі? конвекції ?, між велічіноі? катодноі? поляризації до 0,35В і ставленням j защ / j пр існує лінеі? ва залежність, що підтверджується також і результатами лабораторних експериментальних дослідженні? представлених на малюнку 25.

Розраховані за рівнянням (14), при коефіцієнті пропорційності, що дорівнює 0,059В, значення катодноі? поляризації при рекомендованих відносинах щільності струму катодноі? захисту до щільності граничного струму по кіcлороду свідчать про те, що величина катодноі? поляризації не перевищує 250-300 мВ, коли щільність струму катодноі? захисту перевищує щільність граничного струму по кисню в 3-5 разів. Як видно з таблиці 7, розраховані і експериментальні величини катодноі? поляризації досить близькі один одному, що підтверджує природу катодноі? поляризації, визванноі? дифузійними обмеженнями доставки електрохімічних активних компонентів грунтового електроліту (переважно кисню) до поверхні потенціостатіруемих катодів (наскрізних дефектів ізоляції), що знаходяться на трубопроводі в різних умовах доставки кисню. Коли безразмерниі? критерії? (До к.з. = J к.з./j ін) досягає значення? 8-10, лінеі? Ва залежність (14) порушується, так як на КЗП починає інтенсивно протікати наступна електродний реакція - реакція виділення водню, не пов'язана з придушенням корозійного процесу. Значення коефіцієнта пропорційності в рівнянні (14), визначене на основі експериментальних результатів, склало 0,0593 В. Полученниі? результат свідчить про те, що відносна похибка між експериментальним і теоретичним значенням не перевищує 1,0%.

Таблиця 7 - Значення величини катодного поляризації при різних співвідношеннях між щільністю струму катодного захисту і щільністю граничного струму по кисню.

Коли щільність струму катодноі? захисту перевищує щільність граничного струму по кисню в 3 - 5 разів, величина катодноі? поляризації складає 0,2 - 0,3В. У цьому випадку, як було показано вище, концентрація кисню на защіщаемоі? поверхні дорівнює нулю і катодний захист пригнічує протягом корозійного процесу до значення? остаточноі? швидкості корозії, що не превишающеі? 0,005 - 0,008 мм / рік. З другоі? боку, при цих значеннях катодноі? поляризації, як і при відповідних їм співвідношеннях між щільністю струму катодноі? захисту і щільністю граничного струму по кисню, на КЗП не відбувається помітного виділення водню. Отримана сукупність експериментальних результатів дозволяє рекомендувати критерії? Кк.з. = jк.з. / jпр для практіческоі? реалізації, позволяюща? кількісно кон- троліровать освіту корозійних дефектів, коли jк.з. / jпр <1, і інтенсивність електролітичного наводороживания трубної сталі ?, коли jк.з. / jпр> 7 ... 10.

Зіставляючи необхідну щільність струму катодноі? захисту для придушення швидкості корозії трубноі? стали до значенні ?, що не перевищують 0,007 мм / рік, з максімальнот возможноі? щільністю корозійного струму (щільністю граничного струму по кисню), ми бачимо, що чим більша щільність корозійного струму в відсутності катодноі? захисту, тим більша щільність струму катодноі? захисту потрібно для її придушення.

Таблиця 8 - Рекомендовані значення безрозмірного критерію катодного захисту, при яких залишкова швидкість корозії трубних сталей не перевищує 0,007 мм / рік

Щільність граничного струму по кисню, виміряна в товщі грунту, А / м2

Величина безрозмірного критерію j защ / j пр

Необхідна щільність струму катодного захисту, А / м 2

Величина захисного ефекту,%

Коефіцієнт корисного використання струму катодного захисту,%

0,03

1,5

0,045

76,67

66,7

0,05

2

0,1

86,0

50,0

0,08

2,5

0,2

87,5

40,0

0,1

2,7

0,27

90,0

37,0

0,15

3,1

0,47

91,2

32,0

0,2

3,4

0,68

96,5

29,4

0,3

3,8

1,14

97,7

26,3

0,5

4,2

2,15

98,6

23,2

0,6

4,4

2,64

98,83

22,7

Отримані дані свідчать про те, що в умовах корозії трубних сталей? з кіслородноі? Деполяризація? для надійного придушення корозійного процесу, коли залишкова швидкість корозії не перевищує 0,007 мм / рік, необхідно, щоб щільність струму катодноі? захисту перевищувала щільність граничного струму по кисню, в залежності від начальноі? швидкості корозії трубноі? стали в відсутності катодноі? захисту, в 1,5 - 3 рази.

Результати теоретичних і експериментальних дослідженні ?, наведених у таблиці 8, свідчать про те, що в міру зростання начальноі? швидкості корозії зразків з трубноі? стали від 0,03 мм / рік до 0,6 мм / рік, для надійного придушення корозії (до значення? остаточноі? швидкості корозії, що не переви- шує? 0,007 мм / рік) необхідно збільшувати щільність струму катодноі? захисту від 0,045 А / м 2 до 2,64 А / м 2 при одночасному збільшенні захисного ефекту від 76,67% до 98,83%. У міру збільшення захисного ефекту коефіцієнт корисної викорис тання струму катодноі? захисту знижується від 66,7% до 22,7%, що свідчить про початок виділення водню на КЗП. Як було показано вище, надалі? Шиї збільшення щільності струму катодноі? захисту практично марно, тому що не призводить до подальшого? шему зменшення швидкості корозії (менш 0,007 мм / рік), але призводить до збільшення ступеня заповнення КЗП адатома водню H АДС. У зв'язку з цим, на основі отриманих експериментальних результатів, до застосування на практиці можуть бути рекомендовані режими катодноі? захисту підземних сталевих трубопроводів, з одной? боку переважна протягом корозійних процесів до значення ?, що не перевищують 0,007 мм / рік незалежно від начальноі? швидкості корозії, з другоі? - практично виключають електролітичне наводороживание пріповерхностноі? зони стінки підземних трубопроводів в процесі їх длітельноі? експлуатації при транспорті нафти і газу.

5.1 Апаратно-программниі? комплекс для визначення щільності граничного струму по кисню і щільності струму катодноі? захисту на трубопроводах при транспорті нафти і газу

На основі виконаних експериментальних і теоретичних дослідженні? розроблений апаратно-программниі? комплекс «Магістраль» [10].

Апаратно-программниі? комплекс «Магістраль» дозволяє в трасових умовах кількісно визначати швидкість остаточноі? корозії і ступінь наводороживания стінки труби при різних потенціалах катодноі? захисту підземних сталевих трубопроводів. Прилад містить корозійно-ізмерітельниі? зонд і ізмерітельниі? модуль. Ізмерітельниі? модуль містить матрічниі? дисплеї ?, трехкнопочниі? Інтерфом? с, кабель для підключення до сенсора. Прилад дозволяє проводити вимірювання, зберігання в пам'яті і перевантаження в базовиі? комп'ютер наступних даних:

* Щільність граничного струму по кисню в товщі грунту, А / м 2;

* Максимально можливу швидкість корозії трубопроводу в конкретних умовах прокладки під час відсутності катодноі? захисту, мм / рік;

* Щільність струму катодноі? захисту, А / м 2;

* Залишкову швидкість корозії трубопроводу при различ- них потенціалах катодноі? захисту, мм / рік;

* Інтенсивність електролітичного наводороживания стінки трубопроводу при заданому режимі катодноі? захисту, см3 / 100г.

Малюнок 26 - Апаратно-програмний комплекс «Магістраль»

Вимірювання і розрахунок даних проводиться в автоматичному режимі, що полегшує експлуатацію приладу в трасових умовах і виключає можливість суб'єктивних помилок. Для визначення щільності граничного струму по кисню і щільності струму катодноі? захисту зонд встановлюють над трубопроводом, занурюють на необхідну глибину в грунт до верхнього? образующіейся? підземного трубопроводу і підключають до вимірювального блоку. За відсутності струму поляризації прилад реєструє різницю стаціонарних потенціалів робочого і допоміжного електродів. При пропущенні струму катодноі? поляризації потенціал допоміжного електрода практично залишається постійним через мізерно мало? щільності струму на ньому (його поверхня в 105 разів перевершує площу робочого електрода) і зміна різниці потенціалів між електродами відбувається практично тільки за рахунок поляризації робочого електрода, виготовленого з трубноі? стали 17ГС.

При катодноі? поляризації робочого електрода знімається полярограмма кисню, висота котороі? залежить від фізико-хімічних свої? ств грунту в данноі? точці підземного сталевого трубопроводу і характеризує величину корозійного струму в виразках, що мають максимальну глибину. Тут слід зазначити, що спеціально проведені дослідження [17] показали, що щільність струму корозії в виразках з максімальноі? глубіноі? як у високо- омних грунтах, коли макрокоррозіонние пари діфференціальноі? аерації не роблять практичного впливу на максимальну глибину проникнення корозії до ділянок трубопроводу, доставка кисню до яких найбільш полегшена, так і в низькоомних, де за рахунок струмів діфференціальноі? аерації відбувається деяке (до 40%) перерозподіл втрат маси від катодних ділянок до анодним, ніколи на перевищує щільність граничного струму по кисню.

В процесі подальшого? Шиї? роботи не обов'язково каждиі? раз знімати катодний полярограмму відновлення кисню на робочому електроді. Досить потенціалу робочого електрода зонда задати величину катодноі? поляризації, відповідну середині майданчика граничного струму виділення кисню? ц = 0,2 ... 0,25В і зафіксувати значення граничного струму відновлення кисню після його встановлення в часі (в товщі грунту протягом 3-х хв.). Потім, корозійно-ізмерітельниі? зонд відключають від вимірювального блоку, рабочии? електрод зонда підключають до катодноі? захисту підземного трубопроводу і порівнюють величину струму катодноі? захисту на робочому електроді зонда, діаметр якого обраний так, щоб повністю змоделювати умови дифузії кисню до найбільш корозійно-небезпечного «критичного» дефекту ізоляційного покриття трубопроводу, з граничним струмом по кисню, визначеним раніше за допомогою комплексу «Магістраль».

6. Розрахункова частина

6.1 Розрахунок коефіцієнта корисного використання струму катодноі? захисту

В процесі промишленноі? апробації апаратно-програмного комплексу «Магістраль» корозійних випробувань піддавали дві партії короткозамкнутих зразків, виготовлених з трубноі? стали 17ГС. В обох партіях було набрано по вісім зразків. Зразки поміщали в песчаноторфяноі? грунт з вологістю, блізкоі? до його повного вологонасичення. Щільність граничного струму по кисню у верхніх? образующіейся? трубопроводу становила 5,2 мкA / см2. Потім всю партію короткозамкнутих зразків розташували по колу трубопроводу Ду 1220 мм на рівній відстані один від одного і підключили до катодноі? захисту трубопроводу. Другу партію короткозамкнутих зразків також розташували по колу трубопроводу Ду 1220 мм на рівній відстані один від одного, але до катодноі? захисту трубопроводу не підключали. Режим катодноі? захисту первои? партії зразків за допомогою підключеного зонда вибирали таким чином, щоб щільність струму катодноі? захисту на робочому електроді дорівнювала щільності граничного струму по кисню. Ця умова реалізується при потенціалі катодноі? захисту - 0,75 В за м.с.е. Зразки піддавали корозійних випробувань протягом 240 год. Після корозійних випробуванні? зразки витягували з грунту і ваговим методом визначали їх швидкість корозії. Зразки зважували на аналітичних вагах WA-31 з точністю до 0,1 мг. Залишкова швидкість корозії зразків, що знаходяться під катодноі? защітоі ?, склала 0,0063 ± 0,0011 г / м 2 годину, що відповідає щільності корозійного струму, равноі? 0,6 мкА / см 2. У вільних зразків, непідключених до катодноі? захисту, швидкість корозії склала 0,043 ± 0,009 г / м 2 годину, що відповідає щільності корозійного струму 4,0 мкА / см 2.

Потім з первои? Партія? короткозамкнутих зразків на цій же ділянці траси, в цьому ж грунті повторили корозійні випробування за умови вистачае? катодноі? захисту. На зразках, які перебувають під катодноі? защітоі ?, ток катодноі? захисту встановили рівним половині граничного струму по кисню на робочому електроді зонда. При цьому, за рахунок ефекту саморегулювання струму катодноі? захисту, щільність струму катодноі? захисту на випробовуваних зразках встановлювалася також равноі? половині граничного струму по кисню, що контролювали за допомогою цифрового миллиамперметра, що включається по черзі в ланцюг кожного короткозамкнутого зразка. Режим катодноі? захисту, коли щільність струму катодноі? захисту на зразках дорівнювала половині щільності граничного струму по кисню, був реалізований при потенціалі катодноі? захисту мінус 0,63В по м.с.е. Корозійні випробування, так само як і в першому випадку, вели протягом 240 годин. Потім зразки витягували з грунту і визначали залишкову швидкість корозії по тої? ж методикою, що і в первинній? серії корозійних випробуванні ?. В цьому випадку спостерігали більш значітельниі? розкид експериментальних результатів. Залишкова швидкість корозії зразків склала 0,0131 ± 0,061 г / м 2 · год, що відповідає щільності корозійного струму 1,3 мкА / см 2. Залишкова швидкість корозії на тлі збільшився розкиду експериментальних результатів пропорційно збільшилася також в два рази. Тобто, величину захисного струму в порівнянні з граничним по кисню зменшили в два рази, відповідно залишкова швидкість корозії зросла в два рази. Ступінь катодноі? захисту в даному випадку становить: Z = (4,0-1,3) / 4,0 = 0,675 (розрахована по убутку маси зразків); Z = (5,2-2,6) / 5,2 = 0,5 (розрахована за пропонованим способом).

Зіставлення результатів за ступенем катодноі? захисту зразків з трубноі? стали показує задовільну збіжність. Однак у пропонованого способу є дуже істотна перевага: ступінь захищеності сталевих зразків від почвенноі? корозії ми знали одразу ж після завдання режиму катодноі? захисту. Таку інформацію не може дати жоден з існуючих в даний час в нашеи? країні і за кордоном способів визначення ефективності катодноі? захисту підземних сталевих трубопроводів.

З етоі? ж партії? зразків в цьому ж грунті реалізували перезахисту. Режим катодноі? захисту зразків посилювали до тих пір, поки щільність струму катодноі? захисту на робочому електроді зонда не перевищить щільність граничного струму по кисню в сім разів. Ця ситуація реалізується при потенціалі катодноі? захисту - 1,25 В за м.с.е. Після закінчення 240 годину зразки витягували з грунту і визначали залишкову швидкість корозії. В цьому випадку залишкова швидкість корозії склала 0,0057 ± 0,0018 г / м 2 годину, що відповідає щільності корозійного струму 0,56 мкА. Наочно видно, що залишкова швидкість корозії в цьому випадку перезахисту залишилася практично тої? ж, що і в разі, коли щільність струму катодноі? захисту дорівнювала щільності граничного струму по кисню. Але при цьому режимі величина захисного струму в сім разів більше граничного по кисню, тобто досягнуто зневажливо мале збільшення ступеня катодноі? захисту, а електроенергії витратили в сім разів більше. В цьому випадку визначаємо коефіцієнт корисного використання струму катодноі? захисту:

Розбіжність результатів розрахованих коефіцієнтів корисного використання струму катодноі? захисту по убутку маси зразків і по ізмеренноі? щільності струму катодноі? захисту і щільності граничного струму по кисню пов'язане з похибкою визначення остаточноі? швидкості корозії, так як спад маси зразків за час корозійних випробуванні? практично збігалася з зменшенням маси зразків в процесі підготовки зразків до зважування після корозійних випробуванні ?.

Аналіз режиму катодноі? захисту проведемо на основі коефіцієнта корисного використання струму катодноі? захисту на основі зіставлення граничного струму по кисню і щільності струму катодноі? захисту, которії? для даного випадку перезахисту виявився рівним 20%. Полученниі? результат показує, що 80% в електричну? енергії витрачені даремно. Ця енергія була витрачена на протікання катодного розкладання води з посадкоі? адатомів Н АДС на защіщаемоі? поверхні.Про це нам було відомо відразу ж після завдання режиму катодноі? захисту. Таким чином, використовуючи предлагаемиі? спосіб, цю обставину можна і необхідно враховувати вже на стадії налагодження і настрої? ки режимів катодноі? захисту підземних сталевих трубопроводів.

6.2 Розрахунок катодного захисту трубопроводу

Основним розрахунковим параметром є середня щільність захисного струму j ср - відношення сили струму катодного станції J до сумарної зовнішньої поверхні трубопроводів, що захищаються даної станцією.

Якщо проектовані трубопроводи будуть мати з'єднання з діючими спорудами, обладнаними установками ЕХЗ, необхідно розрахунковим шляхом перевірити можливість захисту трубопроводів, які проектуються діючими установками ЕХЗ.

Вихідними даними для розрахунку катодного захисту трубопроводів, які проектуються є їх параметри і середній питомий опір грунту на території уздовж трас трубопроводів, які проектуються.

Площа поверхні S Г2) всіх газопроводів, які електрично контактують між собою за рахунок технологічних з'єднань або спеціальних перемичок, визначають за формулою:

, (16)

де d - діаметр (мм);

I - довжина (м) ділянки газопроводу, що має діаметр d iг;

n - загальне число відповідних ділянок газопроводу.

Площа поверхні всіх водопроводів S в2), які електрично контактують між собою за рахунок технологічних з'єднань або спеціальних перемичок, визначають за формулою:

, (17)

де d iB - діаметр (мм);

I iB - довжина (м) ділянки водопроводу, що має діаметр d iв;

m - загальне число відповідних ділянок водопроводу.

Сумарна площа поверхні S (м 2) всіх електрично пов'язаних газопроводів і водопроводів дорівнює:

S = S г + S в, (18)

Середнє питомий опір грунту r (Ом · м) вздовж трас трубопроводів, які проектуються визначається за формулою:

, (19)

де: r і r - середні питомі опору грунту (Ом · м) уздовж довжини відповідно I - кожного i-го ділянки газопроводу і I - кожного i-го ділянки водопроводу;

L г і L в - сумарні довжини газопроводів і водопроводів на даній території.

Обчислюється частка (%) площі поверхні газопроводів а г і водопроводів а в в сумарній площі їх поверхонь:

а г = (S г / S) · 100 (20)

а в = (S в / S) · 100 (21)

Обчислюється площа поверхні (м 2 / га) газопроводів b г і водопроводів b в, яка припадає на одиницю площі території S тер (га), де розміщені проектовані трубопроводи:

b г = (S г / S тер) (22)

b в = (S в / S тер) (23)

Середня щільність захисного струму для всіх трубопроводів j (мА / м 2) обчислюється за рівнянням:

j = 30 - 10 -3 (100 + 3,0 b в + 34b г + 5r) (24)

При відсутності водопроводів середня захисна щільність струму газопроводів обчислюється за рівнянням:

j г = 20 + 10 -3 (100 - 34b г + 5r) (25)

Якщо розрахункове значення j або j г менше 6 мА / м 2, приймається j = 6 мА / м 2.

Сумарна сила струму (А), необхідного для катодного захисту проектованих газо- і водопроводів, визначається за формулою:

J = 1,3 · 10 -3 jS, (26)

Для захисту тільки мережі газопроводів - за формулою:

J г = 1,3 · 10 -3 j г S г, (27)

Число катодних станцій визначають з умов оптимального розміщення анодних заземлювачів, наявності елементів живлення тощо При цьому значення струму однієї катодного станції можна орієнтовно прийняти рівним 25 А. Тому число катодних станцій приблизно дорівнює n = J / 25, де J = J або J г.

Після розміщення катодних станцій на суміщеному плані необхідно розрахувати зону дії кожної з них. Для цієї мети визначають радіус дії R i (м) кожної катодного станції

, (28)

де: j - катодна щільність струму (А / м 2), певна по формулі (24) або (25),

K (м 2 / га) - площа поверхні всіх трубопроводів на одиницю площі поверхні території:

K = S (м 2) / S тер (га) (29)

Якщо площі кіл, радіуси дії кожного з яких дорівнюють R i, а центри знаходяться в точках розміщення анодних заземлювачів, не охоплюють всієї території S тер, необхідно змінити або місця розташування катодних станцій, або їх струми і знову виконати перевірку.

Тип перетворювача катодного станції вибирається так, щоб допустима напруга було на 30% вище розрахункового з урахуванням старіння ізоляційних покриттів і анодних заземлювачів, а також можливого розвитку мережі трубопроводів.

Розрахунок катодного захисту.

1. Нехай на території площею 5 га після завершення будівництва будуть розміщений трубопровід діаметром і довжиною відповідно d = 108 мм I = 1200м

2. Визначаємо площу поверхні трубопроводу:

S г = 3,14 · 10 -3 (108 · 1200) = 407 м 2,

3. Приймаємо середній питомий опір грунту 42 Ом · м

4. Обчислюємо частки площі поверхні трубопроводів:

а = (407/407) · 100 = 100%

5. Обчислюємо коефіцієнти b:

b = 407/5 = 81,4 м 2 / га

6. Обчислюємо середню щільність захисного струму:

j г = 20 + 10 -3 (100 - 34 · 81,4 + 5 · 42) = 17,54 мА / м 2

7. Обчислюємо сумарну силу захисного струму:

J = 1,3 · 10 -3 · 17,54 · 407 = 9,28 А

8. Приймаємо катодний станцію марки МКЗ-М12 з наступними характеристиками:

· Номінальний струм: 15 А.

· Номінальна вихідна напруга: 24 В.

· Технічний ресурс: 100 тис.ч.

· Термін служби: не менше 20 років.

· ККД: не менше 0,85.

· Маса: 38 кг.

9. Обчислюємо коефіцієнт К за формулою:

К = (407/5) = 81,4 м 2 / га

10. Радіус дії катодного станції:

R = 60 · v (9,28 / (17,54 · 81,5 · 0,001)) = 152 м

Катодна станція охоплює всю територію розміщення проектованих трубопроводів (7,25 га). Отже, змінювати число катодних станцій і їх розташування не потрібно.

7. ФІНАНСОВИЙ МЕНЕДЖМЕНТ, ресурсоефективність І РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ

7.1 Споживачі результатів дослідження

Продукт (результат НДР) - Розробка більш ефективного методу виявлення виникнення і розвитку стрес-корозійних дефектів в процесі тривалої експлуатації трубопроводів на прикладі ВАТ «Томскнефть» ВНК з економічним обґрунтуванням.

Цільовий ринок - сегменти ринку, на якому буде продаватися в майбутньому розробка. Для даного проекту цільовим ринком є ​​нафтогазовидобувні підприємства.

7.2 SWOT-аналіз

SWOT - Strengths (сильні сторони), Weaknesses (слабкі сторони), Opportunities (можливості) і Threats (загрози) - являє собою комплексний аналіз науково-дослідного проекту. SWOT-аналіз застосовують для дослідження зовнішнього і внутрішнього середовища проекту.

Таблиця 9 - Матриця SWOT

Сильні сторони проекту:

З 1. Екологічна доцільність методу

С2. Більш ефективний у порівнянні з іншими методами

С3. Наявність бюджетного фінансування

С4. Кваліфікований персонал

Слабкі сторони проекту:

Сл1. Відсутність прототипу наукової розробки

Сл2. Немає деяких даних для достовірності методики

можливості:

В 1. Використання інноваційної інфраструктури ТПУ

В 2. Поява попиту на реалізований проект

1. Розробка нового, більш ефективного методу виявлення виникнення і розвитку стрес-корозійних дефектів в процесі тривалої експлуатації трубопроводів

2.Продовження наукових досліджень з метою впровадження та удосконалення методу

1. Розробка наукового дослідження

2.Пріобретеніе необхідного програмного продукту

загрози:

У1. Введення додаткових технічних вимог замовника до моделі методу

У2. Введення додаткових державних вимог до сертифікації продукції

1.Продвіженіе нової технології з метою появи попиту

2.Сертіфікація продукції

1. Розробка наукового дослідження

2.Пріобретеніе необхідного програмного продукту

3.Продвіженіе нової методики з метою появи попиту

7.3 Оцінка готовності проекту до комерціалізації

На якій би стадії життєвого циклу не перебувала наукова розробка корисно оцінити ступінь її готовності до комерціалізації і з'ясувати рівень власних знань для її проведення (або завершення). Для цього необхідно заповнити спеціальну форму, яка містить показники про ступінь опрацьованості проекту з позиції комерціалізації і компетенцій розробника наукового проекту. Результати аналізу ступеня готовності приведені в таблиці 10.

Таблиця 10 - Оцінка ступеня готовності наукового проекту до комерціалізації

№ п / п

Найменування

Ступінь опрацьованості наукового проекту

Рівень наявних знань у розробника

1

Визначено наявний науково-технічний заділ

4

3

2

Визначено перспективні напрямки комерціалізації науково-технічного доробку

4

3

3

Визначено галузі і технології (товари, послуги) для пропозиції на ринку

5

4

4

Визначено товарна форма науково-технічного доробку для подання на ринок

4

3

5

Визначено авторів і здійснена охорона їх прав

3

3

6

Проведено оцінку вартості інтелектуальної власності

2

4

7

Проведено маркетингові дослідження ринків збуту

2

2

8

Розроблено бізнес-план комерціалізації наукової розробки

3

4

9

Визначено шляхи просування наукової розробки на ринок

3

3

10

Розроблено стратегію (форма) реалізації наукової розробки

3

3

11

Опрацьовані питання міжнародного співробітництва та виходу на зарубіжний ринок

1

2

12

Опрацьовані питання використання послуг інфраструктури підтримки, отримання пільг

2

2

13

Опрацьовані питання фінансування комерціалізації наукової розробки

2

3

14

Є команда для комерціалізації наукової розробки

2

3

15

Опрацьовано механізм реалізації наукового проекту

2

4

РАЗОМ БАЛІВ

42

46

Оцінка готовності наукового проекту до комерціалізації (або рівень наявних знань у розробника) визначається за формулою:

де Б сум - сумарна кількість балів по кожному напрямку; Б i - бал по i-му показнику.

Значення Б сум дозволяє говорити про міру готовності наукової розробки і її розробника до комерціалізації. Значення ступеня опрацьованості наукового проекту склало 42, що говорить про середню перспективності, а знання розробника достатні для успішної її комерціалізації. Значення рівня наявних знань у розробника склало 46 - перспективність вище середнього.

За результатами оцінки можна сказати, що в першу чергу необхідно опрацювати питання використання послуг інфраструктури підтримки, отримання пільг. Наступними завданнями буде опрацювання питань фінансування комерціалізації наукової розробки і пошук команди для комерціалізації наукової розробки. Що стосується питань міжнародного співробітництва та виходу на зарубіжний ринок: такі завдання на даний момент не ставляться.

7.4 Організаційна структура проекту

На даному етапі роботи необхідно вирішити наступні питання: хто буде входити в робочу групу даного проекту, визначити роль кожного учасника в даному проекті, а також прописати функції, виконувані кожним з учасників і їх трудовитрати в проекті. Інформація про організаційну структуру представлена ​​в таблиці 11.

Таблиця 11 - Робоча група проекту

№ п / п

ПІБ, основне місце роботи, посаду

Роль в проекті (функції)

Трудовитрати, дні

1

Верьовкін А.В., к.т.н. доцент, керівник проекту

Координує діяльність учасників проекту

70

2

Гончаров Євген Андрійович, НІ ТПУ, кафедра ТХНГ, Магістр

Виконує окремі роботи по проекту

100

РАЗОМ

170

· Керівник проекту - відповідає за реалізацію проекту в межах заданих обмежень по ресурсах, координує діяльність учасників проекту. У більшості випадків цю роль виконує керівник магістерської дисертації.

· Виконавець за проектом - виконавцем проекту є магістрант. У разі, якщо магістерська робота є частиною наукового проекту, виконавців може бути кілька.

7.4.1 План проекту

В рамках планування наукового проекту необхідно побудувати календарний і мережеві графіки проекту. Лінійний графік представлений у вигляді таблиці 12.

Таблиця 12 - Календарний план проекту

код роботи

Назва

Тривалість, дні

Дата початку робіт

Дата закінчення робіт

Склад учасників (ПІБ відповідальних виконавців)

1

Вступ

5

03.02.2015

07.02.16

Гончаров Е.А.

Верьовкін А.В.

2

Постановка завдання і цілей дослідження, актуальність, наукова новизна

10

08.02.2015

17.02.16

Гончаров Е.А.

Верьовкін А.В.

3

Літературний огляд

15

18.02.2015

05.03.16

Гончаров О.О ..

4

експериментальна частина

35

06.03.2015

10.04.16

Гончаров Е.А.

Верьовкін А.В.

5

Результати та обговорення

20

11.04.2015

1.05.16

Гончаров Е.А.

Верьовкін А.В.

6

Оформлення пояснювальної записки

15

02.05.2015

16.05.16

Гончаров Е.А.

Разом:

100

Для ілюстрації календарного плану проекту приведена діаграма Ганта, на якій роботи по темі представляються протяжними в часі відрізками, що характеризуються датами початку і закінчення виконання даних робіт. Для зручності відображення щомісяця розділений на декади.

Таблиця 13 - Календарний план-графік проведення НДДКР по темі

Вид робіт

виконавці

Т до,

р. дн.

3

тривалість

виконання робіт

лютий

Березень

квітень

травень

11

22

33

11

22

33

11

22

33

11

22

23

Вступ

Магістр

керівник

15

Постановка завдання і цілей дослідження, актуальність, наукова новизна

Магістр

керівник

210

Літературний огляд

Магістр

215

Експериментальна частина

Магістр

Майстер

керівник

335

Результати та обговорення

Магістр

320

Оформлення пояснювальної записки

Магістр

115

7.4.2 Бюджет наукового дослідження

При плануванні бюджету наукового дослідження має бути забезпечено повне і достовірне відображення всіх видів планованих витрат, необхідних для його виконання. Багато з матеріалів вже перебували в лабораторії, тому в статтях відображені малі витрати. Розрахунок вартості матеріальних витрат проводиться за надані послуги або договірними цінами.

Таблиця 14 - Сировина, матеріали, комплектуючі вироби і покупні напівфабрикати

№ п / п

Найменування витрат

одиниця виміру

витрата

Ціна за одиницю з урахуванням ПДВ, руб

Сума, руб

1

Індикатор (датчик) наводоражіванія ДН-1

шт

1

6952

6952

2

Індикатор корозійних процесів ІКП 10-012М

шт

1

9440

9440

3

Блок пластин-індикаторів БПИ-2

шт

5

944

4720

Всього за матеріали:

21112

Разом витрати на сировину, матеріали, комплектуючі вироби і покупні напівфабрикати склали 21 112 руб.

Далі представлена ​​таблиця, в якій представлені витрати на спецобладнання для наукових робіт.

Таблиця 15 - Розрахунок витрат за статтею «Спецобладнання для наукових робіт»

Найменування обладнання

Кількість одиниць обладнання

Ціна одиниці обладнання, руб.

ноутбук HP

1

32000

товщиномір ультразвуковий

1

26500

мікроамперметр

810

РАЗОМ:

59310

Наступною статтею витрат є плата за електроенергію. Для цього спочатку визначається кількість споживаної енергії для всього обладнання.

Таблиця 16 - Кількість споживаної електроенергії обладнанням

Найменування обладнання

Кількість одиниць обладнання

1.5 Умови формування корозійних тріщин

Фізико-хімічне руйнування сталевих конструкції? і спорудженні? відбувається в результаті деструкції їх металу, проявляющеі? ся в двох основних формах - електрохіміческоі? корозії і утворення тріщин. На відміну від неї розтріскування конструкційних і, особливо, трубних сталей? викликає численні дискусії з приводу кінетики цього процесу. Корозійне або водневе охрупчивание, корозійне растрескованіе під напругою, водневе розтріскування, межкристаллитная (транскристаллитного) корозія. Такі різноманітні найменування отримав процес тріщиноутворення в стали, находящ? Ся в корозійно-актівноі? середовищі. Останнім часом до них додався ще один термін - стрес-корозія, яким назвали численні випадки руйнування котодно захищаються поземних трубопроводів (в основному - газопроводів) в результаті утворення на їх зовнішній? поверхні множинних дрібних тріщин, які зливаються в підсумку на велику магістральну тріщину, що приводить до розриву стінки труби.

В з розумінням (або руйнуванням під називають руйнування виникає в освіти в труб і корозії стали на цих Дане виникає при обов'язковому наступних наявність в грунту хімічних як нітрати, алюмінати, і на зовнішнього поля, на його з деі? Ствующего? В -0,6 - - 0,8 у наявність в надлишку води і на трубопровід-грунт катодного модуль перевищує м.с.е.

Для ефективних захисту від розтріскування, а для нових трубних стійких до виду необхідно моделі, пояснити процесів, в трубопроводів. На такий можна методики і обгрунтувати обсяги металу труб і шляхи захисту. механізму розтріскування вирішити продовження роботи так як про ресурсу має на аналізу стану металу і з'єднань. і руйнування високого внаслідок відбуваються в частині Корозійні виникають і в частині в від ізоляції. трубопроводів тиску поблизу станцій, так як на цих спостерігаються підвищення газопроводу і навантаження.

Стрес-корозійні реєструються у країнах Особливо це в Канаді, США та в Європейського

Незважаючи на дослідження цієї причини і стрес-корозійних трубних Чи не це з чинників, призводять до пошкоджень труб [1].

Відомо, що виникає на тих де одночасне на наступних циклічні напруги, неоднорідність труби, середа в просторі. того, руйнувань діаметром 1420 мм з Х70 в розташованих до 200 мм від зварного

У цій завданням важливості створення нових зразків, найбільш моделювати роботи в

Розроблений зразок і методика випробування дозволяють досліджувати в лабораторних умовах механізм і природу освіти стрес-корозійних тріщин в трубних сталях з урахуванням всіх діючих факторів в умовах, наближених до експлуатаційних.

У лабораторних умовах були отримані стрес-корозійні тріщини на сталях Х46, Х70, які свідчать про складну природу їх утворення і про багатостадійному процесі, що відбувається протягом тривалого часу при контакті напруженого металу труби з околотрубном агресивним середовищем.

Процес і стрес-корозійних відбувається з ізоляційного коли середовище в с металу Під покриттям формується середовище. У контакту труби з середовищем під відбувається середовища до і що зниження енергії і руйнування плівки. активними грунтових є іон (Cl) і водень Н абс.

При пасивної протікає корозія, а при дефекту в плівці прискорена виразкова або корозія. елементи середовища зародженню деформацій в зоні характеризуються рівнем напруг і неметалевих Процес деформацій шару під водню. поширеній про те, що в середовищах процес в період при концентраціях сприяє деформацій

Дослідження [2] підтверджують, що локальні мікропластичної деформації поверхневого шару відбуваються при напружених, менших величини мікропластичної межі текучості. У локальних обсягах відбувається збільшення внутрішніх напружень, а додатковий приплив атомарного водню сприяє протіканню нерівномірних пластичних деформацій і зародженню стрес-корозійних тріщин.

Ділянками локалізації мікропластичної деформацій можуть бути недосконалості кристалічної решітки, а також металургійна неоднорідність стали.

Максимальна мікропластичної відбувається в шарі шва і зоні і з тим, що стрес-корозійних газопроводів з Х70 в з'єднаннях.

У корозійного металу атомарний який дифундувати кристалічну металу в зону напруг, де зі досягаючи концентрацій, розвиває в кристалічній великі які джерелом мікротріщин 4).

Малюнок 4 - мікротріщини

а) іонів в зону напруг, б) мікротріщини

В результаті мікропластичної деформацій в локальних ділянках поверхневого шару відбувається дестабілізація внутрішнього енергетичного стану, і зростає чутливість до концентраторів напружень під дією водню. При цьому зростання напружень супроводжується зниженням пластичності деформованого металу, що підвищує схильність до корозійного розтріскування при впливі водородсодержащих середовищ.

Розтягують напруги полегшують перебіг корозійного процесу, відбувається руйнування твердих плівок продуктів корозії, і полегшується доступ електроліту до вершини дефектів.

При критичної «водень-напруга» вершиною відбувається мікротріщини 4б).

На утворення ушкоджень вплив іонний і склад їх показник рН [3].

Газоподібні реакцій - іони і - спрямовуються до тріщини, охрупчивание і металевої перед поширення

Аналіз х фрагментів труб на малюнку 4, внаслідок КРН, що пошкодження піттінгоподобние на труби. стрес-корозійні характеризуються перевищенням розміру над і нормально до розтягуючих

В процесі розвитку тріщин відношення півосей еліпса змінюється в залежності від розміру початкового дефекту, тому важливим завданням дослідження є вивчення швидкості поширення тріщин в напрямку глибини, поверхні і кінетики формозміни тріщини.

Малюнок 5 - Фрагмент розвитку стрес-корозійних тріщин в стінці труби стали Х70

1) зона розвитку; 2) зона тріщин при навантаженні

Зростання діючих в тріщини є того, що на дні зароджуються мікротріщини. З прискорення розвитку стрес-корозійних використовується навантаження. У трубопроводах працює при навантаженнях, з коливаннями тиску газу, навантаженнями станцій і коливаннями. вузлом коливань компресорні (КС), є генератори для газопроводів.

Зразки із сталей Х46, Х70 після витримки в корозійної середовищі протягом 720 годин піддавалися циклічному нагружению на випробувальній машині МУП-50 з пульсатором з метою прискорення процесу розвитку зародилися тріщин.

У багатьох випадках руйнування реалізується зростанням одиночної тріщини, однак є приклади руйнування труб при об'єднанні системи тріщин в магістральну (рисунок 6).

Малюнок 6 - Динаміка по і зразка дефектів 1, 2 з Х-70, Ш1420 мм, д = 18,5 мм з їх впливу, при навантаженні і водородсодержащего

t - зразка

- розвиваються по

h1, h2 мм - розвиваються по

Близько розташовані стрес-корозійні тріщини в сталях Х46 і Х70 при циклічному навантаженні сприяють коалесценции ізольованих тріщин, утворення магістральних тріщин і розвитку їх до критичних розмірів, що призводять до руйнування газопроводу.

Малюнок 7 - Фрагмент розвитку стрес-корозійних тріщин в зварному з'єднанні в стали Х70

а) зварений шов з стрес-корозійні тріщинами

б) зона росту тріщин при циклічному навантаженні

Стрес-корозійні тріщини більш інтенсивно проявляються в зварних швах (рис. 7), що підтверджують численні спостереження про те, що більшість руйнувань газопроводів діаметром 1420 мм зі сталі Х70 відбувається по зварному шву і біля шовної зони.

На підставі проведених досліджень встановлено, що нерівномірні пластичні деформації в поверхневому шарі металу труб в корозійних середовищах є причиною зародження мікротріщин. Значні за величиною локальні пластичні деформації в поверхневому шарі зварного шва і біля шовної зони є причиною руйнування газопроводів діаметром 1420 мм зі сталі Х70 в зонах, розташованих до 200 мм від поздовжнього зварного шва. Корозійна водородсодержащего середовище за взаємодії з напруженим металом поряд з пошкодженням поверхневого шару і його крихкості супроводжується пластіфіцірованія внутрішніх шарів металу і деформацією подовження всього перерізу.

1.6 Вплив різних факторів на швидкість корозії

Малюнок 8 - Розподіл корозійних відмов по грунтово-кліматичних регіонах

Вплив питомої електричного опору ґрунту. Величина питомого опору грунту характеризує вологість, кількість розчинених мінеральних солеи ?, дифузію кисню та ін., Тобто дає оцінку агресивності грунтів. Як показали дослідження ВНІІСТ і АзНефтехіма, пророкує здатність методів, заснованих на використанні питомої електричного опору, становить 70%. З даних, наведених на малюнку 9, слід, що в грунтах з питомим conротівленіем до 10 Ом.м відбувається більш 72.% відмов. Причому така картина характерна для значної низки трубопроводів.

Частина відмов має місце в грунтах високої питомої опору. Ймовірно, що в високоомних грунтах можуть міститися агресивні включення з большои? провідність, однак імовірність контакту їх з металом в дефектах ізоляції зменшується з ростом питомої опору.

Малюнок 9 - Залежність частоти корозійних відмов від питомої електричного опору ґрунту

Хороша кореляція між кількістю корозійних відмов і питомим електричним опором грунту спостерігається по різних грунтово-кліматичних регіонах країни (малюнки 8, 9). Ступінь мінералізації ґрунтових вод, в значітельноі? міру визначає питомий опір ґрунту, залежить від кількості опадів, величини стоку річок, среднегодовоі? температури і випаровування опадів. Відповідно до цих показників спостерігаються грунти високоі? провідності на півдні країни і більш нізкоі? в північних регіонах.

Вплив температури продукту, що транспортується. Підвищення температури з 20 до 80 ° С збільшує швидкість корозії в 2,5 - 3 рази [6]. Статистика корозійних відмов показує, що на ділянці газопроводів безпосередньо біля компресорних станції? (КС) по ходу газу кількість відмов у 40 разів більше, ніж на ділянках, віддалених від КС на 100 км. Причому, чим вище різниця температур газу на вході і виході, тим ця залежність грубіше (рис.10). Зменшення питомої кількості відмов зі збільшенням відстані від КС не можна пояснювати тільки одной? температуроі ?, так як одночасно змінюються (зменшуються) тиск в трубопроводі, турбулентність потоку і вібрація. Тобто зменшення механічних напрузі ?, в тому числі багатоциклових їх зміні ?, веде до зниження швидкості корозії і потоку корозійних відмов.

Вплив температури позначається в значітельноі? ступеня на старінні ізоляційних покритті ?, що веде до збільшення неізолірованноі? поверхні металу труб, яка має контакт з агрессівноі? средоі ?.

Малюнок 10 - Залежність частоти відмов від відстані до компресорної станції (по ходу газу)

Вплив стану ізоляційного покриття.Статистика корозійних відмов повністю підтверджує висновок про те, що, чим більше оголена поверхня металу, тим частіше відбуваються корозійні відмови (рис. 11).

Вищенаведена статистична залежність простежується не завжди. Є й інша тенденція, на первиі? погляд парадоксальна: чим краще ізоляційне покриття, тим швидкість корозії вище, - якщо відсутня електрохімічний захист. Ця тенденція проявляється в умовах деї? Наслідком блукаючих струмів. Наприклад, аміакопровід Тольятті - Одеса мав наскрізний корозійне поразка вже на стадії введення в експлуатацію через нееффектівноі? роботи засобів електрохіміческоі? захисту. Пояснення цьому факту дає теорія корозії стали в гетерогенних умовах, розроблена на основі аналізу системи «метал-ізоляція-грунт». Нечисленні дефекти ізоляції малого розміру мають досить низьким перехідним опором, що обумовлює в місцях їх розташування високу анодний щільність струму і високу швидкість корозії, до 10 мм / рік, трубопроводів в зонах блукаючих струмів.

Малюнок 11 - Залежність кількості відмов від стану ізоляційного покриття (щільності струму, необхідної для захисту)

1.7 Механізм утворення стресскоррозіонних тріщин

Для правильного розуміння механізму стрес-корозії трубної сталі і реалістичного аналізу кінетики цього процесу необхідно інтерпретувати його фізичну сутність.

Найбільш підходяща форма такої інтерпретації це створення фізичної моделі з її подальшим переведенням в математичну модель. Електроліт грунту, надає електрохімічне вплив, що викликає корозійне окислення на трубної поверхні з пошкодженою ізоляцією.

Останнім часом у водопостачанні, наприклад обсадная труба, вже застосовуються ПВХ і інші полімерні труби.

Фізична модель може бути представлена ​​наступним чином. Одночасно хімічні і фізичні процеси в середовищі, що контактує зі стінками труб, супроводжуються появою в ній іонів водню. Володіючи суперподвіжностью, іони частково проникають в стінки труб, де за певних умов затримуються усередині кристалічної решітки стали. В результаті їх накопичення виникає реальна ймовірність утворення атомів і навіть молекул водню. При цьому через різке збільшення обсягу таких новоутворень в кристалічній решітці виникають локально ділянки з гігантським внутрішнім тиском, що викликає внутрішнє механічне розтріскування стали. За умови дотику фронтів електрохімічного і механічного руйнування дискретно відбувається додаткове пошкодження решітки трубної сталі через локальну втрати несучої здатності напруженої стінки труби, що знаходиться під внутрішнім тиском. Вагомим стимулятором процесу стрес-корозії може бути поле струму його катодного захисту, яке, енергетично взаємодіючи з водородсодержащего іонами електроліту грунту (при певних умовах), сприяє розриву зв'язку і переходу іонів водню до самостійного активного існування. Залежно від величини енергії розірваної зв'язку електрохімічних утворені іони володіють різним запасом власної енергії, рухливістю і проникаючу здатність. Внаслідок цього вони, як правило, накопичуються на різній глибині стінок труб і в різному ступені ініціюють процес стрес-корозії. Така в цілому фізична модель цього процесу.

Процес КРН є багатостадійним процесом. Чи здійсняться він в сім стадій.

Перша стадія. Корозійне середовище проникає до тіла труби, як показано на малюнку 12.1.

Малюнок 12.1 Порушення адгезії ізоляційного покриття трубопроводу

Друга стадія. При цьому зменшує поверхнева енергія металу і полегшується руйнування (ефект Ребіндера)

Малюнок 12.2 - Адсорбція поверхнево-активних елементів на поверхні металу

Третя і четверта стадії. На третій стадії під впливом водню відбувається мікропластичної деформація поверхневого шару.

На четвертій стадії механізму КРН вирішальна роль відводиться процесу електрохімічної корозії кордонів зерен, активованого напруженнями.

Малюнок 12.3 - Розчинення кордонів зерен з утворенням зародків тріщин

Виходячи з попередніх стадій процесу КРН маємо поверхню металу з розчиненими межами зерен після пластичної деформації:

П'ята стадія. На п'ятій стадії відбувається процес зародження мікротріщини, при цьому основним зовнішнім, по відношенню до металу, що руйнують агентом є водень (рис. 12.5а):

Малюнок 12.5 - Зародження мікротріщини

а - дифузія іонів водню в зону максимальних напружень

б - утворення мікротріщини.

Шоста і сьома стадії. На шостій стадії відбувається розвиток зародилася мікротріщини по глибині і по поверхні металу.

На заключній сьомий стадії в найбільш дефектної зоні послідовно розташовані тріщини об'єднуються в одну магістральну (коалесценція тріщин).

Малюнок 12.6 - Фізико-механічна модель зростання тріщини.

2. ПРОБЛЕМА водневої крихкості ТРУБОПРОВОДОВ ЕКСПЛУАТУЮТЬСЯ В водородсодержащего СЕРЕДОВИЩАХ

Наводороживание - процес насичення (поверхні) твердого тіла воднем. Водородсодержащего середовище є фактором, що робить деструктуючих вплив на матеріали і конструкції. Причому водень може діяти на конструкції як при високих температурах і тисках, так і при нормальних температурах, які умовно називають низькими.

У літературі наводяться різні дані про вплив водню на різні механічні свої? Ства трубноі? стали. Обичниі? пріборниі? контроль показав незалежність твердості від наводороживания [15]. З другоі? боку сплав, включающіі? залізо, нікель, алюміній? і мідь в співвідношенні 57, 25, 15 і 3% відповідно, показав збільшення твердості пропорційне концентрації водню в металі за рахунок виникнення локальних внутрішніх напрузі? близько 8-10 кг / мм2.

Наводороживание значно погіршує пластичні свої? Ства стали: знижує відносне подовження і поперечне звуження в майже прямоу? пропорції від концентрації акумульованого нею водню. Погіршення пластичності проявляється і в зниженні допустимого числа перегинів (при циклічному навантаженні) або ступеня скручування до руйнування, яке може досягати 76- 84% [8].

У високоміцних сталей ?, особливо, з хрупкоі? структуроі? (Мартенсітноі ?, сорбітноі ?, баї? Нітноі?) Наводороживание помітно знижує межа міцності.

Різнохарактерні результати оцінки впливу наводороживания на механічні свої? Ства трубної сталі ?, пояснюють наступними причинами:

1. Трудністю точного визначення концентрації водню в сталі в требуемиі? момент часу;

2. Нерівномірність розподілу водню по перетину стінки труби;

3. Дуже складним характером впливу складу і структури стали на схильність її до водневого охрупчіванію;

4. Залежністю ряду механічних свої? Ств від швидкості деформації в процесі механіческоі? навантаження.

Погіршення механічних свої? Ств стали при наводороживания викликає її розтріскування, яке кваліфікують як «водневе» або «стрес-корозійне». При кратковременноі? статіческоі? навантаженні знижується пластичність стали і її опір розриву.

Тривале деї? Ствие такои? навантаження призводить до зниження міцності і сповільненого руйнування стали. Циклічна навантаження в умовах наводороживания знижує витривалість стали і викликає її утомлююча руйнування.

Малюнок 13 - Стійкість трубних сталей до охрупчіванію: 1 - HT 80; 2 - HT 70; 3 - HT 60; 4 - SM 41

Діагностування швидкості тріщиноутворення трубноі? стали в умовах наводороживания при стрес-корозії здійснюють в ряді випадків за середнім часом до руйнування зразків. Дослідження дозволили встановити співвідношення між концентрацією? водню в сталі і ступенем її охрупчивания (як показано на рис. 13). Збільшення относітельноі? ступеня охрупчивания (щодо обсягу поглиненого сталлю водню) відповідає підвищенню схильності стали до розтріскування. Аналогічна залежність була встановлена ​​і щодо зниження опору стали розриву.

Зовнішні умови, що характеризують велектролітичні середовище, не за всіма показниками адекватно пов'язані зі швидкістю трещіно- освіти при стрес-корозії. Так, величина рН в кислому діапазоні майже не впливає на ці показники. У зв'язку з таким становищем безумовна перевага при діагностиці швидкості тріщиноутворення слід віддати комплексної? оцінці факторноі? значущості зовнішніх умови? протікання стрес корозії.

Малюнок 14 - Залежність щільності поляризующего струму від потенціалу на катоді

Вар? Кістка стала? до розтріскування при рН показана на рис. 13, з видно, що повністю харантер ціонноі? реалізуемоі? на електроді при захисті. Це переконливим є контролюючий? процесу по з процесом в комплексі корозійного зовнішніх? насищенноі? водню, в деі? ствующих

Водень при температурах і в взаємодії з конструкцій викликати так водневу при відбувається частини приводить до і (межа модуль діаграма коефіцієнт деформації) і (криві тривалої межа гранична характеристик. У в змінюється стан, їх У від водню, при температурах виборче на конструкцій так, що властивості не в зонах, але в причому зміни і від водню, і від напруженого в даній точці. При одній і тій же схемі напруженого стану велика концентрація водню викликає більш сильну зміну механічно властивостей, а при одній і тій же концентрації водню більш жорстка схема напруженого стану викликає значну зміну механічних властивостей.

Огляд і аналіз експериментальних даних щодо впливу низькотемпературного наводороживания на механічні характеристики матеріалів, що викликає корозійне розтріскування, наведено в роботах [5-6].

Аналіз що такі взаємодії з

- у електрохімічних при температурах, атоми адсорбуються на конструкцій і металом (за механізмом наводороживания при знежирення, гальванічних

- у корозії, відбувається звільнення проникаючого в

- при контакті або середовищ з коли проникає в під тиском численні на пов'язаних з нафти з вмістом які до матеріальних а й жертвам).

Таке негативний вплив водню на механічні характеристики металів призводить до необхідності врахування цього впливу при проектуванні і розрахунку конструкцій; в результаті буде забезпечена безпечна робота конструкцій, будуть знайдені більш ефективні рішення для розглянутих умов, буде запобігати забрудненню довкілля.

3. МЕХАНІЗМ І КІНЕТИКА водневої крихкості сталей ТРУБНОГО сортаменту

3.1 Механізм водневого охрупчивания стали

Беручи в якості концептуальноі? основи визначальний вплив наводороживания трубноі? стали, що викликає її стрес-корозійне розтріскування, був запропонований следующии? механізм проникнення водню в сталь [15]:

1. Перша стадія - доставка донорів водень-іонів до поверхні труби.

2. Розряд водень-іонів з утворенням адсорбованих сталлю атомів водню.

3.Молізація атомів водню шляхом каталітіческоі? рекомбінації або електрохіміческоі? десорбції з подальшим переходом в газову фазу.

4. Впровадження адсорбованих атомів водню в кристалічну решітку стали.

Відзначено, що дифузія молекул і атомів водню в сталь неможлива через їх занадто великого розміру [19].

Розчинність водню при 25 ° С і Р = 1 кг / см2 не перевищує 3 * 10-8 атомів на один атом заліза [20], що відповідає приблизно 2,7 * 10-7 атомів Н в елементарноі? вічка? ке крісталліческоі? решітки стали. Однак при катодноі? поляризації вона може збільшуватися багаторазово, досягаючи концентрації? водню, відповідних тисків в кілька тисяч атмосфер при високих температурах (до декілька сотень градусів) [13].

Атоми водню при переході в кристалічну решітку переходять в іонну форму, взаємодій? Ству з решеткоі? через електрони усуспільненого електронного комплексу металу. Диффундируя в решітку з досить большои ?, завдяки своїм надзвичайний? Але малим розмірам, швидкістю, іони водню потрапляють в якусь наявну в неі? дислокацію (або другоі? внутреннии? колектор) і затримуються в неі ?. При цьому вони знову відбирають електрони із загального електронного хмари металу і переходять в атомарному форму. Надалі? Шем тут же може відбуватися і молізація водню. Тако? процес триває до на- дження рівноваги, коли парционального тиск атомарного водню в дислокації (колекторі) досягає величини, відповідне? концентрації протонів в решітці і адсорбованих атомів водню на наружноі? поверхні металу [18].

Таким чином, дифузія водню в сталь може тривати довгий час до моменту локальноі? деструкції крісталліческоі? решітки з утворенням мікротріщин. Надалі? Шем такі тріщини можуть зливатися, поки спільні? розмір сумарного пошкодження решітки не перевищить критичного значення, що приводить до макроскопическому руйнування стальноі? конструкції. Узагальнюючи сучасні уявлення про адсорбції водню металами, М.Сміаловскіі? постулює існування трьох форм водню в крісталліческоі? решітці стали [7]:

1) Протони, розчинені в междоузлиях (вакансії) крісталліческоі? решітки (б-фаза);

2) Протони, пов'язані електронами, які перейшли з атомів водню на d-рівні атомів заліза (в-фаза);

3) Газ у внутрішніх порожнинах (дислокаціях) металу, що представляють СОБОЮ? рівноважну суміш атомарного і молекулярного водню під високим тиском.

3.2 Механізм впливу водню по Арчакова Ю. І.

Спочатку на зіткнення з внаслідок дисоціації водень в При температурі, в с діючих пружність водню пропорційно тиску. Так як дифузії в пропорційна тиску, то це уявлення про те, що при розтріскування атомарний насичує Водень в по зерен і тіло Проникнення відбувається з абсорбцією газу Водень, сталлю, концентруватися по зерен, на кристалічній в роду і т.д.

Одночасно з проникненням водню в сталь починається її поверхневе обезуглероживание. Термодинамічні розрахунки підтверджують, що при високих тисках водню і температурах 200 - 600 С 0 рівновагу реакції зневуглецювання зміщується в бік утворення метану і розпад цементиту відбувається майже повністю. Процес йде як на зовнішній поверхні метал-газ, так і на внутрішніх поверхнях розділу (межа зерен і міжфазні кордону).

На кордонах зерен металу відбуваються в першому наближенні такі реакції:

Утворений накопичується в місцях зерен.

Металографічні і дослідження що обезуглероживания по зерен. При реакції є (який хроматографически). метану (d = 0,296 нм) НЕ дифундувати грати Накопичення реакції і водню, в може спочатку в і в об'ємах Будова обсягів ряд які і переважне за цими Згідно з дослідженнями, по зерен атоми і создаютсяпрігранічние в чого ділянки збагачені, в також Крім межі відносно метастабільними .

Водень, що знаходиться в стали, прагне концентруватися в зонах з максимальним простором енергією, особено по граніцамзерен металу. Він залишається в протонної формі, екранованої електродами, якщо електростатичні сили взаємодії досить великі, але може переходити в атомарному і навіть молекулярне стан при збільшенні розмірів дефектних місць (порожнин) в металі. Саме тому в прикордонних об'ємах концентруються продукти реакції і молекулярний водень.

Малюнок 15 - процесу стали

3.3 КІНЕТИКА катодних НАВОДОРОЖАНІЯ ТРУБНОІ? СТАЛИ

Вивченню корозійного наводороженноі? присвячений ряд автори приходять до іноді висновків. Так з боку швидкість стали в катодного зростає підвищення на числа корозійних якими місця на дислокації ?. З боку, показано, що катодний гальмує розчинення і потенціал корозії. У міру поверхневого шару швидкість її збільшується, а корозії до розчинення заліза.

Ефект катодноі? був впливом водню, в розчинення зі стану в і центри (подібно кисню або органічних Можна що отриманих про розчинення стали різним адсорбірованноі? і форм на переходу заліза в Зміна катодного водню до як заповнення КЗП (І), так і атомів (H) в трубноі ? (C). Всі ці три взаємопов'язані, приймається [22], що ад- і форми водню в між Висловлюється що абсорбції і водню бути розділені і їх різна. атоми (H), на КЗП в розряду водню або розкладання і (H) , з труби, відрізнятися як становищем центрів трубноі? так і адсорбції. В [ 11-12] що, з концентрації в адсорбірованниі? І водень впливають на корозії j кор: зростання (І) j кор, а (С) массопотерю стали. За авторів робіт, ці особливо повинні в промоторів в сірководню, на ділянках трубопроводу, де і розтріскування КЗП трубопроводів. При наводороженних став? сортаменту, неметаллическими поблизу зразка і на відстані від нього безліч мікротріщин? 50 мкм [16-17].

Розчинення в мікротріщини як би надрізом »або блоку, що зі небольшоі? У момент цей реалізується крихким блоку або з большои? швидкістю, але з задержкоі? на блоці або потім з повільним його і т.д. У розвиток буде цілком до тих пір, поки електрохімічних і розривів не настільки, що в крихке залишився стінки

При цьому процесами, зростання тріщин на КЗП будуть:

1) наводороживания трубопроводу з чужих? КЗП і охрупчивание в зоні у мікротріщини КЗП при коли jк.з. / jпр >> 10;

2) Адсорбционное зниження міцності (расклінівающіі? Ефект Ребіндера);

3) Висока міцність трубноі? стали і, отже, мала її пластичність, що не дозволяє через процеси релаксації знизити концентрацію напрузі? на первинному концентраторе напрузі ?;

4) Неоднорідність мікроструктури ферритно-перлітноі? стали (мікровключення, субмікро недосконалості структур), що сприяє виникненню концентраторів напрузі? і формування тендітних мікротріщин, переважно в перлитових складових;

5) Характери дислокації ?, мікродеформації? і розриву крісталліческоі? решітки в вершині тріщини.

Вивчаючи кінетику процесів наводороживания конструкційної сталі? в присутності карбонатів і сірководню, вчені встановили функціональний зв'язок між швидкістю проникнення в сталь водню і потенціалами катодноі? поляризації [5].

Відповідно до прийнятого ними механізму ток дифузії водню в сталь пов'язаний з об'емноі? Концентрація? іонів гідроксонію в електроліті і струмом катодноі? поляризації співвідношеннями:

де К, K 1 - константи пропорційності.

У присутності в електроліті сульфат-іонів, що сприяють зміні величин Е, за зростаючою? предельниі? діффузіонниі? ток відновлення водню контролюється відповідно до рівняння:

де д - товщина приелектродному шару, в якому відбувається дифузія.

4. ВПЛИВ РЕЖИМІВ катодного захисту трубопроводів НА ВИДІЛЕННЯ ВОДНЮ НА ЗОВНІШНЬОЇ КАТОДНОЗАЩІЩЕННОЙ ПОВЕРХНІ

Отримані при електролітичного різному зразків із сталей сортаменту при перевищення струму захисту над струмом встановити, що при катодного 0,2 ... 0,25 В, щільність струму захисту збігалася з граничного струму по надлишкового в НЕ незалежно від напруги. виділення водню із зразків коли струму захисту щільність граничного струму по в 8 - 10 і раз.

Малюнок 16 - Інтенсивність наводороживания зразків зі сталі 17 ГС при різних внутрішніх напружених в залежності від перевищення струму катодного захисту над граничним по кисню

При досліджень на тих самих зі сталі внутрішніх на наводороживание при температурі що про досліджуваного а.

Аналіз предствавленних на 16 про те, що, без розкиду максимальне поглиненого захищається () в від перевищення струму захисту над граничного струму по

Коефіцієнти А і В у від напруги в Коли напруги в ні, їх наводороживания на тлі експериментальних практично не від зразків. наводороживания збільшується при катодного коли і при в більш. НЕ через координат і, від напружень в відсікають від осі відрізок, щільність струму захисту щільність струму в 5-7 разів. Це що, від напруг, щільність струму захисту граничного струму по не пізніш як за 5-7 разів, що виділився з зразків не «родовідного» змісту в НЕ катодного кількості водню в міру розтягують при стріли зразка, мабуть, з нових поблизу катодного і перенапруги виділення на поверхні зразків.

Отримані результати свідчать про те, що, накопичення критичної концентрації водню поблизу катодного поверхні, що захищається, достатньої для утворення мікротріщини вогнища стрес-корозійного передруйнування, сприяють безліч факторів, серед яких найважливішими є внутрішні механічні напруги і ступінь перевищення щільності струму катодного захисту над щільністю граничного струму по кисню.

Потік дифузії водню в сталь знаходиться в прямій залежності від ступеня заповнення катодно захищається ад атомами водню, яка залежить від розташування дефекту ізоляції по периметру трубопроводу: у верхній утворює, бічною або нижньою. При режимі катодного захисту, коли в зразках, що імітують положення дефектів у верхній утворює трубопроводу, кількість поглиненого водню відрізнявся в межах 30-60% і практично, в межах розкиду результатів експерименту, не перевищувало змісту «родовідного» водню. Коли катодний поляризацію зразків здійснювали в стельовому положенні, з відповідним положенням наскрізних дефектів ізоляції трубопроводу у нижній утворює, кількість виділився водню після катодного поляризації зросла в 1,5-2 рази, що зумовлено залежністю електролітичного наводороживания від, коли лимитирующей стадією стає електрохімічна десорбція. Для бульбашки водню, що утворився у нижній утворює трубопроводу, на відміну від пляшечки у верхній утворює, сили поверхневого натягу і Архімеда (крім сили гравітації) діють в одному напрямку, що сприяє підвищенню ступеня заповнення катодно захищається У міру зменшення діаметра трубопроводу кривизна труби починає надавати вплив на величину крайового кута змочування, збільшуючи його, що полегшує відрив бульбашки від катодно захищається. Сила (пропорційна діаметру бульбашки в кубі) відриваюча бульбашка і змушує його спливти, при зменшенні діаметра труби істотно перевершує силу утримує бульбашка на катодно захищається (пропорційну діаметру бульбашки). Тому на трубопроводах малого діаметра під дією сили, при інших рівних умовах, у нижній утворює зростає швидкість видалення атомів водню, чого не спостерігається на трубопроводах діаметром понад 720 мм.

Малюнок 17 - Схема росту бульбашок газу у верхній боковій і нижньої утворюють трубопроводу - А) і схема відділення бульбашок від катодно захищається в залежності від діаметра трубопроводу

Малюнок 17 - Схема росту бульбашок газу у верхній боковій і нижньої утворюють трубопроводу - Б) при режимах, коли

Прямим підтвердженням сказаного є факт відсутності стесс-корозійних пошкоджень на трубопроводах малого діаметра, виготовлених з тієї ж стали, що і трубопроводи великого діаметру.Відмови через КРН трубних сталей відбуваються тільки на газопроводах діаметром 1420, 1220, 1020, 820 і 720 мм і ніколи на трубопроводах малого діаметра, хоча труби виготовлені з однакових сталей і експлуатуються практично в однакових умовах.

4.1 Аналіз режимів катодноі? захисту на ділянках аварії? них руйнуванні? магістральних нафтогазопроводів через корозійного розтріскування під напругою

За максимальний час до руйнування внаслідок корозії під напругою відповідає область поляризаційних потенціалів 0,85-1,1 В по м.с.е., коли щільність струму катодноі? захисту досягає значенні? щільності граничного струму по кисню або не більше ніж в 5-7 разів перевищує її. В області високих потенціалів катодноі? захисту, коли jк.з. / jпр? 10, відбувається інтенсивне електролітичне насичення стінки труби катодних воднем, що сприяє утворенню стрес-корозійних тріщин. У таблиці 1 наведені значення потенціалів катодноі? захисту, виміряні на ділянках аварії? них руйнування газопроводів ТОВ «Севергазпром» [10]. Дані таблиці 3 свідчать про переважне стрес-коррозионном руйнуванні труб, виготовлених з більш високоміцних сталей ?. В даний час встановлено посилення схильності стали? до водневого охрупчіванію під впливом 0,01 ... 0,001% фосфору, сірки і їх хімічних з'єднанні ?, які в сталях адсорбуються на межі зерен. Механізм такого воздам? Ствия до теперішнього часу не ясний. Відомо, що вуглець в сталях має високоі? схильністю до межкрісталлітноі? Внутрішні? адсорбції і «конкурує» на кордонах зерен з фосфором і сіро ?, послаблюючи їх охрупчиваются деї? ствие.

Межзеренного крихкість стали? з фосфором і сіро? викликана зменшенням внутрішнього? адсорбції цих домішок ?, що супроводжується зниженням когезіонноі? міцності трубних сталей? ферритно-перлітного класу.

Водневе охрупчивание напружено-деформованих сталей? при електролітичному наво- дорожіваніі, на нашу думку, також пов'язане зі зниженням когезіонноі? міцності, але під впливом катодного водню при перезащіте, коли j к. з./j ін? 10. Якщо фундаментальниі? механізм деї? наслідком такий, то охрупчиваются воздам? ствие водню і домішок? фосфору і сірки має підсумовуватися, по краї? неі? міру, при межзеренного руйнуванні. Другоі? возможниі? механізм водневої крихкості став? трубного сортаменту полягає в полегшенні пластичної течії, зниженні крітіческоі? деформації та втрати пластіческоі? підвалини? чивости зони з високоі? Концентрація? водню перед вершіноі? тріщини, в зоні перед- руйнування. В цьому випадку домішки трубноі? стали можуть вплинути на водневе охрупчивание, здійнявши? ству на межу плинності і деформаційне зміцнення твердого розчину впровадження Fe - H, поза Всякоя? зв'язку з їх воздам? ствием на когезию. Дослідження спільного деї? Наслідком фосфору, сірки, вуглецю і катодного водню на руйнування трубних сталей? ферритно-перлітного класу є важливим для розуміння мікромеханізм водневої крихкості. Найбільшу інформацію про механізм водневої крихкості дає вивчення кінетики докритического зростання тріщин, хоча всі експерименти такого роду до теперішнього часу проводилися на сталях, складні структури і фазовиі? склад яких не можуть забезпечити точне рішення поставленноі? завдання визначення впливу критерію jк.з. / jпр на освіту стрес-корозійних тріщин в процесі длітельноі? експлуатації магістральних сталевих трубопроводів. Полученниі? експеріментальниі? матеріал дозволяє вказати інтервал значенні? критерію j к.з. / j пр, при якому залишкова швидкість корозії катоднозащіщаемого трубопроводу не перевищує допустимих значенні? при практичній відсутності електролітичного наводороживания стінки труби.

Потенціал корозії підземних сталевих трубопроводів у міру збільшення вологості різних грунтів (до повного вологонасичення), змінюється в межах від - 0,45 до - 0,68 В за м.с.е. Зсув потенціалу корозії в негативну сторону пов'язано зі зменшенням аеріруемие грунтів: чим щільніше грунт і чим вище його вологість, тим негативніше потенціал корозії трубноі? стали. Приблизно в цих же межах змінювалася величина потенціалу корозії стали 17ГС в 0,05% -му розчині NaCl у міру збільшення внутрішніх напрузі ?. Зсув потенціалу корозії в негативну сторону, в міру зростання внутрішніх напрузі ?, пов'язано зі зростанням електрохіміческоі? активності сталевих зразків. Слід зазначити, що в умовах експерименту потенціал корозії сталевих зразків після попереднього катодного наводороживания також зміщується в негативну сторону і залежить як від величини безрозмірного критерію j к.з. / j пр, так і від часу катодноі? поляризації. В умовах експерименту, при j к.з. / j пр = 50-70, після предварітельноі? катодноі? поляризації протягом 72-х год потенціал корозії змістився в негативну сторону на 40-70 мВ, а при j к.з./j пр = 100-125 потенціал корозії після предварітельноі? катодноі? поляризації протягом цього ж часу зміщувався практично на 100-120 мВ. Зсув потенціалу корозії сталевих зразків після катодного наводороживания в негативну сторону в порівнянні з потенціалом корозії цих же зразків до катодного наводороживания пов'язано, на нашу думку, із зростанням механічних напрузі? в структурі зразків, викликаних насиченням крісталліческоі? решітки катодних воднем.

Результати комплексного обстеження корозійного стану підземних технологічних трубопроводів нафтопере качівающіх і компресорні станції ?, а також лінеі? Ної? частини магістральних нафтогазопроводів, прокладених в різних грунтах, свідчать про те, що потенціал корозії, як правило, змінюється в межах від -0,46 до -0,68 В по м.с.е. Отримана сукупність потенціалів корозії сталевих зразків у різних середовищах і потенціалів корозії підземних сталевих трубопроводів свідчить про те, що потенціал корозії, в досліджених середовищах, в тому числі при різних внутрішніх напружених, практично повсюдно знаходиться в інтервалі 0,46-0,68 В по м .с.е. Дані про часовий інтервал реалізації потенціалів корозії підземних сталевих трубопроводів, дозволять нам проаналізувати режими катодноі? захисту, при яких сталися аварії на деї? ствующих магістральних газопроводах через стрес-корозійного руйнування, розрахувавши величину катодноі? поляризації? ц як різницю між велічіноі? защіт- ного потенціалу цзащ і мінімально і максимально можливим значенням потенціалу корозії цкорр:? ц = цзащ-цкорр. Потім, знаючи величину катодноі? поляризації, визначимо ступінь перевищення щільності струму катодноі? захисту над щільністю граничного струму по кисню. Результати розрахунку представлені в таблицю 3 [12].

Таблиця 3 - Значення захисних потенціалів і розташування СКЗ на ділянках аварійних руйнувань газопроводів через стрес-корозії

Результати аналізу, наведені в таблиці 3, свідчать про те, що всі аварії на деї? Ствующих газопроводах через стрес-корозійного руйнування відбулися при перевищенні щільності струму катодноі? захисту над щільністю граничного струму по кисню в 12-30 разів і більше, коли раніше було показано, що інтенсивне виділення водню на КЗП починається, коли величина катодноі? поляризації перевищує 250-350 мВ. Це означає, що катодний захист аварії? Них ділянок магістральних газопроводів здійснювалася в області значенні? катодноі? поляризації, що перевищують максимально-допустимі значення в 3-6 разів, коли, як нам відомо, на КЗП трубопроводів під пов? ствием катодного струму йде інтенсивна висадка адатомів Н АДС водню. Посадка на КЗП адатомів Н АДС, як було показано, призводить до електролітичному наводороживания стінки трубопроводу, що, на нашу думку, є основноі? прічіноі? стрес-корозійного руйнування високонапірних трубопроводів. Стрес-корозійні тріщини були виявлені на заболочених ділянках траси, при тиску газу, що транспортується 4,5 МПа, при потенціалі катодноі? захисту - 2,75 В за м.с.е., при значенні безрозмірного критерію j к.з / j пр = 37.

Таблиця 4 - Аналіз режимів катодного захисту на аварійних руйнування магістральних газопроводах

корозійний сталь тріщина водневий

Дослідження вар? Кістки підземних трубопроводів високого тиску до корозійного розтріскування під напругою почалися порівняно недавно, хоча перші руйнування трубопроводів, пов'язані з цим явищем, в міровоі? практиці були зареєстровані ще в 1972 році. У Росії протягом тривалого часу цей вид корозії не фіксувався. Однак останнім часом були відзначені десятки випадків руйнування підземних трубопроводів, які кваліфікувалися як наслідок корозійного розтріскування під напругою або стрес-корозії. Природно припустити, що і раніше були руйнування такого ж походження, але їх ідентифікували за іншими критеріями. Характерниі? ознака стрес-корозійних руйнуванні? - відсутність явних слідів корозійних пошкодженні? поверхні труб, що є прямим підтвердженням явища перезахисту, коли j к.з./j ін? 10, і коррозіонниі? процес практично пригнічується до остаточноі? швидкості корозії, що не превишающеі? 0,007 мм / рік, при одночасному інтенсивному наводороживания стінки трубопроводу, що в підсумку призводить до стрес-корозійного руйнування. Виявляються вогнища руйнуванні? трубопроводів у вигляді тріщин разлічноі? форми. Спочатку причини таких відмов на магістральних газонафтопроводів пов'язували з двома можливими причинами: з якістю прокатки труб на трубних заводах і з якістю зварювально-монтажних робіт при будівництві трубопроводів. При цьому поза увагою залишалися корозійні фактори, єдиний прояв яких - легко? наліт корозійних продуктів. Однак поява в зарубежноі? друку зведенні? про вибух в США газопроводу внаслідок стрес-корроіі, которії? забрав 17 життів? [18-19], змусило більш уважно поставитися до етоі? проблеми і в нашеи? країні. У Росії питаннями корозійного розтріскування металу труб під напругою, як одной? з різновидів? подземноі? корозії, почали займатися з 1983 року.

З цього часу почався облік відмов трубопроводів для транспорту нафти і газу через стрес-корозійного руйнування ?.

Руйнування магістральних нафтогазопроводів через КРН до теперішнього часу малопередбачувані, а шкоди для народного хазяїна? Ства і та навколишнього? середовища досить чувствітельниі ?. У Краснотур'їнськ ЛВУ МГ «Тюментрансгаз» на невеликій ділянці 6-ніточноі? системи газопроводів Ду 1420 мм сталося сім руйнуванні? через КРН. Руйнування відбувалися на всіх нитках, на одной? з них - двічі. Ділянка, на якій сталися аварії, представляє СОБОЮ? горбисту місцевість, частина кото рої? примикає до забруднити? ському болоту. За рельєфом місця аварії? збігаються або з низинами, або розташовуються на схилах пагорбів, але завжди в заболочених грунтах (застої? них болотах), де спостерігається підвищений вміст сірководню, в 1,43-2,1 рази більше, ніж в проточних водоймах. Якщо в електроліті крім водню міститься невелика кількість кисню (? 1%), то водневої крихкості не спостерігається через те, що атоми кисню володіють великим хімічним спорідненістю до заліза і швидко покривають активні ділянки поверхні, перешкоджаючи адсорбції водню. Мабуть, ця обставина і обумовлює той факт, що водневе охрупчивание сталевих підземних трубопроводів, що експлуатуються в добре аерованих грунтах, представляє меншу небезпеку, в порівнянні з магістральними нафтогазопроводів, прокладених в заболочених грунтах, що містять в надлишку H 2 S і CO 2, кисень в яких практично відсутній [24-27].У застої? Них болотних грунтах, наприклад, в Центральноі? частини Западноі? Сибіру, ​​практично завжди міститься сірководень, до 1,6 мг / л. Корозія заліза у водних розчинах сірководню протікає по сумарному рівнянню: Fe + H 2 S> FeS + 2H АДС.

Рекомбінація виділився на поверхні трубопроводу атомарного водню уповільнює утворення сульфіду заліза, внаслідок чого полегшується проникнення водню в стінку труби і посилюється його разупрочняется вплив на сталь. На початкових стадіях вивчення розтріскування стали? в розчинах сірководню дослідники відстоювали дві точки зору на природу руйнуванні? трубних сталей ?. Одні вважали, що руйнування викликається корозійних руйнуванням, інші - охрупчивание металу в результаті наводоражіванія. В результаті виник спеціальниі? термін «сірководнева крихкість». При пов? Ності на сталь сірководню утворення тріщин виявляється вже при вилежуванні, наприклад, в іскусственноі? морскоі? воді, барботіруемоі? H 2 S при рН = 5 ( «Брітіш Петролеум»). При цих випробуваннях сірководень - каталізатор надходження в структуру стали дифузійного водню. При катодноі? перезащіте трубопроводів, коли j к.з. / j пр? 10, концентрація іонів водню, що виділяється на защіщаемоі? поверхні, визначається хімічним складом грунтового електроліту, його мінералізації? і щільністю струму катодноі? захисту. Максимум концентрації іонів водню на защіщаемоі? поверхні спостерігається в середньомінералізована грунтах, так як при її збільшенні, після деякого оптимального значення умови, для електролітичного наводороживания погіршуються. Коли j к.з./j пр = 60 ... 80, інтенсивність міграції іонів водню зростає і досягає максимального значення при j к.з./j ін> 150. Подальші? Шиї збільшення щільності катодного струму, в залежності від умови? експерименту, як правило, не призводить до посилення ефекту наводороживания в зв'язку з ограніченноі? можливістю поверхні сталевого зразка поглинати водень, а також у зв'язку з утворенням поблизу катоднозащіщаемоі? поверхні трубопроводу сплошноі? зони бульбашок водню, що перешкоджають контакту грунтового електроліту з катоднозащіщаемоі? стальноі? поверхнею.

Залежно від потенційного джерела іонів водню (сероводородсодержащих газу або нафти, подтоварноі? Води), насичення стінки труби іонами водню можливо як з боку продукту, що транспортується, так і з зовнішніми ?, катоднозащіщенноі? поверхні. Проведенниі? детальниі? аналіз відмов на трубопроводах, пов'язаних з проявом КРН, показує, що при руйнуванні трубопроводів практично у всіх виявлених випадках тріщини крихко розвивалися від зовнішніх? катоднозащіщаемоі? боку трубопроводу з подальшим вузькому доломіт [19]. Ця обставина позво- ляет зробити висновок, що стимулятором стрес-корозії може бути режим катодноі? захисту трубопроводу, коли j к.з./j ін? 10. У зв'язку з цим назріла гостра необхідність вироблення конкретних рекомендації? за вибором режимів катодноі? захисту трубопроводів, що виключають їх корозійне розтріскування під напругою. До теперішнього часу немає едіноі? общепрізнанноі? теорії корозійного розтріскування під напругою, однозначно опісивающеі? механізм стрес-корозії катоднозащіщаемих трубопроводів. Серед безлічі причин, що провокують КРН, не проведено градація, не визначена їх початкова або похідна значимість. Практично в країні немає сучасних засобів прямоу? діагностики КРН. Отже, виявити ранню стадію корозійного розтріскування надзвичайний? Але важко, а в окремих випадках не представляється можливим. Дослідженнями ДП «Тюментрансгаз» і Уральського інституту фізики металів встановлений прямий зв'язок між повишенноі? забрудненістю металу зруйнувалися труб оксидними і сірчистими включеннями і утворенням тріщин від стрес-корозії.

Потім необхідно визначити вартість електроенергії за робочий період (при вартості 2,05 руб. За кВт / год).

Таблиця 17 - Розрахунок вартості електроенергії з лютого по травень

Споживана потужність, кВт / год

Кількість годин роботи в добу

Кількість споживаної енергії за добу, кВт

ноутбук

1

0,09

8

0,72

місяць

Кількість днів

Кількість робочих днів

Кількість споживаної енергії за місяць, кВт

Вартість електроенергії за місяць, руб (при 2,05 руб. За кВт / год)

Лютий

28

20

14,4

29,52

Березень

31

22

15,84

32,47

Квітень

30

22

15,84

32,47

Травень

15

8

5,76

11,8

РАЗОМ:

106,26

Витрати на електроенергію за чотири місяці, а саме, з лютого по травень склали 106,26 рублів.

Далі представлений розрахунок основної заробітної плати. У цієї статті включається основна заробітна плата наукових і інженерно-технічних працівників, робітників макетних майстерень і дослідних виробництв, безпосередньо беруть участь у виконанні робіт з даної теми. Величина витрат по заробітній платі визначається виходячи з трудомісткості виконуваних робіт і діючої системи оплати праці. До складу основної заробітної плати включається премія, що виплачується щомісяця з фонду заробітної плати (розмір визначається Положенням про оплату праці). Розрахунок основної заробітної плати зводиться в таблиці 20.

Основна заробітна плата (З осн) знаходиться за формулою:

де З осн - основна заробітна плата одного працівника;

Т р - тривалість робіт, виконуваних науково-технічним працівником, місяців;

З м - місячний оклад працівника, руб.

Таблиця 18 - Баланс робочого часу за 2015 рік

Показники робочого часу

керівник

Магістр

Майстер

Календарне число днів

365

365

365

Кількість неробочих днів

- вихідні

- святкові дні

118

118

118

Втрати робочого часу

- відпустка

- невиходи через хворобу

24

24

24

Дійсний річний фонд робочого часу

223

223

223

Таблиця 19 - Розрахунок витрат на відрядження

напрямок

Кількість осіб

Кількість коштів за поїздку, руб

туди

1

7500

назад

1

7500

РАЗОМ: 15000

де З б - базовий оклад, руб .; k р - районний коефіцієнт, що дорівнює 1,7 (для п. Лугінецкое).

Основна заробітна плата керівника (від НІ ТПУ) розраховується на підставі галузевої оплати праці. Галузева система оплати праці в НІ ТПУ передбачає наступний склад заробітної плати:

1) Оклад - визначається підприємством. У НІ ТПУ оклади розподілені відповідно до займаних посад. Базовий оклад З б визначається виходячи з розмірів окладів, визначених штатним розписом підприємства.

2) Стимулюючі виплати - встановлюються керівником підрозділів за ефективну працю, виконання додаткових обов'язків і т.д.

3) Інші виплати; районний коефіцієнт.

Знайдемо основну заробітну плату за період з лютого по травень 2015 для керівника:

руб.

156 815,30 руб.

Розрахунок основної заробітної плати наведено в таблиці 20.

Таблиця 20 - Розрахунок основної заробітної плати з лютого по травень

виконавці

З б,

руб.

k р

З м,

руб

З осн,

руб.

керівник

30156,79

1,3

39203,82

156815,30

Магістр

12110,1

1,7

20587,17

82348,68

Майстер

33128,72

1,7

56318,82

225275,29

Разом: 464439,27

Відрахування на соціальні потреби включають в себе страхові внески у позабюджетні фонди.

де k внеб - коефіцієнт відрахувань на сплату до позабюджетних фондів (пенсійний фонд, фонд обов'язкового медичного страхування та ін.), що дорівнює 30,5%.

Таблиця 21 - Страхові внески

керівник

Магістр

Майстер

Зарплата

156815,30

82348,68

225275,29

Страхові внески

47828,66

25116,34

68708,96

Разом: 141653,96

У процесі розрахунку бюджету наукового дослідження, плановані витрати слід згрупувати за статтями, наведеними в таблиці 22.

Таблиця 22 - Групування витрат за статтями

Сировина, матеріали, комплектуючі вироби і покупні напівфабрикати

21112,00

Спеціальне обладнання для наукових (експериментальних) робіт

59310,00

вартість електроенергії

106,26

дорожні витрати

15000,00

Основна заробітна плата

464439,27

Відрахування на соціальні потреби

141653,96

Разом планова собівартість

701 621,49

Разом плановані витрати для розрахунку бюджетного наукового дослідження склали 701 621,49 рублів.

7.4.3 Ризики проекту

З декількох базових варіантів організаційних структур, що використовуються в практиці, була обрана проектна, яку можна зобразити таким чином:

Малюнок 27 - Організаційна структура проекту

На шляху реалізації проекту можуть виникнути різного роду ризики, які становлять небезпеку того, що поставлені цілі проекту можуть бути не досягнуті повністю або частково. Повністю уникнути ризику практично неможливо, але знизити їх загрозу можна, зменшуючи дію несприятливих чинників. Можливі ризики представлені в таблиці 23.

Таблиця 23 - Реєстр ризиків

ризик

Імовірність настання (1-5)

Вплив ризику (1-5)

рівень ризику

Способи пом'якшення ризику

Технічні ризики

1

вимоги

1

4

середній

Відстеження змін вимог до матеріалів, за допомогою яких проводиться дослідження. Постійний пошук шляхів оптимізації виробництва.

2

технологія

1

4

середній

3

Використання ненадійних джерел

2

4

середній

4

якість

1

4

середній

зовнішні ризики

5

Якість надання матеріалів

2

4

низький

Вивчення кон'юнктури ринку.
Вивчення змін в російському законодавстві.
Визначення заходів заохочень і покарань по відношенню до робітників.

6

Приписи контролюючих органів

3

3

середній

7

ринок

3

4

середній

8

Непередбачені обставини

1

4

середній

9

Зміни російського законодавства

4

3

високий

10

Недбалість і несумлінність співробітників

3

3

низький

організаційні ризики

11

Організації, від яких залежить проект

2

3

низький

Строгий контроль за роботою всіх допоміжних служб.
Пошук альтернативних постачальників та інвесторів. Можливість проведення дослідження на нових наукових платформах

12

ресурси

1

5

середній

13

фінансування

4

5

високий

14

розстановка пріоритетів

3

3

низький

Ризики управління проектом

15

оцінка

2

4

середній

Відповідальний підхід до розробки та управління проектом.
Підвищення кваліфікації осіб, відповідальних за управління проектом.

16

планування

2

3

низький

17

контроль

3

4

середній

18

комунікації

1

3

середній

8. СОЦІАЛЬНА ВІДПОВІДАЛЬНІСТЬ ЗА ВНУТРІШНЬОЇ І ЗОВНІШНЬОЇ ДІАГНОСТИКИ ПІДЗЕМНИХ ТРУБОПРОВОДІВ, які прокладені на ДІЛЬНИЦЯХ З многолетнемерзлих грунтів

При проведенні робіт на лінійній частині магістральних трубопроводів, організації виконує роботи, необхідно велику увагу приділяти виробничої та екологічної безпеки працівників і навколишнього середовища.

Соціальна відповідальність - відповідальність за дані людям обіцянки, і безпосередньо перед самими людьми. Відповідальність організації, що враховує всі інтереси і заняття колективу і працівників [37]. Підприємство самостійно приймає рішення щодо додаткових заходів щодо поліпшення умов життя і роботи своїх підлеглих і їх родичів.

Магістральний трубопровід, прокладений на ділянках з многолетнемерзлих грунтів схильний додатковим фізичним і механічним навантаженням, внаслідок відтавання грунту. Цей фактор підвищує ступінь виникнення аварій і додаткових руйнувань (наприклад, корозія) на трубопроводі.

Трубопроводи, що контактують з многолетнемерзлих грунтів, розташовані в основному в північних районах Російської Федерації, в яких температура навколишнього середовища в зимовий час може опускатися до - 40 градусів, а влітку не перевищувати + 20 градусів. При великій вологості і рвучких вітрах, робота на відкритому повітрі в зимовий час стає дуже важка.

8.1 Професійна соціальна безпека

Для аналізу небезпечних і шкідливих факторів при виконанні робіт при діагностуванні трубопроводу на ділянках контакту з многолетнемерзлих грунтів складемо таблицю. З її допомогою з'явиться цілісне уявлення про всі виявлені фактори (небезпечних і шкідливих) на робочому місці.

Небезпечні і шкідливі фактори при спорудженні нафтопроводу на ділянках контакту з многолетнемерзлих грунтів, а так само їх систематизації в нормативної документації представлена ​​в таблиці 24.

Таблиця 24? Основні елементи виробничого процесу, що формують небезпечні та шкідливі фактори при виконанні робіт при діагностуванні трубопроводу на відкритому повітрі

Найменування видів робіт

Фактори (ГОСТ 12.0.003 - 74 ССБТ з зрад. 1999 г.)

Нормативні документи

шкідливі

небезпечні

1

2

3

4

Земляні роботи;

Ізоляційно-укладальні роботи;

Акустико-емісійна діагностика ділянок трубопроводів;

Дослідження хімічного складу, механічних властивостей металів і зварних з'єднань і їх структури (при необхідності);

1.Отклоненіе показників клімату на відкритому повітрі;

2.Превишеніе рівнів шуму і вібрації;

3.Тяжесть і напруженість фізичної праці;

4. Загазованість

1. Рухомі машини і механізми виробничого обладнання (у т.ч. вантажопідйомні

2. Електричний струм;

3. Пожаро- і вибухонебезпечність

ГОСТ 12.0.003-74 [1]

ГОСТ 12.1.010-76 [2]

ГОСТ 12.1.011-78 [3]

ГОСТ 12.1.019-79 [4].

ГОСТ 12.1.003-83 [5]

ГОСТ 12.1.005-88 [6]

ГОСТ 12.4.011-89 [7]

ГОСТ 12.1.004-91 [8]

8.1.1 Аналіз шкідливих виробничих факторів та обґрунтування заходів щодо їх усунення

1. Відхилення показників клімату на відкритому повітрі

Роботи при діагностиці трубопроводу і його ремонту на ділянках контакту з многолетнемерзлих грунтів виробляють в зимову пору року, коли грунт знаходиться в мерзлому стані. Виробництво робіт в літній час, через відтавання грунту, робить проїзд і рух техніки неможливим.

Так як географія поширення многолетнемерзлих грунтів досить широка (Західний Сибір, Далекий Схід), то і температурний режим буде всюди різноманітним.Можна відзначити лише те, що температура навколишнього повітря взимку може опускатися місцями і до - 40 0.

Різкі зміни температури навколишнього середовища, та й просто робота в умовах знижених температур несе негативний вплив на здоров'я людини. Рухова активність працівника забезпечується всіма життєвими процесами в тілі людини. Енергії на перетворення теплообміну використовується більше, ніж на виконання самої роботи. Порушення балансу тепла може призвести до перегріву або, навпаки, до переохолодження людини. Це призводить до порушення в роботі, зниження активності і т.д.

Організації, працівники яких працюють на відкритому повітрі, зобов'язані дотримуватися ряду обмежень за температурними режимами. Температурні режими, при яких призупиняються роботи на відкритому повітрі показані в таблиці 25.

Таблиця 25? температурний режим, при якому припиняються роботи на відкритому повітрі [38]

Швидкість вітру, м / с

Температура повітря ° С

При безвітряної погоди

- 40

Не більше 5,0

- 35

5,1-10,0

- 25

10,0-15

-15

15,1-20,0

-5

більш 20,0

0

Працівники, які працюють на відкритому повітрі при низьких температурах ризикують отримати наступні травми:

· Переохолодження організму (гіпотермії);

· Обмороження (руки, пальці, ніс).

Для профілактики обморожень працівники повинні бути забезпечені засобами індивідуального захисту, в які входить комплект утепленої одягу. Комплект одягу включає: куртку (тілогрійку); ватяні штани; светр; головний убір (шапка); рукавички; взуття.

Одяг повинен відповідати всім вимогам, підходити за розміром і не сковувати рухи. Сучасна спецодяг виготовляється з якісних утеплювачів: тінуслейт, синтепон, холофайбер. Для зручності працівника, одяг оснащується додатковими ергономічними деталями: капюшон, функціональні кишені. У вітряну погоду працівники повинні бути забезпечені засобами захисту особи (спеціальними масками) [39].

Крім одягу до робіт повинні допускатися працівники з хорошою фізичною формою, і придатні за станом здоров'я. Доставка людей до робочого місця здійснюється в спеціальних автомобілях, з системою опалення салону.

2. Перевищення рівнів шуму і вібрації

При діагностиці трубопровдов використовуються машини і обладнання: екскаватори, бульдозери, і т.д. Вони супроводжуються величезною кількістю звуків, які, при довгостроковому впливі на людину, можуть принести шкоду слуху і дискомфорт. Наслідком тривалого впливу шуму на людину є розвиток такі захворювання як шумова хвороба, зниження слухової чутливості, зміна функцій травлення, серцево-судинна недостатність.

Допустимий рівень звуку при роботі на виробництві залежать від тяжкості праці. Максимальний рівень шуму при роботі з інструментом згідно з Федеральним законом від 30.03.1999 N 52-ФЗ «Про санітарно-епідеміологічне благополуччя населення» не повинен перевищувати 80 дБА [41].

Для зниження впливу шуму на людину працівники оснащуються спеціальними засобами захисту? навушниками або вкладишами. Всі інструменти, якими виробляються роботи, проходять тестування на рівень шуму, і допускаються до роботи з віброзахистом або глушником. Робота повинна проходити з невеликими перервами для зниження впливу вібрації і шуму на людину.

При підвищеному рівні вібрації у людини спостерігається підвищення стомлюваності, збільшення часу зорової реакції, порушення опорно-рухового апарату.

При вивченні дії вібрації на організм людини потрібно враховувати, що коливальні процеси притаманні живому організму, перш за все тому, що вони в ньому постійно протікають. Внутрішні органи можна розглядати як коливальні системи з пружними зв'язками. Їх власні частоти лежать в діапазоні 3-6 Гц. При впливі на людину зовнішніх коливань таких частот відбувається виникнення резонансних явищ у внутрішніх органах, здатних викликати травми, розрив артерій, летальний результат. Власні частоти коливань тіла в положенні лежачи становлять 3 - 6 Гц, стоячи - 5-12 Гц, грудної клітки - 5 - 8 Гц. Вплив на людину вібрацій таких частот пригнічує центральну нервову систему, викликаючи почуття тривоги і страху.

Вплив виробничої вібрації на людину викликає зміни як фізіологічного, так і функціонального стану організму людини. Зміни у функціональному стані організму проявляються в підвищенні стомлюваності, збільшення часу рухової і зорової реакції, порушення вестибулярних реакцій і координації рухів. Все це веде до зниження продуктивності праці. Зміни в фізіологічному стані організму - в розвитку нервових захворювань, порушення функцій серцево-судинної системи, порушення функцій опорно-рухового апарату, ураженні м'язових тканин і суглобів, порушення функцій органів внутрішньої секреції. Все це призводить до виникнення вібраційної хвороби.

Шкідливість вібрації посилюється одночасним впливом на працюючих зниженої температури повітря робочої зони (в умовах крайньої півночі температура повітря може знижуватися до -40 градусів за Цельсієм), підвищеного рівня шуму, охолодження рук робочого при роботі з ручними машинами, запиленості повітря, незручною пози.

Основу гігієнічного нормування вібрації складають критерії здоров'я людини при впливі на нього вібрації з урахуванням напруженості та тяжкості праці. Основна мета нормування вібрації на робочих місцях - це встановлення допустимих значень характеристик вібрації, які при щоденному систематичному впливі протягом усього робочого дня і багатьох років не можуть викликати істотних захворювань організму людини і не заважають його нормальній трудовій діяльності [40].

Основним документом, який регламентує рівень вібрації на робочих місцях, є СН 2.2.4 / 2.1.8.566-96 «Виробнича вібрація, вібрація в приміщеннях житлових і громадських будівель».

До способів боротьби з вібрацією відносяться:

· Зниження вібрації в джерелі (поліпшення конструкції машин, статична і динамічна балансування обертових частин машин);

· Виброгашение (збільшення ефективної маси шляхом приєднання машини до фундаменту);

· Віброізоляція (застосування виброизоляторов пружинних, гідравлічних, пневматичних, гумових);

· Вібродемпфірованіє (застосування матеріалів з великим внутрішнім тертям);

· Застосування індивідуальних засобів захисту (віброзахисні взуття, рукавички зі спеціальними пружно-демпфірувальними елементами, що поглинають вібрацію) [41].

3. Важкість і напруженість фізичної праці

Спорудження нафтопроводів вимагає від працівника величезних трудових затрат. Трубопроводи дуже часто розташовані далеко від населених пунктів і працівникам доводиться їздити у відрядження. Знаходження поза домом, плюс важка праця позначаються на емоційному стані працівника і може привести до захворювань.

Для недопущення захворювань людей при напруженій праці, організації повинні дотримуватися ряду вимог:

· Забезпечити людям 8-ми годинний робочий день;

· обідня перерва;

· Комфортні умови проживання;

· Невеликі перерви між робочим процесом;

· Своєчасна заробітна плата.

При дотриманні цих правил, ризик виникнення нездужань через важкість праці мінімальний.

4. Загазованість

Загазованість повітря, викликана витоком газу в робочих приміщеннях, може викликати отруєння людей. Освіта газоповітряної суміші в газопроводах може бути причиною сильних вибухів.

Загазованість повітря перевіряють за допомогою переносних приладів - газоіндікаторов, званих також газовизначники. Зазвичай вони призначені для визначення вмісту в повітрі одного-двох газів. В основу дії переносних газоіндікаторов покладені різні фізичні явища або хімічні реакції, що виникають при появі газу в контрольованому повітрі.

Для контролю загазованості повітряного середовища у виробничих приміщеннях, робочій зоні відкритих майданчикових споруд повинні бути передбачені кошти автоматичного безперервного газового контролю з сигналізацією, що спрацьовує при досягненні гранично допустимих величин і з видачею сигналів в систему управління технологічним процесом і протиаварійного захисту. При цьому всі випадки загазованості повинні реєструвати прилади з автоматичним записом і повинні бути задокументовані.

Місця установки і кількість датчиків або пробовідбірних пристроїв аналізаторів необхідно визначати в проектній документації / документації з урахуванням вимог нормативних технічних документів щодо розміщення датчиків контролю загазованості.

8.1.2 Аналіз небезпечних виробничих факторів та обґрунтування заходів щодо їх усунення

Небезпечні виробничі фактори? це фактори, які можуть привести до різних травм працівника [42].

1. Рухомі машини і механізми виробничого обладнання (у т.ч. вантажопідйомні)

Діагностування трубопроводу пов'язано з роботою важкої техніки: екскаваторів, бульдозерів. Рухомі частини цієї техніки (ківш екскаватора, відвал бульдозера) при неуважне ставлення можуть призвести до травм. Відсутність захисних засобів призводить до ударів, переломів і вивихів різних частин тіла людини.

Працівник, при русі техніки в зоні проведення робіт, зобов'язаний носити головний убір (каску). Перебувати в зоні роботи техніки неприпустимо. За смузі руху техніки і рухомого обладнання повинні знаходиться попереджувальні таблички, які інформують про небезпеку.

2. Електричний струм

Один з небезпечних факторів виробництва, який не попереджає про свій наявності (немає явних ознак таких як: запах, світіння і т.д.)? це електричний струм. Джерелом електричного струму при ремонті або монтажі нафтопроводу є пересувна електростанція, або підключення до трансформаторних станцій.

Небезпека електричного струму виникає при ряді порушень [43]:

- порушення ізоляції проводів;

- неправильне або відсутність заземлення;

- обрив проводки.

Для людини травмонебезпечним значенням сили електричного струму є 0,15 Ампер, або змінне і постійне напруження більше 36 Вольт. Поразки від дії електричного струму можуть бути різними: від дрібних і великих опіків шкірного покриву, до скорочення м'язів серця, що призводить до його зупинки. Розрізняють декілька видів електричних опіків:

- почервоніння шкіри;

- утворення на поверхні шкіри пухирів і пухирів;

- обвуглювання шкіри.

Опікові рани дуже довго затягуються, а поразка 2/3 поверхні шкіри всього тіла, практично в 85% випадків призводить до летального результату.

Для запобігання ураження людини від електричного струму при ремонті і монтажі нафтопроводів використовують такі засоби захисту:

? колективні засоби електрозахисту, в які входять: оснащення всіх небезпечних електроприладів спеціальними попереджувальними табличками; обладнання електронними системами захисту; ізоляція основних електроопасності вузлів; контроль за станом електричних ланцюгів, заземлення та занулення приладів, що працюють від електрики;

? індивідуальні засоби захисту, до яких входять: гумові рукавички (електропоглащающіе); діелектричне взуття; ізольовані підставки під обладнання і т.д.

Для роботи з Елекроприладі допускаються люди спеціально навчені і мають посвідчення з електробезпеки.

3. Пожаро- і вибухонебезпечність

Джерелом пожежі на трасі трубопроводу може бути: електричне обладнання, яке працює неправильно і в слідстві нагріву відбувається займання; неправильне ставлення до продуктам відходів (пляшках і недопалками); іскри від зварювання і т.д. Вибухнути в свою чергу може балон з газом або киснем, каністра з пальним матеріалом і т.д.

Наслідки взаємодії відкритого вогню і людини призводить до опіків різних ступенів у останнього, не виняток і летальний результат. Вибух же для людини небезпечний, якщо він знаходиться в епіцентрі, але вибух, як правило, супроводжується пожежею, тому небезпека не можна недооцінювати.

Гасіння пожежі на трубопроводі виробляється спеціальними засобами пожежогасіння: вогнегасниками пеногоннимі типу ОП-10 або ОУ-10, стовбури з водою, сухий пісок. При загорянні газу застосування пінних вогнегасників малоефективно, тому рекомендується застосовувати вуглекислотні вогнегасники типу ОУ-1, ОУ-3. Для постійного контролю, на пожежонебезпечних роботах чергує пожежний екіпаж. Для запобігання невеликого вогнища загоряння підійдуть підручні засоби: азбестові ковдри, вода [44].

Постійний моніторинг і уважне ставлення до роботи в пожежонебезпечної зоні дозволяє уникати загорянь і вибухів.

8.2 Екологічна безпека

Трубопроводи, прокладені на ділянках многолетнемерзлих грунтів, як і інші споруди, що створюються людиною, надають певний вплив на навколишнє середовище протягом всього їх життєвого циклу. Всі шкідливі впливи і методи по боротьбі з ними можна звести в одну узагальнюючу таблицю.

Таблиця 26 - Шкідливі впливу на навколишнє середовище і природоохоронні заходи

Природні ресурси і компоненти ОС

шкідливі впливу

природоохоронні заходи

Земля і земельні ресурси

Пошкодження грунтового шару, сільгоспугідь та інших земель, порушення початкового стану Багаторічномерзлі грунту

Раціональне планування місць і термінів проведення робіт. Рекультивація земель. Використання терамостабілізірующіх коштів грунту. Відсипання майданчиків для стоянки техніки.

Засмічення грунту виробничими відходами

Вивіз і поховання виробничих відходів.

Знищення рослинності, пошкодження та забруднення грунтового покриву

Заходи з охорони грунтів, посадка дерев по краю траси нафтопроводу.

багаторічномерзлі породи

В результаті механічного і термічного впливу на ММП і подальшого відтавання многолетнемерзлих порід відповідно техногенного забруднення піддаються: атмосфера, сніг, поверхневі і грунтові води.

Забруднення, і перш за все отрутохімікатами, припиняє органічне життя і веде до загибелі грунтів і рослинності.

Для районів Крайньої Півночі потрібен спеціальний транспорт, який не порушував би рослинний покрив (машини на повітряній подушці)

Заходи повинні бути закладені для початку в проектну документацію при будівництві та експлуатації трубопроводів. У проектній документації повинна бути описана точна послідовність дій. Для цього необхідно відстежити за допомогою геофізичних досліджень точну потужність ММП.

Використання термокейсов.

Ліс і лісові ресурси

Порубка деревостану при будівництві траси нафтопроводу, комунікацій.

Дотримання нормативів відведення земель в заліснених територіях

Забруднення будівельним сміттям

Знищення сміття; вивіз сміття.

надра

Порушення стану геологічного середовища (температурного стану грунтів)

Моніторинг за стан грунтів в зоні контакту з нафтопроводом.

Чи не комплексне вивчення надр

Наукові дослідження щодо підвищення комплексності вивчення надр

Вода і водні ресурси

Вилучення з природних джерел водних ресурсів;

Заходи з охорони водних ресурсів.

Хімічне забруднення поверхневих і ґрунтових вод

Установка фільтруючих засобів, для очистки води

повітряний басейн

Забруднення повітря вихлопними газами від працюючої техніки

Глушити транспорт при відсутності роботи.

Тваринний світ

Розлякування, порушення місць проживання тварин, риб.

Проведення комплексу природоохоронних заходів, планування робіт з урахуванням охорони тварин

Деградаційні впливу на навколишнє середовище можуть проявлятися на стадіях розвідки, будівництва та експлуатації нафтопроводів, що погіршує умови життя і роботи людини і стан навколишнього середовища.

Діагностування трубопроводів є як поверхневим, так і глибинним джерелом впливу на геологічне середовище. У гірських породах порушується природна рівновага, що призводить до зміни напруженого стану масиву порід і може викликати деформацію паль, опор, корозію трубопроводу. Суттєвим аспектом є вплив фізико-механічних властивостей порід, при зміні його температури аж до часткового відтавання на стійкість надземного нафтопроводу.

У період діагностування розвитку стрес-корозійних дефектів основними факторами, що негативно впливають на стан навколишнього середовища є:

· Вилучення земель з господарського використання в короткострокове і довгострокове використання;

· Механічне порушення цілісності грунтового і рослинного покривів;

· Вилучення з природних джерел водних ресурсів;

· Порушення температурного режиму грунтів;

· Забруднення атмосферного повітря обладнанням, що є джерелом викидів забруднюючих речовин;

· Утворення різних відходів, що вимагають поховання або утилізації.

Основними джерелами викидів забруднюючих речовин в атмосферу та утворення відходів при діагностуванні трубопроводів є машини і механізми, що мають в якості приводу двигуни внутрішнього згоряння, дизельні електростанції, котельні установки. Механічне порушення грунтів відбувається при плануванні майданчика і при здійсненні безпосередньо будівельних або ремонтних робіт. Наслідки цих порушень ліквідуються в обов'язковому порядку при рекультивації будівельного майданчика.

Для зниження техногенного впливу на многолетнемерзлие грунти необхідно забезпечити максимальне збереження їх природних мерзлотно-геологічних умов. Виконання цієї вимоги запобігає незворотні зміни геологічного середовища та пов'язаного з цим прогресуючого розвитку негативних кріогенних процесів. Для зниження техногенного навантаження при діагностуванні слід виконувати певні правила.

Основними принципами цих правил є:

· Зниження теплових навантажень на приповерхневих шар грунтів природного залягання;

· Мінімізація площ освоюваної території;

· Недопущення порушень природних умов поза межами забудованої території;

· Дотримання природоохоронних норм і правил, технології рекультивації порушених земель.

Реалізація перерахованих вище принципів досягається за рахунок проведення наступних заходів:

· Зведення всіх проектованих споруд та газо- і нафтопроводів за першим принципом будівництва, тобто зі збереженням ґрунтів в їх природному мерзлому стані;

· Діагностування трубопроводів виробляти тільки на заздалегідь підготовленій території;

· Рух автотранспорту та іншої техніки здійснювати тільки по дорогах і зимникам.

Для забезпечення екологічної безпеки в зоні можливого відтавання многолетнемерзлих грунтів на всіх етапах його існування повинен здійснюватися виробничий екологічний моніторинг, що дозволить контролювати поведінку мерзлого грунту і на цій основі здійснювати природно-охоронні заходи.

Загальними вимогами до організації екологічного моніторингу є:

· Виконання спостережень в зоні розташування трубопроводу на ділянках з Багаторічномерзлі грунтом;

· Ведення моніторингу в залежності від умов природного середовища та особливостей об'єкту;

· Виконання інженерно-екологічних досліджень і спостережень;

· Обробка отриманої при моніторингу інформації шляхом проведення досліджень, аналізів;

· Дослідження хімічного складу, механічних властивостей металів і зварних з'єднань і їх структури (при необхідності)

· Ведення єдиної бази даних по спостережуваних об'єктів.

Результати моніторингу використовуються з метою контролю відповідності стану навколишнього середовища по екологічним нормативам.

8.3 Безпека в надзвичайних ситуаціях

Причини виникнення надзвичайних ситуацій на трасі трубопроводу можуть бути різноманітні: лісові пожежі, аварії, помилки персоналу, старіння обладнання, удар блискавки, а так само природні процеси, пов'язані зі зміною властивостей і структури грунту.

Найбільш небезпечною надзвичайною ситуацією на трубопроводі, прокладеному на Крайній Півночі, є порушення цілісності мерзлого грунту і зміна його властивостей. У грунті можуть утворитися такі небезпечні природні процеси, як солифлюкция, протаіваніе, термокарст. Ці явища призводять до сильного зміни стану грунту, його відтавання і, як наслідок, породи стають не стійкими і не здатними витримувати будь-які навантаження, а так само призводить до сильної корозії металу.

При руйнуванні трубопроводу корозією або воднем працівники зобов'язані забезпечити всі необхідні заходи для зниження наслідків руйнування.До переліку заходів входить [52]:

· Діагностика і аналіз руйнування і його небезпеки;

· Застосування електрозахисту підземних металевих споруд;

· Вплив на навколишнє середовище з метою зниження її агресивності;

· Використання корозійно-стійких матеріалів;

· Ізоляція поверхні споруди від контакту із зовнішнім агресивним середовищем.

8.4 Законодавче регулювання проектних рішень

Компанії, які займаються транспортуванням нафти і газу по магістральних трубопроводах зобов'язані забезпечувати своїх працівників усіма матеріальними і соціальними благами відповідно до «Трудовим кодексом Російської Федерації від 30.12.2001 №197-ФЗ» [45].

Відповідно до статті «Право працівника на працю в умовах, що відповідають вимогам охорони праці» працівник має право на:

· робоче місце;

· Своєчасну оплату;

· Соціальне страхування від нещасних випадків на виробництві та професійних захворювань;

· Отримання достовірної інформації від роботодавця про умови та охорону праці;

· Відмова від виконання робіт у разі небезпеки для життя;

· Забезпечення засобами індивідуального захисту;

· Навчання за рахунок роботодавця;

· Медичний огляд і т.д;

Трубопроводи, що контактують з многолетнемерзлих грунтів в основному розташовані в північній частині країни. Працівники, які працюють в умовах крайньої півночі, мають додаткові пільги відповідно до закону РФ від 19.02.1993 N 4520-1 «Про державні гарантії і компенсації особам, які працюють і проживають в районах Крайньої Півночі і прирівняних до них місцевостях» [46] .

Однією з основних пільг, наданих даної категорії працівників, є районний коефіцієнт. Згідно ст. 315 ТК РФ [47] оплата праці в районах Крайньої Півночі і прирівняних до них місцевостях здійснюється із застосуванням районних коефіцієнтів і процентних надбавок до заробітної плати.

Крім того, коефіцієнт нараховується на надбавки і доплати до тарифних ставок (посадових окладів) і компенсаційні виплати, пов'язані з режимом роботи та умовами праці, до яких відносяться надбавки [48]:

· За класність, звання за професією, безперервний стаж роботи за фахом і т.д .;

· Посадовим особам і громадянам, допущеним до державної таємниці;

· За вислугу років (безперервну роботу), а також винагороду за вислугу років, виплачується щокварталу або одноразово;

· За підсумками роботи за рік;

· За умови праці при роботі в нічний час, змінну роботу, за суміщення професій (посад).

При цьому до складу заробітку, на який нараховується районний коефіцієнт, не включаються: процентні надбавки до заробітної плати за роботу в районах Крайньої Півночі і прирівняних до них місцевостях, а також в південних районах Східного Сибіру і Далекого Сходу; всі види виплат за середнім заробітком (відпускні, оплата навчання працівників, спрямованих на професійну підготовку, підвищення кваліфікації або навчання другим професіям, і ін.); матеріальна допомога; одноразові заохочувальні виплати, які не передбачені системою оплати праці організації

Жителям півночі також повинна виплачуватися процентна надбавка до заробітної плати. На відміну від районного коефіцієнта при виплаті надбавок необхідно враховувати стаж роботи в даних районах або місцевостях. Розмір відсоткової надбавки і порядок її виплати (як і районний коефіцієнт) встановлюються Урядом РФ (ст. 317 ТК РФ, ст. 11 Закону N 4520-1) [49].

Стаття 116 ТК РФ встановлює жителям півночі щорічні додаткові оплачувані відпустки. При цьому роботодавці з урахуванням своїх виробничих і фінансових можливостей можуть самостійно встановлювати для працівників додаткові відпустки, порядок і умови надання яких, визначаються колективними договорами або локальними нормативними актами, які приймаються з урахуванням думки виборного органу первинної профспілкової організації.

Крім своїх працівників, нафтоперекачечні організації точно так же, зобов'язані стежити за негативним впливом їх діяльності на навколишнє середовище, і захищати населення від надзвичайних ситуацій. В основу управління покладено закон РФ «Про захист населення і територій від надзвичайних ситуацій природного і техногенного характеру» [50].

Згідно [22] комплекс заходів щодо захисту населення включає:

· Оповіщення населення про небезпеку, його інформування про порядок дій в сформованих надзвичайних умовах;

· Евакуаційні заходи;

· Заходи щодо інженерного захисту населення;

· Заходи радіаційного та хімічного захисту;

· Медичні заходи;

· Підготовку населення у сфері захисту від надзвичайних ситуацій.

Трубопроводи відносяться до небезпечних виробничих об'єктів, тому організації, що займаються їх експлуатацією, підкоряються [51].

ВИСНОВОК

У цьому випускний кваліфікаційної роботи вивчені основні теоретичні та експериментальні положення, які є основою для технічних рішень при розробці нових методів технічної діагностики систем електрохімічного захисту підземних сталевих трубопроводів, прокладених в нейтральних і слабколужних грунтах. Впровадження нових методів в практику експлуатації підземних катодно захищаються трубопроводів внесе значний внесок у підвищення надійності трубопровідного парку країни. Пропонований критерій контролю режимів катодного захисту вперше дозволяє з достатньою для практики точністю кількісно визначати залишкову швидкість корозії і час до появи стрес-корозійних тріщин при заданому режимі катодного захисту в діапазоні допустимих робочих тисків, що транспортується, що є рішенням великої наукової проблеми, що має важливе практичне значення для підвищення надійності експлуатації трубопровідних систем транспорту нафти і газу.

Вивчено процес корозійного руйнування трубної сталі при різних внутрішніх напружених в залежності від умов доставки кисню до кородуючої поверхні, яка характеризується щільністю граничного струму по кисню. Встановлено, що щільність корозійного струму в виразках з максимальною глибиною при внутрішніх напружених 0,95 межі текучості практично досягає щільності граничного струму кисню (63-86%). У відсутності внутрішніх напружень щільність корозійного струму в виразках з максимальною глибиною проникнення складає 32 - 46% від щільності граничного струму по кисню.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. ГОСТ 5272-50, Корозія металів, Термінологія.

2. Томашів Н. Д., Теорія корозії металів, Металлугіздат, 1952.

3. Акімов Г. В., Теорія і методи дослідження корозії металів, Изд. АН СРСР, 1945.

4. Акімов Г. В., Основи вчення про корозію і захист металів,? Металлургиздат, 1946.

5. Клинов І. Я., Корозія хіміческоі? апаратури і коррозіонностоі? кі матеріали, Машгиз, 1954.

6. Бахвалов Г. Т. та Турківська А. В., Корозія і захист металів, Металлургиздат, 1947.

7. Притула В. А., Захист підземних трубопроводів від зовнішньої? ? Корозії, Гостоптехіздат, 1948.

8. Притула В. А., Катодний захист трубопроводів і резервуарів, Гостоптехіздат, 1950.

9. Спірін О. А., Кальман В. С., Салам-3аде М. М., Цекун Н. А.,? Методика електричних дослідженні? корозійного состоний трубопроводів і кабелів ?, Азнефтеіздат, 1954.

10. Спірін О. А., Цекун Н. А., Салам-3аде М. М., Електричний захист підземних металевих спорудженні? від корозії,? Азнефтеіздат, 1954.

11. Захист підземних металевих трубопроводів і кабелів? ? Від корозії, Збірник під ред. В. Н. Мілиітеі? На, Изд. Мін. ? Ком. госп. РРФСР, 1954.

12. Хижняков В.І. Корозія трубної сталі в дефектах ізоляційного покриття нафтопроводів центральній частині Західного Сибіру, ​​корозія і захист в нафтогазовій промисловості, М., ВНІІОЕНГ, 1882, № 10.

13. Хижняков В.І. Про саморегулювання катодного захисту підземних трубопроводів. . Корозія і захист в нафтогазовій промисловості, М., ВНІІОЕНГ, 1983, № 6.

14. Хижняков В.І., Гамза В.В., обливанцями Ю.Н. Зонд і польовий полярограф для визначення граничного струму кисню при корозії підземних трубопроводів. Корозія і захист в нафтогазовій промисловості, М., ВНІІОЕНГ, 1984, № 4.

15. Хижняков В.І., Глазов Н.П., Налеснік О.І. До оцінки вмісту кисню в грунті за значенням граничного струму по кисню на платиновому електроді. Корозія і захист в нафтогазовій промисловості, М .. ВНІІОЕНГ, 1978, № 2.

16. Хижняков В.І., Глазов Н.П., Налеснік О.І. Математична модель дифузії кисню до поверхні підземного трубопроводу. В зб. Теорія і практика захисту від корозії, Куйбишев, 1977.

17. Хижняков В.І., Глазов Н.П., Налеснік О.І. Дослідження процесу корозії сталевих зразків з пошкодженою ізоляцією в грунтах Томського Приобья. В зб. Прогресивні матеріали, технології та обладнання для захисту виробів, металоконструкцій і споруд від корозії, Горький, 1983.

18. Хижняков В.І., Глазов Н.П., Налеснік О.І. Дослідження корозії трубної сталі у вологих ґрунтах Середнього Приобья. Корозія і захист свердловин, трубопроводів і морських споруд в газовій промисловості, М., ВНІІОЕГазпром, 1982, № 4.

19. Хижняков В.І., Глазов Н.П., Налеснік О.І. Щодо визначення коефіцієнта дифузії кисню в грунтах при корозії підземних сталевих споруд. Корозія і захист свердловин, трубопроводів і морських споруд в газовій промисловості, М., ВНІІОЕГазпром, 1983, № 3.

20. Хижняков В.І., Дмитрієва О.М., Тропина Т.М. Розподіл щільності струму катодного захисту в залежності від доставки кисню. - Методи дослідження в хімії та хімічній технології: Матеріали науково-практичної конференції, Томськ, 1986, с. 7 - 23. - Деп. в ОНІІТЕХІМ, м.Черкаси, 27.11.86, № 1397-ХП-86.

21. Хижняков В.І. Досвід корозійного обстеження магістральних нафтопроводів в умовах центральної частини Західного Сибіру. Трубопровідний транспорт нафти, М., 1992, № 6.

22. Хижняков В.І., Штин І.В. Аналіз корозійного стану порожнини магістрального нафтопроводу Олександрівське - Анжеро - Судженськ. Трубопровідний транспорт нафти, М., 2000, № 4.

23. Хижняков В.І., Махрин В.І. Захист від корозії резервуарів для зберігання нафти. М., Трубопровідний транспорт нафти, М., 2003 № 3.

24. Хижняков В.І. Захист магістральних нафтопроводів від грунтової корозії. . Трубопровідний транспорт нафти, М., 2004, № 12.

25. Хижняков В.І., Жилін О.В. Вибір режимів катодного захисту, що виключають стрес-корозійне розтріскування підземних нафтогазопроводів. В зб. Екологічні проблеми і тегногенная безпеку будівництва, експлуатації та реконструкції на об'єктах нафтової. Нові технології і матеріали. Томськ, 2005.

26. Хижняков В.І., Іванов Ю.О., Назаров Б.Ф. Переносний польовий прилад для визначення залишкової швидкості корозії і ступеня наводороживания стінки нафтогазопроводів при різних режимах катодного захисту. В зб. Екологічні проблеми та техногенна безпека будівництва, експлуатації та реконструкції на об'єктах нафтової. Нові технології і матеріали. Томськ, 2005.

27.Хижняков В.І., Трофимова Є.В. Перевищення струму катодного захисту над граничним по кисню - фактор електролітичного наводороживания трубних сталей. - В зб. Сучасні методи і технології захисту від корозії і зносу, М. 2009, с. 8 - 9.

28. Хижняков В.І.Вліяніе режимів катодного захисту на ступінь придушення грунтової корозії трубних сталей і на обсяг поглиненого при цьому водню. - Вісник Російської Академії Природничих Наук (Західно- сибірське відділення), 2009, вип. 11, с. 160 - 166.

29. Гост 12.0.003-74 ССБТ. Небезпечні і шкідливі виробничі фактори. Класифікація

30. Гост 12.1.010-76 ССБТ. Вибухобезпека.

31. Гост 12.1.011-78 Суміші вибухонебезпечні. Класифікація та методи випробування

32. Гост 12.1.019-79 ССБТ. Електробезпека. Загальні вимоги і номенклатура видів захисту

33. Гост 12.1.003-83 Шум загальні вимоги безпеки

34. ГОСТ 12.1.005-88 Загальні санітарно-гігієнічні вимоги до повітря робочої зони

35. ГОСТ 12.4.011-89 Система стандартів безпеки праці засоби захисту працюючих

36. Гост 12.1.004-91 Пожежна безпека

37. Електронний ресурс, http://www.psychologos.ru/articles/view/socialnaya_otvetstvennost;

38. Електронний ресурс, Дотримання роботодавцями режиму праці і відпочинку працівників, що працюють в холодну пору, http://git11.rostrud.ru/razyasneniya-i-konsultatsii/soblyudenie-rabotodatelyami-rezhima-truda-i-otdykha-rabotnikov-rabotayushchikh- v-kholodnoe-vremya / 14694.html;

39. Методичні рекомендації МР 2.2.7.2129-06 Режими праці і відпочинку працюючих в холодну пору на відкритій терріторііілі в неопалюваних приміщеннях;

40. Електронний ресурс, http://www.grandars.ru/shkola/bezopasnost-zhiznedeyatelnosti/proizvodstvennaya-vibraciya.html;

41. Федеральний закон від 30.03.1999 N 52-ФЗ (ред. Від 28.11.2015) «Про санітарно-епідеміологічне благополуччя населення»

42. Електронний ресурс, http://www.grandars.ru/shkola/bezopasnost-zhiznedeyatelnosti/opasnye-proizvodstvennye-faktory.html;

43. Електронний ресурс, Охорона праці і БЖД, Дія електричного струму на людину, http://ohrana-bgd.narod.ru/prokat_32.html;

44. Електронний ресурс, Первинні засоби і стаціонарні установки для гасіння пожеж, http://www.0-1.ru/law/showdoc.asp?dp=ppbo-103-79&chp=17;

45. «Трудовий кодекс Російської Федерації» від 30.12.2001 N 197-ФЗ (ред. Від 30.12.2015);

46. ​​Закон РФ від 19.02.1993 N 4520-1 (ред. Від 31.12.2014) «Про державні гарантії і компенсації особам, які працюють і проживають в районах Крайньої Півночі і прирівняних до них місцевостях»;

47. «Трудовий кодекс Російської Федерації» від 30.12.2001 N 197-ФЗ (ред. Від 30.12.2015) Стаття 315. Оплата праці;

48. Електронний ресурс, Районний коефіцієнт і надбавка до заробітної плати працівників крайньої півночі, http://www.profiz.ru/kr/8_2012/zarplata_sever/;

49. Закон РФ від 19.02.1993 N 4520-1 (ред. Від 31.12.2014) «Про державні гарантії і компенсації особам, які працюють і проживають в районах Крайньої Півночі і прирівняних до них місцевостях»;

50. Федеральний закон від 21.12.1994 N 68-ФЗ (ред. Від 15.02.2016) «Про захист населення і територій від надзвичайних ситуацій природного і техногенного характеру»;

51. Федеральний закон від 21.07.1997 N 116-ФЗ (ред. Від 13.07.2015) «Про промислову безпеку небезпечних виробничих об'єктів»

52. Статейного дані. Огляд методів захисту трубопроводів від корозії ізоляційними покриттями;

додаток А

Mechanisms of Stress-Corrosion Cracking

Stress-corrosion cracking (SCC) is a term used to describe service failures in engineering materials that occur by slow, environmentally induced crack propagation. The observed crack propagation is the result of the combined and synergistic interaction of mechanical stress and corrosion reactions. Before SCC can be discussed in detail, we must clearly define the type of loading involved, the types of materials involved, the types of environments that cause SCC, and the nature of the interactions that result in this phenomenon. The term "stress-corrosion cracking" is frequently used to describe any type of environmentally induced or assisted crack propagation. However, this discussion will focus on the normal usage of the term as defined below.

One common misconception is that SCC is the result of stress concentration at corrosiongenerated surface flaws (as quantified by the stress-intensity factor, K); when a critical value of stress concentration, Kcnu is reached, mechanical fracture results. Although stress concentration does occur at such flaws, it does not exceed the critical value required to cause mechanical fracture of the material in an inert environment. Precorrosion followed by loading in an inert environment will not result in any significant crack propagation, while simultaneous environmental exposure and application of stress will cause time-dependent subcritical crack propagation. The term "synergy" is used to describe this process because the combined simultaneous interaction of mechanical and chemical forces results in crack propagation, whereas neither factor acting independently or alternately would result in the same effect. The exact nature of this interaction is the subject of numerous scientific investigations and will be covered in the section "Crack-Propagation Mechanisms" in this chapter.

The stresses required to cause SCC are small, usually below the macroscopic yield stress, and are tensile in nature. The stresses can be externally applied, but residual stresses often cause SCC failures. However, compressive residual stresses can be used to prevent this phenomenon. Static loading is usually considered to be responsible for SCC, while environmentally induced crack propagation due to cyclic loading is defined as corrosion fatigue. The boundary between these two classes of phenomena is vague, and corrosion fatigue is often considered to be a subset of SCC. However, because the environments that cause corrosion fatigue and SCC are not always the same, these two should be considered separate phenomena. The term "stress-corrosion cracking" is usually used to describe failures in metallic alloys. However, other classes of materials also exhibit delayed failure by environmentally induced crack propagation. Ceramics exhibit environmentally induced crack propagation and polymeric materials frequently exhibit craze cracking as a result of the interaction of applied stress and environmental reactions.

The mechanical properties of composites will degrade if exposure to the environment attacks the matrix, the reinforcing phase, or the matrix-to-reinforcement interface; if crack propagation results during static loading, this degradation is SCC. Until recently, it was thought that pure metals were immune to SCC, but it is now known that this is not true. Because considerably more research has been conducted on the SCC behavior of metallic alloys, the discussion in this chapter will focus on SCC of metals and their alloys. Environments that cause SCC are usually aqueous and can be either condensed layers of moisture or bulk solutions. SCC is alloy / environment specific; that is, it is frequency the result of a specific chemical species in the environment. For example, the SCC of copper alloys, traditionally referred to as season cracking, is usually due to the presence of ammonia in the environment, and chloride ions cause or exacerbate cracking in stainless steels and aluminum alloys. Also, an environment that causes SCC in one alloy may not cause it in another. Changing the temperature, the degree of aeration, and / or the concentration of ionic species may change an innocuous environment into one that causes SCC failure. Also, different heat treatments may make the same alloy either immune or susceptible. As a result, the list of all possible alloy / environment combinations that cause SCC is continually expanding, and the possibilities are virtually infinite. Some of the more commonly observed alloy / environment combinations that result in SCC are listed in Table 1.

In general, SCC is observed in alloy / environment combinations that result in the formation of a film on the metal surface. These films may be passivating layers, tarnish films, or dealloyed layers. In many cases, these films reduce the rate of general or uniform corrosion, making the alloy desirable for resistance to uniform corrosion in the environment. As a result, SCC is of greatest concern in corrosion-resistant alloys exposed to aggressive aqueous environments. Table 2 lists several alloy / environment combinations and the films that may form at the crack tip.

The Phenomenon of SCC

Stress-corrosion cracking is a delayed failure process. That is, cracks initiate and propagate at a slow rate (for example, 10 -9 to 10 -6 m / s) until the stresses in the remaining ligament of metal exceed the fracture strength . The sequence of events involved in the SCC process is usually divided into three stages:

· Crack initiation and stage 1 propagation

· Stage 2 or steady-state crack propagation

· Stage 3 crack propagation or final failure

The characteristics of each of these stages will be discussed in greater detail below. First, however, the techniques used to measure SCC will be reviewed briefly. Stress-corrosion cracking experiments can be categorized as:

· Tests on statically loaded smooth samples

· Tests on statically loaded precracked samples

· Tests using slowly straining samples

Tests on statically loaded smooth samples are usually conducted at various fixed stress levels, and the time to failure of the sample in the environment is measured. Figure 1 illustrates the typical results obtained from this type of test. In Fig. 1, the logarithm of the measured time to failure, t f, is plotted against the applied stress, a applied, and the time to failure can be seen to increase rapidly with decreasing stress ; a threshold stress, у, is determined where the time to failure approaches infinity. The total time to failure at a given stress consists of the time required for the formation of a crack (the incubation or initiation time, t in, and the time of crack propagation, t cp). These experiments can be used to determine the maximum stress that can be applied in service without SCC failure, to determine an inspection interval to confirm the absence of SCC crack propagation, or to evaluate the influence of metallurgical and environmental changes on SCC.

However, the time required for crack initiation is strongly dependent on a wide variety of parameters, such as surface finish. The presence of flaws that concentrate stress or crevices that alter the environment may dramatically change the threshold stress or the crack-initiation time. The entire crack-initiation process is presently not well understood. Tests on statically loaded precracked samples are usually conducted with either a constant applied load or with a fixed crack opening displacement, and the actual rate or velocity of crack propagation, da / dt, is measured. The magnitude of the stress distribution at the crack tip (the mechanical driving force for crack propagation) is quantified by the stress-intensity factor, K, for the specific crack and loading geometry.

As a result, the crack-propagation rate, da / dt, is plotted versus K, as illustrated in Fig.2. These tests can be configured such that K increases with crack length (constant applied load), decreases with increasing crack length (constant crack mouth opening displacement), or is approximately constant as the crack length changes (special tapered samples). Each type of test has its advantages and disadvantages. However, in service, most SCC failures occur under constant-load conditions, so that the stress intensity increases as the crack propagates. As a result, it is usually assumed in SCC discussions that the stress intensity is increasing with increasing crack length.

Typically, three regions of crack-propagation rate versus stress-intensity level are found during crack-propagation experiments. These are identified according to increasing stress-intensity factor as stage 1,2, or 3 crack propagation (Fig. 2). No crack propagation is observed below some threshold stress -intensity level, K ISCC. This threshold stress level is determined not only by the alloy but also by the environment and metallurgical condition of the alloy, and, presumably, this level corresponds to the minimum required stress level for synergistic interaction with the environment. At low stress-intensity levels (stage 1), the crack-propagation rate increases rapidly with the stress-intensity factor. At intermediate stress-intensity levels (stage 2), the crack-propagation rate approaches some constant velocity that is virtually independent of the mechanical driving force. This plateau velocity is characteristic of the alloy / environment combination and is the result of rate-limiting environmental processes such as mass transport of environmental species up the crack to the crack tip. In stage 3, the rate of crack propagation exceeds the plateau velocity as the stress -intensity level approaches the critical stress-intensity level for mechanical fracture in an inert environment , K IC.

Slow-Strain-Rate Testing. Stress-corrosion tests can also be conducted by slowly increasing the load or strain on either precracked or smooth samples. These tests are called constant-extension-rate tests, slow-strain-rate tests, or straining electrode tests. Usually, a tensile machine pulls a smooth sample that is exposed to the corrosive environment at a low crosshead speed (10 -5 to 10 -9 m / s). The strain to failure in the corrosive environment and the strain to failure in an inert environment can then be plotted against the strain rate, as shown in Fig. 3 (a), or the ratio of these measurements can be plotted as shown in Fig. 3 (b). The ratio of other tensile-property measurements, such as reduction in area and ultimate tensile strength, may be plotted. Frequently, this type of test is used to evaluate the influence of metallurgical variables, such as heat treatment, on SCC resistance. This type of experiment yields rapid comparisons. However, since the mechanical properties of the samples also vary with the metallurgical condition, such evaluations can become difficult.

As a result, it was proposed (Ref 13) that the environment-dependent property be plotted versus the inert-environment or environment-independent value of this property, as shown in Fig. 4. In this manner, the strength of the material in the environment, or the "situation-dependent strength", and the extent of any environmental effect can be visualized simultaneously. However, the application of these data to the prediction of actual inservice lifetimes is difficult and unreliable.

Overview of SCC Mechanisms

Many different mechanisms have been proposed to explain the synergistic stress-corrosion interactions that occur at the crack tip, and there may be more than one process that causes SCC. The proposed mechanisms can be classed into two basic categories: anodic mechanisms and cathodic mechanisms. That is, during corrosion, both anodic and cathodic reactions must occur, and the phenomena that result in crack propagation may be associated with either type. The most obvious anodic mechanism is that of simple active dissolution and removal of material from the crack tip. The most obvious cathodic mechanism is hydrogen evolution, absorption, diffusion, and embrittlement. However, a specific mechanism must be able to explain the actual crack-propagation rates, the fractographic evidence, and the mechanism of formation or nucleation of cracks.

Mechanical fracture includes normal fracture processes that are assumed to be stimulated or induced by one of the following interactions between the material and the environment:

· Adsorption of environmental species

· Surface reactions

· Reactions in the metal ahead of the crack tip

· Surface films

All of the proposed mechanical fracture mechanisms contain one or more of these processes as an essential step in the SCC process. Specific mechanisms differ in the processes assumed to be responsible for crack propagation and the way that environmental reactions combine to result in the actual fracture process.

Controlling Parameters

The mechanisms that have been proposed for SCC require that certain processes or events occur in sequence for sustained crack propagation to be possible. These requirements explain the plateau region in which the rate of crack propagation is independent of the applied mechanical stress. That is, a sequence of chemical reactions and processes is required, and the rate-limiting step in this sequence of events determines the limiting rate or plateau velocity of crack propagation (until mechanical overload fracture starts contributing to the fracture process in stage 3). Figure 5 illustrates a crack tip in which crack propagation results from reactions in metal ahead of the propagating crack. This example was chosen because it maximizes the number of possible rate-limiting steps. Close examination of Fig. 5 reveals that potential rate-determining steps include:

· Mass transport along the crack to or away from the crack tip

· Reactions in the solution near the crack

· Surface adsorption at or near the crack tip

· Surface diffusion

· Surface reactions

· Absorption into the bulk

· Bulk diffusion to the plastic zone ahead of the advancing crack

· Chemical reactions in the bulk

· The rate of interatomic bond rupture

Changes in the environment that modify the rate-determining step will have a dramatic influence on the rate of crack propagation, while alterations to factors not involved in the rate-determining step or steps will have little influence, if any. However, significantly retarding the rate of any one of the required steps in the sequence could make that step the rate-determining one. In aqueous solutions, the rate of adsorption and surface reactions is usually very fast compared to the rate of mass transport along the crack to the crack tip. As a result, bulk transport into this region or reactions in this region are frequently believed to be responsible for determining the steady-state crack-propagation rate or plateau velocity. In gaseous environments, surface reactions, surface diffusion, and adsorption may be rate limiting, as well as the rate of bulk transport to the crack tip. Several different environmental parameters are known to influence the rate of crack growth in aqueous solutions. These include, but are not limited to:

· Temperature

· Pressure

· Solute species

· Solute concentration and activity. pH

· Electrochemical potential

· Solution viscosity

· Stirring or mixing

Altering any of these parameters may affect the rate of the rate-controlling steps, either accelerating or reducing the rate of crack propagation. Also, it may be possible to arrest or stimulate crack propagation by altering the rate of an environmental reaction. It is well known and generally accepted that the environment at occluded sites, such as crack tips, can differ significantly from the bulk solution. If an alteration to the bulk environment allows the formation of a critical SCC environment at crack nuclei, then crack propagation will result. If the bulk environment can not maintain this local crack-tip environment, then crack propagation will stop. As a result, slight changes to the environment may have a dramatic influence on crack propagation, while dramatic changes may have only a slight influence. In addition to the environmental parameters listed above, stress-corrosion crack-propagation rates are influenced by:

· The magnitude of the applied stress or the stress-intensity factor

· The stress state, which includes (1) plane stress and (2) plane strain *

· The loading mode at the crack tip (tension or torsion, for example)

· Alloy composition, which includes (1) nominal composition, (2) exact composition (all constituents), and (3) impurity or tramp element composition

· Metallurgical condition, which includes (1) strength level, (2) second phases present in the matrix and at the grain boundaries, (3) composition of phases, (4) grain size, (5) grain-boundary segregation, and ( 6) residual stresses

· Crack geometry, which includes (1) length, width, and aspect ratio, and (2) crack opening and crack-tip closure

Important Fracture Features

Stress-corrosion cracks can initiate and propagate with little outside evidence of corrosion and with no warning as catastrophic failure approaches. The cracks frequently initiate at surface flaws that either preexist or are formed during service by corrosion, wear, or other processes. The cracks then grow with little macroscopic evidence of mechanical deformation in metals and alloys that are normally quite ductile. Crack propagation can be either intergranular or trans- granular; sometimes, both types are observed on the same fracture surface.

Crack openings and the deformation associated with crack propagation may be so small that the cracks are virtually invisible except in special nondestructive examinations. As the stress intensity increases, the plastic deformation associated with crack propagation increases and the crack opening increases. When the final fracture region is approached, plastic deformation can be appreciable, because corrosionresistant alloys are frequently quite ductile.

Phenomenology of Crack-Initiation Processes

Crack Initiation at Surface Discontinuities

Stress-corrosion cracking frequently initiates at preexisting or corrosion-induced surface features. These features may include grooves, laps, or burrs caused by fabrication processes. Examples of such features are shown in Fig. 6; these were produced during grinding in the preparation of a joint for welding. The feature shown in Fig. 6 (a) is a lap, which is subsequently recrystallized during welding and could then act as a crevice at which deleterious anions or cations concentrate. The highly sensitized recrystallized material could also more readily become the site of crack initiation by intergranular corrosion. A coldworked layer and surface burrs, shown in Fig. 6 (b), can also assist crack initiation.

Crack Initiation at Corrosion Pits. Stresscorrosion cracks can also initiate at pits that form during exposure to the service environment (Fig. 7) or during cleaning operations, such as pickling of type 304 stainless steel before fabrication. Pits can form at inclusions that intersect the free surface or by a breakdown in the protective film. In electrochemical terms, pits form when the potential exceeds the pitting potential. It has been shown that the SCC potential and pitting potential were identical for steel in nitrite solutions.

The transition between pitting and cracking depends on the same parameters that control SCC, that is, the electrochemistry at the base of the pit, pit geometry, chemistry of the material, and stress or strain rate at the base of the pit.Adetailed description of the relationship between these parameters and crack initiation has not been developed because of the difficulty in measuring crack initiation. Methods for measuring short surface cracks are under development, but are limited to detecting cracks that are beyond the initiation stage. The geometry of apit is important in determining the stress and strain rate at its base. Generally, the aspect ratio between the penetration and the lateral corrosion of a pit must be greater than about 10 before a pit acts as a crackinitiation site. A penetration to lateral corrosion ratio of 1 corresponds to uniform corrosion, and a ratio of about 1000 is generally observed for a growing stress-corrosion crack. As in the ease of a growing crack, the pit walls must exhibit some passive-film-forming capability in order for the corrosion ratio to exceed 1. A change in the corrosive environment and potential within a pit may also be necessary for the pit to act as a crack initiator. Pits can act as occluded cells similar to cracks and crevices, although in general their volume is not as restricted. There are a number of examples in which stresscorrosion cracks initiated at the base of a pit by intergranylar corrosion. In these circumstances, the grain-boundary chemistry and the pit chemistry were such that intergranular corrosion was favored. Crack propagation was also by intergranular SCC in these cases. Although the local stresses and strain rates at the base of the pit play a role in SCC initiation, there are examples of preexisting pits that did not initiate stress-corrosion cracks.

This observation has led to the conclusion mat the electrochemistry of the pit is more important than the local stress or strain rate. A preexisting pit may not develop the same local electrochemistry as one grown during service, because the development of a concentration cell depends on the presence of an actively corroding tip that establishes the anion and cation current flows. Similarly, an inability to reinitiate crack growth in samples in which active growth was occurring before the samples were removed from solution, rinsed, dried, and reinserted into solution also suggests that the local chemistry is very important. Crack Initiation by Intergranular Corrosion or Slip Dissolution.

Stress-corrosion crack initiation can also occur in the absence of pitting by intergranular or slip-dissolution processes. Intergranular corrosion-initiated SCC requires that the local grain-boundary chemistry differ from the bulk chemistry. This condition occurs in sensitized austenitic stainless steels or with the segregation of impurities such as phosphorus, sulfur, or silicon in a variety of materials. Slip-dissolu tion-initiated SCC results from local corrosion at emerging slip planes and occurs primarily in lowstacking-fault materials.

The processes of crack initiation and propagation by the slip-dissolution process are in fact very similar. Crack initiation can be thought of as occurring in several stages, including the first few atomic layers that fail due to the transition from shortcrack to long-crack behavior. Evidence obtained by electrochemical and acoustic-emission monitoring of crack initiation in austenitic stainless steel suggests that the process occurs by the initiation of multiple short cracks prior to the propagation of a single dominant crack.

Retardation of the initiated cracks occurs because of variations in grain-boundary sensitization, crack angle, electrochemistry, and so on, with cracks being arrested after they grow about one grain diameter. Details of the conditions required for a single dominant crack to propagate have not been fully evaluated, but most likely it is a statistical process where there is a finite probability for a crack to find a path that does not retard its growth. Another concept suggested by Parkins for gas pipeline SCC initiation involves crack coalescence. It has been suggested that crack initiation in gas pipeline steels occurs by the following steps:

· Penetration of ground water to the pipeline surface and generation of a critical SCC environment

· Initially rapid formation of multiple cracks, the velocity decreasing with time to a constant value

· A period of constant crack-growth velocity

· Conventional stages 1,2, and 3 as described by single-crack behavior, during which time crack coalescence leads to final fracture



Скачати 194.09 Kb.






    Головна сторінка



Аналіз причин виникнення і розвитку стрес-корозійних дефектів в процесі тривалої експлуатації підземних трубопроводів

Скачати 194.09 Kb.