Корозія трубопроводів

Вступ

Термін "корозія" походить від  латинського слова "corrodere", що означає "поїдати". Найбільш відомою формою корозії є ржавіння заліза і сталі. Аналогічні процеси протікають і з іншими металами, а також з неметалічними матеріалами, наприклад пластмасами, бетоном і керамікою. Згідно з визначенням термін "корозія" означає процес. Цей процес полягає у фізико-хімічній реакції між матеріалом і навколишнім середовищем і призводить до змін у властивостях матеріалу. Результатом є "корозійний ефект", звичайно шкідливий, але іноді й корисний. Прикладами шкідливих корозійних ефектів є псування матеріалу, забруднення навколишнього середовища продуктами корозії й порушення функцій системи (наприклад, теплової електростанції), фізико-хімічними складовими частинами якої є й матеріал, і навколишнє середовище. Корозійне руйнування залишків, типу залишених у сільській місцевості порожніх консервних банок, кинутих машин являє собою приклади корозійних ефектів, які можна вважати корисними.

Корозія металів призводить до більших  порушень у житті суспільства.  
Надійність конструкцій перебуває під загрозою. Це стосується, наприклад, до підземних водопроводів, які можуть виходити з ладу через корозію. Іншим прикладом може бути електронне обладнання, на важливі контрольні функції якого може вплинути корозія; морські нафтові платформи, що працюють у надзвичайно важких коррозійнно-небезпечних умовах; ядерні електростанції, де корозійні ушкодження можуть призвести до дорогих аварій, у деяких випадках абсолютно неприпустимимих з погляду безпеки. Перерви виробництва, викликані корозією, здобувають усе більш серйозне значення для суспільства, оскільки використовуються усе більш складні конструкції.  
Зрештою, корозія приводить до втрат енергії, головним чином тієї, яка затрачається в процесі виробництва металів з руд. Однак можуть втрачатись й метали. Як правило, метали не вдається заново одержати із прийнятним енергетичним виходом з корозійних продуктів, які розносяться водою й вітром.  
Може постраждати навколишнє середовище. Наскрізна корозія підземних нафтових цистерн може бути прикладом загрози ґрунтовим водам.  
Було зроблено багато спроб оцінити витрати суспільства, пов'язані з корозією. Це є витрати на захист від корозії, вартість заміни ушкоджених корозією частин, збитки від різних неполадок у результаті корозії: зупинок виробництва або аварій, що приводять до нещасних випадків або руйнувань. Оцінки приводять до висновку, що загальні річні витрати у зв'язку з корозією в розвинених країнах становлять близько 4 % валового національного продукту. Частина цих витрат неминуча, було б економічно нереально повністю виключити корозійне руйнування. Проте, безперечно можна значно скоротити втрати за рахунок кращого використання тих знань, якими ми сьогодні маємо; відповідно одній з оцінок, близько 15 % корозійних витрат віідносяться до цієї категорії.

Враховуючи соціальне значення корозії, важливо, щоб кожний інженер  за час навчання був обізнаний  у питаннях корозії, і щоб усі  доступні відомості можна було б  легко відшукати й застосувати  на практиці. Однак технічний прогрес  постійно породжує нові корозійні проблеми, розробляються нові матеріали, добре  відомі матеріали використовуються в нових конструкціях, створюються  нові корозійні середовища. Із цієї причини поточний рівень знань недостатній  і потрібні подальші дослідження  й досягнення в області корозії  як доповнення до технічного прогресу в цілому.

Основною причиною корозії металу трубопроводів і резервуарів  є термодинамічна нестійкість металів. Саме тому переважна більшість металів  у земній корі перебуває у зв'язаному  стані у вигляді окислів, солей  і інших з'єднань. Згідно із другим законом термодинаміки, будь-яка  система прагне перейти зі стану  з більшою енергією в стан з  меншою енергією.

Підводячи підсумки вищесказаному, можна  зробити невтішний висновок, що корозія  трубопроводів — процес неминучий. Однак знання людей про механізм корозії, може загальмувати його таким  чином, щоб забезпечити збереження працездатності трубопроводів протягом досить тривалого часу.

Існують безліч захисних покриттів  для трубопроводів, резервуарів  і обладнання. Усі вони повинні  задовольняти наступні основні вимоги:

Мати високі діелектричні властивості;

Бути суцільними;

Мати добру адгезію до металу трубопроводу;

Бути водонепроникними;

Мати високу механічну міцність і еластичність;

Бути термостійкими;

Конструкція покриття повинна бути порівняно простою, а технологія їх нанесення — допускати можливість механізації.

Матеріали, що входять до складу покриття, повинні бути недефіцитними, а саме покриття — недорогим і довговічним.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Вибір траси газопроводу та технологічної схеми

 

В даному пункті курсової роботи розглядається  магістральний газопровід “Союз” ділянка Кременчук - Богородчани. Загальна довжина даної дільниці становить 710,5 км. Дана ділянка газопроводу  “Союз” проходить через сім областей України: Полтавська, Кіровоградська, Черкаська, Вінницька, Хмельницька, Тернопільська, Івано-Франківська.

 По території Полтавської області довжина даної дільниці становить 10,5 кілометрів; по Кіровоградській області-150 кілометрів; по Черкаській області- 130 області; по Вінницькій області-185 кілометрів; по Хмельницькій області-115 кілометрів; по Тернопільській області-95 кілометрів; по Івано-Франківській області-25 кілометрів.

Даний участок газопроводу проходить по гірській місцевості 247,5 кілометрів (9,6%), а по рівнинній місцевості довжина складає 463 кілометрів (90,4%).

Початок даного участка газопроводу починається на Північному Сході від міста Кременчук із компресорної станції “Кременчук”. На виході із компресорної станції встановлено кран “В”. На 55-му кілометрі  газопровід перетинає Кременчуцьке водосховище. Тут встановлено лупінг і крановий вузол. На 70-му кілометрі розташована трубозварювальна база на відстані 6 кілометрів від осі магістральнного газопроводу “Союз”. Далі газопровід  проходить поплизу населених пунктів: Микильське, Глинськ, Григорівка, Іванківці, поблизу якого встановлено газорозподільчу станцію. На 96-му  кілометрі встановлено крановий вузол. Поблизу селищ Кривоносілля та Бірки встановлено газорозподілчу станцію. На 100-му кілометрі газопровід перетинає автодорогу Знам’янка-Кам’янка. Також тут підключена газорозподільча станція. На 104-му кілометрі встановлено крановий вузол. На південь від міста Олександріївка встановлена компресорна станція “Олександрівка”. Перед компресорною станцією встановлено кран “А”, а на виході- кран “В”. Далі газопровід проходить неподалік від населиних пунктів: Тишківка, Пастирське. На 170-му кілометрі газопровід перетинає залізницю. У селі Тишківка розташована трубозварювальна база, яка знаходиться на південь від осі трубопроводу на відстані 5 кілометрів. Подальший напрямок газопроводу -  на південний захід , проходячи неподалік від міста Шпола, селища Мокра Калигірка, Красліва.  На 202-му кілометрі встановлено крановий вузол. На 225-му кілометрі підключена газорозподільна станція. На Півдні від міста Тальне встановлена компресорна станція “Тальне”. Перед компресорною станцією встановлено кран “А”, а на виході- кран “В”. Далі газопровід прямує на захід неподалік міста Умань, Христинівка, Маньківка. На 232-му кілометрі встановлено крановий вузол. На 245-му кілометрі газопровід  “Союз” перетинає автодорогу Умань- Київ, а через 1 кілометр встановлено крановий вузол. На Півночі від міста Христинівка до газопроводу підключена газорозподільча станція. На 276-му кілометрі встановлено крановий вузол. На північний захід від міста Гайсин встановлена компресорна станція “Гайсин”. Перед компресорною станцією встановлено кран “А”, а на виході- кран “В”. У місті Ситків, що знаходиться на Півночі від осі магістрального газопроводу “Союз” , розташована трубозварювальна база на відстані 4 кілометра. На 336-му кілометрі газопровід перетинає залізницю та автодорогу Вінниця – Умань. Тут встановлено крановий вузол. На 339-му  кілометрі газопровід  “Союз” перетинає річку Південний Буг. Тут встановлено лупінг та крановий вузол.  На 346-му кілометрі газопровід  “Союз” під’єднюється у паралельну нитку із газопроводами “Прогрес” та “Уренгой-Помари-Ужгород”. На 380-му кілометрі газопровід  “Союз” проходить неподалік від міста Жмеринка, що знаходиться у Вінницькій області. На відстані 6 кілометрів від  осі трубопроводу на Північ розташована трубозварювальна база. На 430-му кілометрі газопровід перетинається із майбутнім нафтопроводом  “Южний-Броди”. На Півдні від міста Бар на відстані 7 кілометрів встановлена компресорна станція “Бар”. Перед компресорною станцією встановлено кран “А”, а на виході- кран “В”. На 466-му кілометрі поблизу міста Дунаївці розташована трубозварювальна база на відстані 3 кілометра. На 475-му кілометрі газопровід перетинає залізницю. На 525-му кілометрі проходить через компресорну станцію “Гусятин”. Вона знаходиться на схід від міста Гусятин на відстані 6 кілометрів. Далі газопровід прямує неподалік міста Гусятин, Чортків, Бучач, Монастирська. На 329-му кілометрі, 359-му кілометрі, 389-му кілометрі, 419-му кілометрі, 449-му кілометрі, 479-му кілометрі, 509-му кілометрі та 639-му кілометрі встановлено кранові вузоли. Неподалік населеного пункту Бариш підключена газорозподільна станція. Дальше газопровід прямує на Південний Захід. На 669-му і 699-му кілометрі встановлено крановий вузол. Дальше газопровід прямує на південний захід і на північ від міста Богородчани на 710-му кілометрі встановлено компресорну станцію “Богородчани”. Перед компресорною станцією встановлено кран “А”, а на виході- кран “В”.

Таким чином, на даній ділянці газопроводу  “Союз” встановлено: 7 компресорних станцій, 21 лінійних кранів, підключено 5 газорозподільчих станцій. По рівнині проходить 463 км трубопроводу, в горах проходить 247,5 км трубопроводу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2  Характеристика грунтів по трасі як корозійного середовища

 

Ґрунти  являють  собою  капілярно-пористі,  часто  колоїдні системи, пори яких заповнені повітрям і вологою, причому  вода  з  частками  ґрунту  може  бути  зв'язана фізико-механічно  або  у  вигляді  поверхневих  плівок,  фізико-хімічно і хімічно. Ґрунтова корозія залежить від багатьох факторів, до  яких  належать:  хіміко-мінералогічний склад, показник рН, вологість, вміст газів, структура, електропровідність та бактеріальний склад.

Лінійна частина магістрального трубопроводу знаходиться в різних грунтових, геологічних, кліматичних умовах, перетинає природні та штучні перешкоди, що в свою чергу вимагає застосування різного протикорозійного захисту на окремих ділянках.

Відм. Золотоноша Черкаської області до смт. Гусятин Тернопільської області газопровід прокладений в чорноземах. Для цього типу грунту питомий електричний опір складає 30 Ом*мм²/м, середньорічна температура грунту+10ºС.

На ділянці  Гусятин – Богородчани трубопровід прокладений переважно в сірих лісових грунтах.У лісостеповій зоні середньорічна температура грунтів +8ºС. Питомий електричний опір лесу та лесовидних суглинків 40 Ом*мм²/м.

Частина газопроводу в районі м. Богородчани проходить переважно через гірську місцевість зі скелястими гірсько-лісовими грунтами, середньорічна температура яких становить +6ºС;  питомий опір грунту приймаємо 50 Ом*мм²/м.

Таким чином, для подальших розрахунків будемо користуватися наступними значеннями питомого електричного опору ґрунту на окремих ділянках газопроводу:

- ПК 0 – ПК 480: чорнозем, ρ =30 Ом·мм²/м, T_c=10 °C;

- ПК 480 –  ПК 600: лесовидний ґрунт, ρ =40 Ом·мм²/м;T_c=8 °C;

- ПК 600 –  ПК 720: скелястий ґрунт, ρ =50 Ом·мм²/м; T_c=6 °C.

 

3 Розрахунок фізичних  властивостей газу

 

Молекулярну масу суміші газу визначаємо за формулою:

                                                   (3.1)

Густина газу визначається за  формулою:

                                           (3.2)

де  - молекулярна маса суміші газу;

   - об’ємне число Авогадро, =22,4 л/ моль.

Визначаємо  відносну густину газу за повітрям:

                                          Δ=                                              (3.3)

де   - густина газу;

- густина повітря.

Критична  температура визначається  за формулою:

                                                      (3.4)

де   - критична температура і-того елемента;

 

 

Критичний тиск визначається  за формулою:

                                                 (3.5)

де   - критичний тиск і-того елемента.

 

 

Перехід від об’ємних до масових частин розраховується за формулою:

                                                   (3.6)

 

 

 

 

 

 

 

 

Теплоємність  суміші газу визначаємо за формулою:

                                            (3.7)

 

 

 

 

Нижча теплота  згорання визначається  за формулою:

                                         (3.8)

 

де   - нижча теплота згорання і-го елемента.

Отже  провівши дані розрахунки ми отримали нижчу теплоту згорання газу з  родовища Оренгбурзьке. Відносна густина газу складає Δ=0,873.

 

 

 

 

4 Загальні відомості про захист трубопроводу від корозії

 

4.1 Види корозії

 

Корозія — це руйнування твердого тіла (металу), що викликане хімічними або електрохімічними процесами при взаємодії з навколишнім середовищем. Слово корозія походить від латинського corrosio — роз'їдання. Середовище, в якому метал зазнає корозії, називається агресивним або корозійним. В процесі корозії утворюються продукти корозії - хімічні сполуки, що містять метал в окисленій формі.

За характером взаємодії металу з навколишнім середовищем розрізняють два основних типи корозії: хімічну та електрохімічну.

Хімічна корозія підпорядкована основним законам чисто хімічної кінетики гетерогенних реакцій і не супроводжується виникненням та протіканням електричного струму. Продукти корозії утворюються по всій поверхні металу, що контактує з агресивним середовищем. Хімічна корозія має види:

  - газова корозія - окислення металу киснем чи іншим газом при високій температурі і відсутності вологи на поверхні металу;

  - корозія в неелектролітах - руйнування металу в рідких агресивних середовищах з низькою електропровідністю.

Електрохімічна корозія — це окислення металу в електропровідних середовищах, яка супроводжується виникненням і протіканням електричного струму. При цьому взаємодія металу з середовищем характеризується катодними і анодними процесами, що протікають на різних ділянках поверхні металу. Продукти корозії утворюються лише на анодних ділянках.