Коррозия стальных газопроводов

Газопроводы природного газа на территории СССР, а потом России многие десятилетия строили из стальных труб. Только с начала XXI века стали активно использовать полиэтилен. В настоящее время сталь применяют намного меньше, в основном для надземных сетей и подземных газопроводов высокого давления. Но и сегодня большую часть распределительных газопроводов на территории Российской Федерации представлена стальными трубами, как подземными, так и надземными.

Рис.1 Коррозия стали

Сталь — прочный и долговечный конструкционный материал. Но у нее есть серьезный недостаток — она подвержена коррозии (рис.1), которая повреждает мосты и трубопроводы, машины и механизмы, котлы и емкости. Осенью 1991 года на Уфимском нефтеперерабатывающем комбинате началось разрушение 150-метровой железобетонной дымовой трубы (рис.2). На высоте 120 метров она надломилась, образовав обломок весом 700 тонн, нависший над производством ароматических углеводородов. Причина — коррозия стальной арматуры, которой армировали бетон при строительстве. Обломок демонтировали направленным взрывом, который вошел в книгу рекордов Гиннеса.

Рис.2 Труба Уфимского нефтеперерабатывающего завода

В промышленно развитых странах потери от коррозии составляют от 2 до 4 % валового национального продукта. При этом потери металла, включающие массу вышедших из строя металлических конструкций, составляют от 10 до 20 % годового производства стали.

Процесс коррозии

Коррозия — это разрушение металла в результате взаимодействия с агрессивной внешней средой, водой, воздухом, некоторыми микроорганизмами. Для стали прежде всего характерна кислородная коррозия (окисление) в присутствии воды с образованием гидроксида железа Fe(OH)₃. Такая коррозия ускоряется в присутствии агрессивных химических веществ, прежде всего, солей металлов, а также с повышением температуры. Ржавчина имеет пористую структуру, что позволяет воде и кислороду продолжать проникать вглубь, усугубляя коррозию. В отличие от благородных окислов меди она не защищает металл от дальнейшего разрушения. Кстати, основная причина красного цвета четвертой планеты Солнечной системы — Марса (рис.3) — оксиды железа, то есть ржавчина.

Рис.3 Красный Марс

Атмосферная коррозия стальных газопроводов

Надземные газопроводы подвергаются атмосферной коррозии, которая вызвана воздействием влаги, газов и загрязнений. Основным фактором, определяющим ее механизм и скорость, является степень увлажнения поверхности металла. Различают три основных типа атмосферной коррозии:

• мокрая, которая происходит при наличии на металле видимой пленки воды толщиной от 1 мкм до 1 мм. Наблюдается при относительной влажности воздуха около 100%, когда происходит капельная конденсация воды, либо при непосредственном попадании воды на поверхность (дождь);

• влажная — происходит при наличии на металле тонкой невидимой пленки воды толщиной от 10 до 1000 нм, которая образуется в результате капиллярной, адсорбционной или химической конденсации при относительной влажности воздуха ниже 100%;

• сухая — наличие на поверхности металла очень тонкой адсорбционной пленки воды (толщиной от 1 до 10 нм).

Рис.4 Зависимость скорости коррозии от степени увлажнения

I – сухая; II – влажная; III – мокрая; IV – полное погружение

Скорость процесса минимальна при сухой атмосферной коррозии (рис.4). Максимум наблюдается на границе влажной и мокрой коррозии. Затем происходит незначительное замедление по причине затруднения диффузии кислорода через утолщенный слой воды. Еще более толстые слои воды на поверхности металла при полном погружении приводят к дальнейшему замедлению процесса.

Сильно влияют на скорость атмосферной коррозии содержащиеся в воздухе агрессивные газы: сероводород, диоксид серы, аммиак, а также пары кислот и др. Растворяясь в пленке воды, они увеличивают ее электропроводность и гигроскопичность продуктов коррозии. Похожее влияние оказывают твердые атмосферные частицы. Попадая на поверхность, они могут, растворяясь, действовать как вредные примеси либо в виде твердых частиц облегчать конденсацию влаги на поверхности.

Надземные газопроводы редко подвергаются значительной коррозии. Они увлажняются дождями, а также при таянии снега. В это время происходит мокрая коррозия. Но большую часть времени труба сухая, и процесс резко замедляется.

Надземные газопроводы защищают от атмосферной коррозии, окрашивая красками и грунт-эмалями, стойкими к внешним воздействиям. Основной цвет – желтый. Допускается окраска газопроводов, проложенных по фасадам зданий, в соответствии с архитектурным обликом здания, проще говоря – в цвет стен.

Коррозия стальных подземных газопроводов

Подземные стальные газопроводы подвержены коррозии, которая происходит в результате взаимодействия металла с окружающим грунтом (коррозия в почвенно-грунтовых водах и грунтах) или блуждающими электрическими токами (переменными и постоянными). При электрохимической коррозии происходит образование на поверхности трубы гальванических пар. Чаще коррозия происходит неравномерно, на поверхности образуются каверны, пятна, язвы, которые со временем увеличиваются вплоть до сквозного разрушения тела трубы.

Рис.5 Биокоррозия стали

В отдельных случаях под действием микроорганизмов происходит биокоррозия (рис.5). При этом металл разрушается из-за того, что служит питательной средой для микроорганизмов либо под действием продуктов, образующихся в результате их жизнедеятельности.

Защита подземных газопроводов от коррозии

Долговечная и безаварийная работа стальных газопроводов напрямую зависит от эффективности их противокоррозионной защиты.

Для сведения к минимуму коррозии подземных стальных газопроводов их защищают антикоррозионными покрытиями и дополнительно средствами электрохимической защиты (ЭХЗ). При этом изоляционные покрытия обеспечивают пассивную защиту, препятствуя доступу к металлу веществ, вызывающих коррозию — воды, кислорода воздуха и др. В покрытии возможно появление дефектов, поэтому предусматривается активная защита от коррозии, осуществляемая средствами ЭХЗ. В грунтах низкой коррозионной агрессивности при отсутствии блуждающих токов стальные трубопроводы должны быть защищены изоляционными покрытиями «усиленного типа». В грунтах высокой коррозионной агрессивности или при наличии блуждающих токов — защитными покрытиями «усиленного типа» с обязательным применением средств ЭХЗ.

О защитных покрытиях подземных стальных газопроводов расскажем в следующей статье. 

 Автор статьи: Вершилович Владислав Адамович

- Место работы - ООО «Газпром газораспределение Нижний Новгород»

- Автор популярных книг и учебных пособий по устройству и эксплуатации газового оборудования

Пройдите курсы по промышленной безопасности
И получите удостоверение

Подробности здесь