Особенности изоляционного покрытия магистрального конденсатопровода «УКПК-3 — Оренбург» после длительной эксплуатации



Показано, что при длительной эксплуатации магистрального трубопровода «УКПК-3 — Оренбург» все защитные характеристики изоляционного покрытия снижаются. Установлены основные особенности изоляционного покрытия магистральных трубопроводов, находящихся длительное время в эксплуатации. Они заключаются в том, что при старении изоляционного покрытия, в результате снижаются защитные свойства трубопровода, старение изоляционного покрытия происходит быстрее, чем металла труб и сварных соединений.

Ключевые слова: трубопровод, изоляция, покрытие, коррозия

Как известно, при длительной эксплуатации магистральные трубопроводы постепенно стареют. Старение имеет много проявлений, в том числе следующие:

– металл труб и сварные швы становятся более хрупкими, их ударная вязкость снижается;

– изоляционное покрытие охрупчивается, растрескивается, теряет адгезию к поверхности трубы, снижается переходное сопротивление, как следствие — теряются все его защитные свойства [1, 2];

– накапливаются и растут дефекты как на самих трубах, так и на изоляционном покрытии;

– со снижением переходного сопротивления и накоплением дефектов изоляции электрохимическая защита перестаёт выполнять в полном объёме свою задачу, ускоряется почвенная коррозия трубопровода [3].

Старение изоляционного покрытия происходит более интенсивно, чем металла труб. Поэтому важное место в обеспечении надёжности трубопроводов занимают технологии капитального ремонта трубопроводов с заменой или восстановлением изоляции.

Чтобы удерживать старение в безопасных рамках, периодически проводят комплексное обследование трубопроводов и выборочный ремонт участков с опасными дефектами [4]. Наиболее эффективные методы диагностики на сегодняшний день: металлической составляющей — внутритрубная диагностика, изоляционного покрытия — электрометрические измерения. Наиболее значительные дефекты (и труб, и изоляции) дополнительно подвергают шурфовым обследованиям и по результатам обследований принимают решение о ремонте.

Результаты внутритрубной диагностики очень тщательно анализируют, проверяют прочность каждого дефектного участка. Неправильная оценка прочности хотя бы одного дефекта может привести к разрыву трубопровода. Поэтому большое значение придаётся совершенствованию методов оценки результатов внутритрубной диагностики. Опасность каждого дефекта металлической составляющей (труб и сварных соединений) не зависит от наличия других дефектов, поэтому каждый дефект оценивается по отдельности, независимо от других.

В случае дефектов изоляционного покрытия картина несколько иная. Сам дефект изоляции ещё не приводит к разрыву трубопровода. Он может привести только к ускорению коррозии трубы, а может и не привести, в зависимости от размеров и расположения всей остальной совокупности дефектов изоляции. Определяющую роль при этом играет электрохимическая защита. Но эффективность электрохимической защиты опять же зависит от всей совокупности дефектов изоляционного покрытия. То есть, задачу оценки опасности каждого отдельного дефекта изоляционного покрытия невозможно решать, не учитывая всю остальную совокупность таких дефектов. Надо задачу решать для всей совокупности обнаруженных дефектов и с учётом особенностей расположения и режимов работы установок катодной защиты.

Это сильно усложняет расчётную оценку обнаруженных при диагностике дефектов изоляции. Поэтому обычно поступают просто, декларативно: считают недопустимыми такие дефекты, которые приводят к снижению переходного сопротивления ниже определённого критического значения. Однако критическое значение переходного сопротивления принимают очень округлённо и тоже декларативно, в основном только исходя из энергозатрат на обеспечение электрохимической защиты. Действительно, как показывает практика, трубопроводы фактически ещё очень долго продолжают находиться в эксплуатации с разными дефектами, в том числе недопустимыми по всем принятым признакам и критериям.

Такая в некотором роде беспечность имеет объяснение: дефекты изоляции, как отмечено выше, не могут вызвать немедленную аварию и не снижают прочность трубопровода, если сама труба не имеет опасных дефектов. Тем не менее, существуют разные инструкции и рекомендации, которые регламентируют методы расчётов с теми или иными приближениями. Однако, как показал анализ этих рекомендаций, результаты оценок по разным методикам могут отличаться друг от друга на порядок и более.

Другая причина отсутствия тревоги за безопасность состоит в том, что защита от коррозии подземных трубопроводов устроена по двухуровневой схеме: кроме пассивной защиты, осуществляемой самим изоляционным покрытием, имеет место активная защита — катодный потенциал [5]. На тех участках, где покрытие разрушено, защита продолжает быть за счёт отрицательного потенциала “труба-земля”. Поэтому, несмотря на наличие недопустимых дефектов изоляции, а также на большие разбросы в расчётных оценках, дефект остаётся практически безвредным, если только на данном участке обеспечен защитный потенциал.

Исходя из этих соображений, в качестве критерия технического состояния изоляционного покрытия обычно принимают возможность поддерживать защитный потенциал на трубопроводе. Поэтому в первую очередь контролируют потенциал “труба-земля” на всём протяжении трубопровода. Если защитный потенциал находится в нормативных рамках [4], то вся совокупность дефектов изоляции считается допустимой и неопасной.

Примерно такое отношение было до сих пор к дефектам изоляции. В итоге не получили достаточного развития расчётные методы оценки опасности дефектов изоляции. Практически все работы по диагностике изоляционного покрытия заканчивались указанием мест на трассе, где обнаружены дефекты изоляционного покрытия. Рассмотрим пример, подтверждающий такое утверждение.

Магистральный конденсатопровод “УКПК-3 — Оренбург” с 5 км по 81 км обследовался специалистами в 2006 г. Диаметр трубопровода 377 мм. Транспортируемый продукт — конденсат. Трубопровод имеет пассивную (битумная изоляция) и активную защиту (катодный потенциал). Выводы, касающиеся изоляционного покрытия, сводятся к следующим пунктам:

1. Состояние изоляционного покрытия по протяжённости: хорошее — 24,24 %, удовлетворительное — 58,28 %, неудовлетворительное — 17,48 %. При этом качество изоляции оценивалось по градиенту потенциала влево и вправо от оси трубопровода на базе 5 м: хорошее — менее 10 мВ, удовлетворительное — от 10 мВ до 30 мВ, неудовлетворительное — более 30 мВ).
2. Степень защищённости трубопровода по протяжённости составляет 45 % (суммарная протяжённость участков, где защитный потенциал составляет выше 0,9 В по абсолютной величине, по отношению к всей протяжённости обследованного участка трубопровода).
3. Обнаружены большие повреждения изоляционного покрытия на километрах трассы: 12, 20–27, 41–43, 57–60, 62, 65, 68–71, 73, 77–81. На этих участках требуется восстановление изоляционного покрытия в первую очередь.
4. Рекомендуется капитальный ремонт выполнять согласно РД 39.4–044–99.

В приложении к отчёту даётся раскладка для каждого километра трассы с указанием ситуационной картины, расстановки пикетов, удельного сопротивления грунта, глубины залегания трубопровода, графика защитных потенциалов, состояния изоляционного покрытия, градиента потенциалов.

Такие отчёты, несомненно, полезны для эксплуатирующей организации, поскольку дают качественную картину о состоянии изоляционного покрытия подземного трубопровода. Однако можно отметить следующие недостатки работы и отчётов:

– Никакие расчётные оценки обнаруженных дефектов изоляционного покрытия по результатам диагностики не приводятся.

– Нет расчётных оценок переходного сопротивления на обследованных участках трубопровода.

– Все рекомендации по ремонту носят чисто качественный характер, основанный на требованиях строительных норм.

– Все дефекты изоляции в полном объёме, скорее всего, не будут ликвидированы; для этого не хватит средств. Но и нет возможности проследить, что будет, если часть дефектов будет исключена, а часть останется.

– И, наконец, нет возможности расчётным путём обосновать эффективность составляемых программ ремонта изоляционного покрытия.

Отметим, что если бы посчитали переходное сопротивление изоляционного покрытия по результатам диагностики, то увидели бы, что на большей части протяжённости (а может и на всём протяжении трубопровода) оно (переходное сопротивление) не удовлетворяет никаким нормам. Вполне возможно, переходное сопротивление не удовлетворило бы нормам и на тех участках, где изоляционное покрытие признано как “удовлетворительное”. Получили бы ряд принципиальных противоречий, например, следующие:

1. По критерию градиента потенциалов изоляция “удовлетворительная”, а по критерию переходного сопротивления — “неудовлетворительная”. Иначе как объяснить появление градиентов потенциалов выше 10 мВ на базе 5 м? Этот вопрос наводит на мысль о необходимости исследовать соответствие критериев качества изоляционного покрытия по двум разным параметрам: по переходному сопротивлению и по градиенту потенциалов. Такая задача ещё не решена с достаточной строгостью. Если бы было такое решение, то увидели бы, что нет между ними однозначного соответствия. Появились бы зависимости переходного сопротивления от удельного сопротивления грунта, глубины залегания трубы, диаметра трубы.
2. Фактическое состояние изоляции не будет удовлетворять нормативными требованиям по критерию переходного сопротивления и адгезии (иначе, опять же, трудно объяснить механизм появления градиентов потенциала). Тогда получили бы отрицательное заключение экспертизы промышленной безопасности, что потребовало бы остановки эксплуатации трубопровода (таковы требования системы промышленной безопасности). Если по этой логике идти дальше, то придём к необходимости остановить всю систему нефтегазопроводов.

В настоящее время эти противоречия пока обходят стороной, не акцентируя на них внимания. Это — результат несовершенства методической базы диагностики и обработки результатов диагностики.

Таким образом, в приведённом выше примере подтверждается, что при длительной эксплуатации магистральных трубопроводов происходят следующие изменения:

1. Снижаются защитные свойства изоляционного покрытия, что выражается в падении защитных потенциалов и появлении поперечных градиентов потенциала вдоль трассы.
2. Появляется и усиливается со временем разброс всех количественных показателей изоляционного покрытия, что отражается в увеличении градиентов потенциала на отдельных участках.
3. Изоляционное покрытие вдоль трассы становится неоднородным по всем характеристикам. Их локальные значения приобретают характер случайных величин и перестают однозначно характеризовать общее состояние покрытия трубопровода в целом.

В этом примере показано также, что имеются существенные методические проблемы изучения и оценки состояния противокоррозионной защиты трубопроводов по результатам обследований, в том числе следующие:

1. Требуется повысить точность определения координат обнаруживаемых дефектов и характерных точек трубопроводов при обследованиях, чтобы появилась возможность сравнивать друг с другом результаты разных видов диагностик и выполнять комплексную оценку трубопровода в целом.
2. Требуется создать и развивать общую базу данных для трубопровода с указанием результатов всех видов диагностик в разные периоды эксплуатации. База данных должна иметь единую систему координат (до настоящего времени в отчётах фигурируют километры, дистанции, пикеты, метры, причём, привязка в каждом отчёте берётся своя индивидуальная).
3. Требуется разработать более надёжные количественные критерии качества изоляционного покрытия (до сих пор использовались приблизительные качественные критерии типа градиента потенциала на поверхности земли). Одним из таких критериев может быть интегральное переходное сопротивление покрытия по участкам, которое могут быть использованы в качестве исходной информации при расчётных оценках.
4. Требуется развивать методы математического моделирования состояния электрохимической защиты на основе результатов диагностики с целью выработки обоснованных программ ремонта.

Существование отмеченных выше особенностей и актуальных проблем свидетельствует, что методическая база диагностики изоляционного покрытия трубопроводов имеет существенные недостатки и требует совершенствования. Об этом же свидетельствует анализ основных нормативных документов, существовавших в разные годы в разных отраслях, который и приводится в следующем подразделе.

Литература:

1. Борисов Б. и. Защитная способность изоляционных покрытий подземных трубопроводов. — М.: Недра, 1987. — 126 с.
2. Воронин В. И., Воронина Т. С. Изоляционные покрытия подземных трубопроводов. — М.: ВНИИОЭНГ, 1990. — 200 с.
3. Бородавкин П. П., Березин В. Л. Сооружение магистральных трубопроводов. — М.: Недра, 1987. — 471 с.
4. Глазов Н. П. и др. Методы контроля и измерений при защите подземных сооружений от коррозии. — М. Недра, 1978. — 216 с.
5. Защита трубопроводов от коррозии: Том 1: Учеб. пособие / Ф. М. Мустафин, М. В. Кузнецов, Г. Г. Васильев и др. — СПб.: ООО “Недра”, 2005. — 620 с.