Понятие стресс-коррозии и причины возникновения

Введение

 

Коррозионное растрескивание под напряжением ‒ один из опаснейших видов повреждений в химической, газонефтедобывающей и перерабатывающей, металлургической, теплоэнергетической, атомной, судостроительной и других отраслях промышленности.

Во всех странах, добывающих и транспортирующих природный газ и нефть, существуют серьезные проблемы, связанные с разрушением магистральных газо- и нефтепроводов по причине КРН. Эти разрушения наносят огромный экономический и экологический ущерб. Помимо прямого экономического ущерба, аварии наносят значительный экологический вред и связаны с угрозой человеческой жизни. Это приводит компании, занимающиеся транспортом газа и отвечающие за безопасную эксплуатацию трубопроводов, к необходимости разработки и внедрения новейших средств контроля за стресс-коррозией, что невозможно без комплексного научного изучения явления для понимания его природы и контролирующих факторов.

Для успешной разработки научно обоснованных требований к материалу труб необходимо, в первую очередь, понимание роли металлургических факторов в механизмах стресс-коррозионных повреждений. В настоящее время маловероятно, что на основе металлургических решений удастся предотвратить стресс-коррозионные разрушения, т. к. помимо металлургического аспекта значительную роль играют и другие технологические факторы: дефектное состояние изоляционных покрытий; несовершенство электрохимической зашиты трубопроводов; неудовлетворительное качество строительства и несоблюдение нормативно-технических требований при эксплуатации и ремонте трубопроводов. Однако с помощью металлургических решений можно существенно сократить число разрушений.

 

 

Теоретическая часть

 

Понятие стресс-коррозии и причины возникновения

 

Под стресс-коррозией понимают явление, которое определяется как коррозионное растрескивание металла труб на катодно-защищаемых участках газопровода, на которых одновременно воздействуют коррозионно-активная среда и растягивающие напряжения (рисунок 1.1). Стресс-коррозию также называют коррозионным растрескиванием под напряжением или КРН. Этот вид коррозии широко распространён и очень опасен [14].

Он возникает на внешней поверхности труб и проявляется в виде колонии трещин, ориентированных преимущественно вдоль оси трубы, постепенно проникающих вглубь металла с поверхности газопровода. Далее в некоторый момент времени колония трещин срастается в одну магистральную трещину, которая в дальнейшем, под действием механических сил и нагрузок от внутреннего давления, может привести к разрыву газопровода.

 

 

Рисунок 1.1 ‒ трещины на поверхности трубы при развитии стресс-коррозии

 

Первая идентификация аварий как стресс-коррозионных на действующих газопроводах нашей страны по данным Газнадзора датируется 1983 г. (по СССР), а по газопроводам на территории Российской Федерации ‒ 1985 г.

Проблема стресс-коррозии представляет собой одну из наиболее острых проблем в транспорте газа. Доля КРН в общем числе аварий составила 54,4% от общего числа отказов по данным ПАО «Газпром». Растрескиванию подвергались трубы, изготовленные из пластичной стали, в электролитах, не относящихся к числу коррозионно-активных. Это стало полной неожиданностью для производителей [24].

В работе [34] говорится о становлении устойчивой тенденции снижения аварийности газопроводов, вызванной стресс-коррозией (рисунок 1.2).

 

 

Рисунок 1.2 ‒ Статистика стресс-коррозионных отказов МГ ПАО «Газпром» за период 1991-2008 г.

 

Коррозионному растрескиванию подвержены многие металлы и сплавы: углеродистые и легированные стали, сплавы меди, алюминия, титана, магния и других в разнообразных средах. По мере развития промышленности происходило увеличение ассортимента используемых металлов и сплавов, причем не всегда учитывались их физико-химические и механические свойства.

Несмотря на интенсивные исследования этой проблемы, причины и механизмы стресс-коррозионных повреждений трубных сталей не выяснены. Это связано с многообразием факторов, которые приводят к стресс-коррозионным повреждениям магистральных труб [12].

По результатам исследования ряда авторов [6], на развитие КРН магистральных газопроводов существенное влияние оказывают:

‒ неудовлетворительное состояние изоляции и провисание трубопровода;

‒ недостаточная эффективность средств электрохимической защиты (ЭХЗ);

‒ коррозионная активность грунтов;

‒ границы тектонических блоков;

‒ изменение давления газа;

‒ факторы трубного производства;

‒ воздействие микроорганизмов;

‒ металлургическое качество стали.

Исследованию проблем стресс-коррозии посвящены такие работы, как [5, 6, 10, 11, 12, 16, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 28, 29, 31, 33, 34, 36, 39, 40].

В работе [19] отмечается, что наряду с влиянием многих факторов (коррозии, пульсации температуры и давления газа) одним из весомых факторов является наводороживание труб. Поэтому чрезвычайно важным является раскрытие микромеханизмов и взаимосвязи технологических процессов старения и водородного охрупчивания.

В источнике [16] отмечается тенденция увеличения аварий магистральных газопроводов диаметром от 720 мм вследствие стресс-коррозии. В данной работе приведены основные факторы, влияющие на возникновение дефектов КРН, такие как высокая прочность применяемых сталей, условия эксплуатации подземных газопроводов, особенности взаимодействия системы изоляционных покрытий и катодной защиты. Автор предлагает к рассмотрению новый способ защиты подземных газопроводов.