Усов Дмитро Ігорович Підвищення ефективності тривало експлуатованих анодних заземлювачів установок катодного захисту трубопроводів

Краткое описание

Усов Дмитро Ігорович, здобувач кафедри машинобудування та прикладної механіки Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. Назва дисертації: Підвищення ефективності тривало експлуатованих анодних заземлювачів установок катодного захисту трубопроводів”. Шифр та назва спеціальності 05.17.14 хімічний опір матеріалів та захист від корозії. Спецрада Д35.226.02 Фізико-механічного інституту ім.Г.В.Карпенка

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ІМ. Г. В. КАРПЕНКА
Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису
УСОВ ДМИТРО ІГОРОВИЧ
УДК 620.193.4
ДИСЕРТАЦІЯ
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ
ТРИВАЛО ЕКСПЛУАТОВАНИХ АНОДНИХ ЗАЗЕМЛЮВАЧІВ
УСТАНОВОК КАТОДНОГО ЗАХИСТУ ТРУБОПРОВОДІВ
05.17.14 - хімічний опір матеріалів та захист від корозії
(шифр і назва спеціальності)
05 - Технічні науки
(галузь знань)
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей, результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело Лф) ' Д. І. Усов
Науковий керівник: Архипов Олександр Геннадійович, доктор технічних наук, професор
Львів - 2021

ЗМІСТ
ВСТУП 13
РОЗДІЛ 1 ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД 18
1.1. Пасивний захист трубопроводів 18
1.2. Електрохімічний захист трубопроводів 23
1.3. Катодний захист трубопроводів 24
1.4. Протекторний захист обладнання 29
1.5. Електродренажний захист трубопроводів 31
1.6. Критерії та методи оцінки якості захисту від корозії 34
1.7. Постановка задач досліджень 39
РОЗДІЛ 2 МАТЕРІАЛИ, ПРИЛАДИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ 41
2.1 Особливості матеріалів для досліджень 41
2.2 Середовище в якому експлуатуються сталеві анодні заземлення 42
2.3. Прилади і методи виміру опору ґрунту та анодних заземлень 43
2.4 Дослідження механічних характеристик сталевих анодних
заземлень 47
2.5 Металографічні методи досліджень 48
2.6 Спектральні методи досліджень 49
2.7 Електрохімічні методи досліджень 50
РОЗДІЛ 3 ЕКСПЛУАТАЦІЙНА ДЕГРАДАЦІЯ МЕТАЛУ ГАЗОПРОВОДУ В УМОВАХ КАТОДНОГО ЗАХИСТУ 52
3.1 Дослідження механічних характеристик 52
3.2 Дослідження електрохімічних характеристик 68
Висновки до розділу 3 74
РОЗДІЛ 4 ЕКСПЛУАТАЦІЙНА ДЕГРАДАЦІЯ АНОДІВ
СИСТЕМ КАТОДНОГО ЗАХИСТУ 77
4.1 Дослідження механічних характеристик анодів зі сталі 20 77
4.2 Дослідження механічних характеристик анодів з
корозійнотривкої сталі 93
4.3 Дослідження електрохімічних характеристик анодів зі сталі 20 99
4.4 Дослідження електрохімічних характеристик анодів з
корозійнотривкої сталі 102
Висновки до розділу 4 106
РОЗДІЛ 5 РОЗРОБКА МЕТОДІВ ПІДВИЩЕННЯ
ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ АНОДІВ 109
5.1 Дослідження механічних характеристик анодних заземлень, після закладання активних речовин та зміна конструкції
закладаємого анодного заземлення 109
5.2 Дослідження електрохімічних характеристик експлуатованих
анодних заземлень, після закладання активних речовин 125
Висновки до розділу 5 136
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 139
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 141
ДОДАТОК А 153
ДОДАТОК Б 154
ДОДАТОК В 155
ДОДАТОК Г 156
ДОДАТОК Д 157

Список литературы

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
У дисертації вирішено актуальне науково -технічне завдання - встановлення закономірностей деградації трубних сталей в умовах катодного захисту та її впливу на роботоздатність анодних заземлювачів упродовж тривалої експлуатації, а також розроблення методів підвищення ефективності їх роботи та подовження ресурсу. Найважливіші наукові та практичні результати полягають ось у чому:
1. Вперше виявлено суттєві зміни у структурі вуглецевої ферито- перлітної сталі 20 внаслідок тривалої експлуатації в умовах катодного захисту трубопроводу під тиском: збільшення частки фериту через розпад перліту. Вони супроводжувались підвищенням концентрації залишкового водню, істотним погіршенням корозійної тривкості та деяких механічних властивостей, однак, несуттєвих щодо втрати трубними заземлювачами своєї конструкційної міцності.
2. Порівняльними поляризаційними вимірюваннями у 3%-му розчині NaCl сталі 20 експлуатованого 51 рік трубопроводу встановлено, що потенціал корозії нечутливий до експлуатаційної зміни стану металу, однак, суттєво знижується опір корозії металу (в 1,6 рази), що супроводжується підвищенням концентрації водню (більш, ніж на порядок) та збільшенням частки фериту через розпад перліту, що свідчить про особливу роль водню у процесах деградації ферито-перлітної сталі за її катодного захисту.
3. Для анодів, виготовлених зі сталі аустенітного класу 12Х18Н10Т як альтернативної вуглецевим сталям, встановлено зниження схильності до пітингоутворення та підвищення корозійної тривкості у 7,8-13 разів після 2,5 років експлуатації порівняно зі сталлю у вихідному стані. Така сталь характеризуватиметься меншою струмовіддачею, через що потрібна більша кількість труб-анодів, а їх високий опір пітингоутворенню забезпечуватиме великий ресурс роботи.
4. Виявлено значне (від 2 до 21 Ом) зростання електричного опору в системі анод сталь 20-ґрунт після ~ 20 років експлуатації заземлювача, що знижує ефективність катодного захисту трубопроводу.
5. Розроблено новий метод підвищення ефективності роботи анодних заземлювачів зі сталевих труб активаторами, що дало можливість знизити та стабілізувати опір системи анод-ґрунт. Електричний опір сталі 20 анода за використання упродовж 23 місяців активаторів NaCl, NH4NO3 та суміші 32,4% (Na+ + K+), 19,2% (Са2+ + Mg2+), 8,4% NH4+, 17,8% Cl-, решта - СОз2- та заливання технічною водою був нижчим на ~ 56; 30 і 20%, а опір ґрунту - на ~ 58; 58 і 53%, відповідно, порівняно зі зразками, що експлуатувались без активаторів. Активатори практично не впливають на потенціал корозії сталі 20, а її корозійна активність після експлуатації анода з активатором NaCl є вища на ~ 20% проти анода без нього.
6. Створено нову конструкцію глибинного анодного заземлювача на основі труби, яка дає можливість ефективно зменшувати електричний опір в системі анод-ґрунт введенням технічної води або розчину всередину труби з можливістю просочування 5000 літрів рідини на зовнішню поверхню
заземлювача