Исследование критериев ЭХЗ в отслаивании изоляционного покрытия газопровода
Р.В. Агиней, филиал ООО «Газпром ВНИИГАЗ» - «Севернипигаз»; Ю.В. Александров, ООО «Газпром трансгаз Ухта»
В настоящее время проблема «подпленочной коррозии» остается актуальной, до сих пор не ясна роль катодной защиты в месте отслоения изоляции. Одни специалисты считают, что защита катодным током обеспечивается посредством протекания через покрытие (по-сути через переходное сопротивление изоляции) или через среду, которая проникает под отслоившееся покрытие, другие авторы утверждают, что катодная защита не оказывает ни какого влияния, третьи – полагают, что катодная защита является источником образования коррозионных гальванических пар, т.е. ее действие под покрытием исключительно отрицательное [1-3].
Цель настоящей работы – исследовать эффективность действия катодного тока в модели отслаивания покрытия.
Для достижения поставленной цели была разработана методика стендовых испытаний трубных образцов в условиях катодной поляризации.
Имитатором поверхности трубы под отслоившимся покрытием служил цилиндрический образец, который с торцов герметизировался заглушками (рис. 1). На поверхности образца искусственно создавалась гетерогенность поверхности в виде фрезерованных канавок и гальванических пар, созданных зачеканиванием разнородных металлов в поверхность образца.
Рисунок 1. Чертёж стального образца
1 – образец; 2 – стальные заглушки; 3 – имитатор гетерогенности поверхности
Стальной образец помещался в полимерную оболочку, которая выполнялась из полиэтиленовой трубы (рис. 2). Заглушки 2 предназначены для изоляции внутренней полости оболочки от внешней среды и размещения стального образца строго определённым образом, при этом создается расстояние между внутренней поверхностью оболочки и внешней поверхность стального образца, составляющее около 5 мм.
В оболочке предусмотрено место 3 затекания электрического тока катодной защиты в полость оболочки. В это отверстие 3 устанавливают полупроницаемую мембрану: непроницаемую для химически активного раствора и грунтовой воды и пропускающую электрический ток по насыщенным капиллярам.
Рисунок 2. Эскиз полимерной оболочки
1 – полимерная оболочка; 2 – заглушка; 3 – имитатор сквозного дефекта;
4 – отверстия для размещения электродов сравнения
С целью установки элементов системы измерения поляризационного потенциала на поверхности стального образца, в оболочке выполнены 12 резьбовых отверстий 4: 6 на стороне размещения имитатора сквозного дефекта, 6 - на противоположной.
Для измерения поляризационного потенциала под поверхностью оболочки используется система, изображенная на рис. 3. Измерения проводятся стандартным хлорсеребряным электродом сравнения 1, который последовательно помещается в измерительные ячейки 4. Ячейки, с помощью солевых мостиков 5 соединены с капиллярами 6, которые устанавливаются в резьбовые сквозные отверстия, выполненные в оболочке 9. Для соединения стального образца с источником тока используется контактный провод 3. Вольтметр подключается к коммутационному блоку 2, к которому , в свою очередь, подводится ток от источника питания. Капилляры диаметром 0,1 мм выполнены из оргстекла.
В полость установки заливался 3% водный раствор KCl, сама установка помещалась в водный 1% NaCl. Для имитирования действия тока катодной защиты регулируемым источником постоянного тока выполнялась катодная поляризация стального образца относительно внешней среды (раствор NaCl), в которую был погружен стальной анод.
Оценка степени защищённости стального образца под покрытием, осуществлялась получением потенциальных кривых. Потенциальные кривые представляют собой графические зависимости потенциала на поверхности стального образца в точках, удалённых на различные расстояния от зоны дефекта, от различных параметров подаваемого тока.
Эксперимент заключался в пошаговом увеличении катодного тока и снятии кривых, при этом стабилизация потенциала происходила в течение 25 – 30 мин.
Рисунок 3. Схема измерения поляризационного потенциала под поверхностью полимерной оболочки
1 – электрод сравнения; 2 – коммутационный блок; 3 – питающий провод;
4 – измерительная ячейка; 5 – солевой мостик; 6 – капилляр; 7 – коррозионно-активная среда; 8 – пробка; 9 – полимерная оболочка; 10 – крышка; 11 – стальной образец
Напряжение поляризации пошагово увеличивали. Для каждого значения подаваемого напряжения во всех измерительных точках определялся потенциал, и на основании полученных данных выявлялись зависимости потенциала от подаваемого тока, напряжения и расстояния от измерительной точки до дефекта. На основании полученных результатов построены графики иллюстрирующие распределение, поляризационного потенциала в модели дефекта отслаивания (рис. 4).
Рисунок 4. Поляризационный потенциал на поверхности стального образца, при различных значениях силы катодного тока
Таким образом, установлено, что в любой точке рост поляризационного потенциала характеризуется линейной функцией вида y=k·x+n (рис. 5), где параметр n показывает значение собственного потенциала стального образца, а множитель k определяет степень влияния силы катодного тока на изменение поляризационного потенциала.
Рисунок 5. Зависимость поляризационного потенциала в точках, удалённых на различное расстояние от сквозного дефекта от силы катодного тока
Получив группу уравнений, можно определить зависимость множителя k от расстояния между дефектом и точкой измерения. На рисунке 6 представлена логарифмическая зависимость коэффициента k от расстояния до дефекта.
Рисунок 6. Зависимость коэффициента k от расстояния между точкой измерения и точкой натекания тока
В результате получен общий вид зависимости k от L: k=а∙ln(L)+b. В результате дальнейших экспериментов оказалось, что коэффициенты aиbимеют линейную зависимость от сопротивления среды (рис. 7)
Рисунок 7. Определение коэффициентов a и b в уравнении для определения значения поляризационного потенциала под покрытием
В итоге получили уравнения двумя неизвестными для сред с разным удельным сопротивлением. Основными параметрами, определяющими значение потенциала под поверхностью изоляционного покрытия, можно считать силу подаваемого тока J и размер дефекта изоляции.
На основании полученных данных можно сделать вывод, что закон распределения поляризационного потенциала под поверхностью изоляционного покрытия имеет вид:
Uп = (a ∙ Ln(L) + b)J + Ucп,
где a и b – коэффициенты, определяемые экспериментально, для конкретных условий
(рис. 7); L - расстояние между сквозным дефектом в изоляционном покрытии и точкой в зоне дефекта, м; J – сила подаваемого тока, мА; Uсп – собственный потенциал стальной конструкции, В.
Таким образом, приведенные результаты свидетельствуют о низкой эффективности действия катодной защиты на металл, находящийся под отслоением изоляционного покрытия. Установлено, что эффективность защиты зависит расположения места измерения относительно точки затекания среды (и, соответственно, катодного тока), геометрических размеров отслаивания изоляции, сопротивления среды. Для защиты металла в смоделированных условиях, необходимо обеспечить натекание тока под покрытие, например, наложением на постоянный катодный ток, переменной составляющей.
Библиографический список:
1 Глазов Н.П., Шамшетдинов К.Л. и др. Об измерении поляризационного потенциала на подземных стальных трубопроводах / Практика противокоррозионной защиты – 2000. №2 – С. 24-29.
2 Зиневич А.М., Храмихина В.Ф. и др. Воздействие катодной поляризации на стальную поверхность под пленочным покрытием / Строительство трубопроводов – 1979. №8 – С. 25-27.
3 Ортон М.Д. Измерение защитного потенциала трубопровода в местах отслоения изоляционного покрытия. / Нефть, газ и нефтехимия, №3, 1986, С. 72-75.