РЕКОМЕНДАЦИИ ОРГАНИЗАЦИИ

КРИТЕРИИ ЗАЩИЩЕННОСТИ ОТ КОРРОЗИИ
ДЛЯ УЧАСТКОВ ГАЗОПРОВОДОВ, ПРОЛОЖЕННЫХ В ВЫСОКООМНЫХ
(СКАЛЬНЫХ, ПЕСЧАНЫХ, МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ) ГРУНТАХ

Р Газпром 9.2-005-2009

Москва 2010

Предисловие

Введение

Цель работы - обоснование критериев защищенности от коррозии участков газопроводов, проложенных в высокоомных (скальных, песчаных, многолетнемерзлых) грунтах, что позволит реализовать дифференцированный подход к параметрам электрохимической защиты газопроводов.

Настоящие рекомендации разработаны в соответствии с Перечнем приоритетных научно-технических проблем ОАО «Газпром» на 2002 - 2006 гг., утвержденным Председателем Правления ОАО «Газпром» А.Б. Миллером (AM-2121 от 15.04.2002 г.), п. 6.5 «Разработка методов, материалов, технологий и оборудования для противокоррозионной защиты магистральных газопроводов, газовых промыслов, перерабатывающих заводов и морских трубопроводов и других объектов Единой системы газоснабжения. Создание отраслевой системы коррозионного мониторинга, включая нормативно-техническую документацию».

Разработка рекомендаций проводилась по договору от 30 января 2008 г. № 0691-07-1, этап 1 «Разработка Р Газпром «Критерии защищенности от коррозии для участков газопроводов, проложенных в высокоомных (скальных, песчаных, многолетнемерзлых) грунтах».

Рекомендации предназначены для предварительной проверки на практике не устоявшихся, еще не ставших типовыми в ОАО «Газпром» организационно-методических положений в области защиты от коррозии.

Рекомендации разработаны специалистами Общества с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ» Д.Н. Запеваловым, Д.С. Сиротой, А.Н. Улихиным, Т.И. Маняхиной с участием специалистов Открытого акционерного общества «Газпром» Н.Г. Петрова и М.Л. Долганова.

Содержание

РЕКОМЕНДАЦИИ ОТКРЫТОГО АКЦИОНЕРНОГО ОБЩЕСТВА «ГАЗПРОМ»

Дата введения - 2010-05-18

Срок действия - 3 года

1 Область применения

1.1 Настоящие рекомендации определяют критерии защищенности от подземной коррозии для участков газопроводов ОАО «Газпром», проложенных в высокоомных (скальных, песчаных, многолетнемерзлых) грунтах.

1.2 Рекомендации предназначены для применения структурными подразделениями, газотранспортными, проектными и научно-исследовательскими дочерними обществами и организациями ОАО «Газпром» при проектировании и эксплуатации систем электрохимической зашиты газопроводов, выполнении работ по диагностике коррозионного состояния магистральных газопроводов.

1.3 Данные рекомендации распространяются на участки газопроводов, проложенные в скальных, песчаных и вечномерзлых талых грунтах, имеющих удельное электрическое сопротивление больше 100 Ом·м* при отсутствии микробиологической коррозии и негативного влияния блуждающих токов от источников переменного и постоянного тока.

* Для грунтов, имеющих удельное сопротивление меньше 100 Ом·м следует руководствоваться ГОСТ Р 51164-98.

2 Нормативные ссылки

В настоящих рекомендациях использованы нормативные ссылки на следующие стандарты;

ГОСТ Р 51164-98 Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии

 СТО Газпром 2-3.5-047-2006 Документы нормативные для проектирования, строительства и эксплуатации объектов - ФАО «Газпром». Инструкция по расчету и проектированию электрохимической защиты от коррозии магистральных газопроводов

Примечание - При пользовании настоящими рекомендациями целесообразно проверить действие ссылочных стандартов по соответствующим указателям, составленным на 1 января текущего года, и информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящими рекомендациями следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины, определения и сокращения

В настоящих рекомендациях применены термины в соответствии с ГОСТ 25100, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 анодное заземление: Элемент системы катодной зашиты, осуществляющий контакт положительного полюса преобразователя установки катодной защиты с грунтом для создания защитного тока.

3.2 высокоомный грунт: Грунт с удельным сопротивлением более 100 Ом·м.

3.3 глубинное анодное заземление: Анодное заземление, вертикально устанавливаемое в грунт в специально пробуренные скважины, глубина заложения которого превышает 5 м.

3.4 защитный потенциал: Потенциал сооружения при его катодной поляризации, обеспечивающий заданное торможение коррозионного процесса.

3.5 катодная защита: Электрохимическая защита, основанная на смещении потенциала объекта защиты в область отрицательных значений.

3.6 катодная поляризация: Смещение потенциала сооружения от потенциала свободной коррозии (стационарного) в более отрицательную сторону.

3.7 коррозия металла: Разрушение металла, происходящее в результате химического или электрохимического воздействия внешней среды.

3.8 максимальный защитный потенциал: Максимально допустимый по абсолютной величине потенциал, обеспечивающий защиту сооружения от коррозии, но не оказывающий отрицательного влияния на характеристики защитного покрытия и металла сооружения.

3.10 медно-сульфатный электрод сравнения; МСЭ: Электрод сравнения, в котором медный электрод помещен в насыщенный раствор сернокислой меди.

3.11 минимальный защитный потенциал: Минимальное значение по абсолютной величине потенциала, при котором обеспечивается требуемый уровень защиты от коррозии.

3.13 поляризационный потенциал: Потенциал сооружения без омической составляющей.

3.14 потенциал свободной коррозии (стационарный потенциал): Потенциал коррозии в отсутствие наложенного электрического тока.

3.16 установка катодной защиты; УКЗ: Комплекс устройств, состоящий из источника электроснабжения, преобразователя катодной защиты, дренажной линии, анодного заземления и контрольно-измерительного пункта.

3.17 электрод сравнения: Электрод с устойчивым и воспроизводимым потенциалом, который может быть использован для измерения других электродных потенциалов.

4 Общие положения

4.1 Настоящие рекомендации целесообразно использовать структурным подразделениям и дочерним обществам ОАО «Газпром» при разработке базовых и перспективных программ противокоррозионной зашиты магистральных газопроводов и оборудования объектов ОАО «Газпром», контроле проектирования систем электрохимической защиты газопроводов, выполнении работ по диагностике коррозионного состояния магистральных газопроводов подрядными организациями, мероприятий по противокоррозионной защите объектов ОАО «Газпром».

4.2 Участки подземных газопроводов ОАО «Газпром», проложенные в высокоомных грунтах, подлежат электрохимической защите.

4.3 Газопроводы, температура стенок которых в период эксплуатации ниже минус 5 °С, не подлежат электрохимической защите в случае отсутствия негативного влияния блуждающих токов от источников переменного и постоянного тока.

4.4 Средства электрохимической защиты должны обеспечивать необходимый уровень зашиты, соответствующий степени коррозионной агрессивности фунтов (удельному сопротивлению и другим физико-химическим параметрам), температуре газопровода и влиянию блуждающих токов. При этом система электрохимической зашиты должна обеспечивать регламентируемую величину поляризации на всем протяжении газопровода.

4.5 Определение участков газопроводов, в пределах которых могут применяться разработанные критерии защищенности, осуществляется организациями, включенными в Реестр организаций, выполняющих работы по проведению электрометрических обследований магистральных газопроводов ОАО «Газпром».

5 Особенности эксплуатации магистральных газопроводов, проложенных в высокоомных грунтах

5.1 Высокоомные грунты с удельным электрическим сопротивлением более 100 Ом-м имеют низкую степень коррозионной опасности и характеризуются низким содержанием растворенных солей и значениями водородного показателя рН, близкими к 7.

5.2 Удельное сопротивление грунтов меняется в течение года в связи с сезонными колебаниями температуры и влажности. Минимальное годовое удельное сопротивление грунта на участке газопровода определяют по формуле

где ρ_min - минимальное годовое удельное сопротивление грунта, Ом·м;

ρ_с - среднее удельное сопротивление грунта, Ом·м, измеренное у трубопровода в трех точках по глубине заложения;

η_min - коэффициент, определяемый в соответствии с таблицей 5.1.

Таблица 5.1 - Зависимость коэффициента от времени измерения удельного сопротивления грунта

6 Критерии электрохимической защиты (защитный потенциал и плотность тока катодной поляризации в зависимости от удельного сопротивления грунта) от коррозии участков газопроводов, проложенных в высокоомных фунтах

6.1 Подземные газопроводы подлежат комплексной защите от коррозии в соответствии
с ГОСТ Р 51164:

- защитными покрытиями вне зависимости от коррозионных условий;

- средствами электрохимической зашиты.

6.2 Электрохимическая защита должна обеспечивать в течение всего срока эксплуатации непрерывную по времени катодную поляризацию газопровода на всем его протяжении и его поверхности таким образом, чтобы значения поляризационных потенциалов или плотности тока катодной поляризации на газопроводе были (по абсолютной величине) не меньше регламентируемого значения.

6.3 Значения поляризационных потенциалов и плотности тока катодной поляризации в зависимости от условий эксплуатации участков газопроводов, проложенных в высокоомных грунтах, приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Критерии электрохимической защиты от коррозии

6.4. При потенциале и плотности натекающего тока, представленных (по абсолютной величине) в таблице 6.1, газопровод считается защищенным.

6.5 Для газопроводов с температурой транспортируемого продукта от 5 °С до минус 5 °С защитный поляризационный потенциал составляет минус 0,65 В относительно МСЭ.

6.6 Величина максимально допустимого поляризационного потенциала не должна быть отрицательнее минус 1,2 В относительно МСЭ.

6.7 Для промысловых газопроводов, имеющих сопротивление изоляции менее 200 Ом·м², допускается применять в качестве критериев защиты катодное смещение поляризационного потенциала на 100 мВ.

7 Порядок применения критериев защищенности при расчете параметров электрохимической защиты в высокоомных грунтах

7.1 Определяют количество установок и электрические параметры преобразователей катодной защиты; количество, тип и удаление от защищаемых объектов анодных заземлителей, а также выбирают месторасположение УКЗ.

7.2 Основными параметрами УКЗ являются проектируемые сила тока и длина защитной зоны, создаваемой этой установкой.

7.3 Расчет параметров УКЗ сводится к определению количества и мощности катодных станций на газопроводе. Количество УКЗ определяется длиной защитной зоны, создаваемой этими катодными станциями. Мощность катодных станций зависит в основном от силы требуемого защитного тока и сопротивления анодного заземления.

7.4. Исходные данные для расчета параметров электрохимической защиты участка газопровода, проложенного в высокоомном грунте:

- длина участка газопровода L, м;

- диаметр трубы D_r м;

- толщина стенки трубы δ_Т, м;

- марка стали трубы;

-глубина укладки газопровода Н_Т м;

- проектируемый срок службы системы ЭХЗ, лет;

- тип грунта;

- среднее минимальное годовое удельное электрическое сопротивление грунта ρ_Т, Ом·м, в соответствии с 5.2;

- тип защитного покрытия газопровода.

7.5 Расчет электрических характеристик участка газопровода на проектируемый период эксплуатации ЭХЗ

7.5.1 Удельное продольное сопротивление газопровода R_T, Ом/м, вычисляют по формуле

где ρ_Т - удельное электрическое сопротивление материала трубы, Ом·м.

7.5.2 Переходное сопротивление газопровода R_п Ом·м, вычисляют по формуле

7.5.3 Постоянную распространения тока вдоль газопровода a, l/м, вычисляют по формуле

7.5.4 Характеристическое сопротивление газопровода Z, Ом, вычисляют по формуле

7.5.5 Входное сопротивление газопровода Z_BT, Ом, вычисляют по формуле

7.6 Расчет параметров катодной защиты газопроводов

7.6.1 Исходные данные:

- длина анодного провода к анодному заземлению у, м;

- длина спусков провода с опор преобразователя катодной зашиты к газопроводу у_с, м;

- сечение провода дренажной линии S_пр, м²;

- диаметр электрода заземлителя d_э, м;

- глубина (до середины заземлителя) заложения электрода заземлителя h, м.

7.6.2 Длину защитной зоны L_з, м, вычисляют по формуле

где k - коэффициент учитывающий влияние соседних УКЗ в соответствии СТО Газпром 2-3.5-047;

U_TЗО - разность максимального защитного потенциала и естественного потенциала в точке дренажа, В;

U_TЗМ - разность минимального защитного потенциала и естественного потенциала в конце защитной зоны, В.

7.6.3 Разность потенциалов U_T3О, В, вычисляют по формуле

где U₀ - максимальный защитный потенциал, В;

U_e - естественный потенциал газопровода, В.

7.6.4 Разность потенциалов U_ТЗМ В, вычисляют по формуле

где U_М - минимальный защитный потенциал, В

7.6.5 Количество установок катодной зашиты N, шт., необходимое для защиты газопровода длиной L, м, вычисляют по формуле

7.6.6 Силу тока I А, катодной установки вычисляют на начальный и конечный период эксплуатации по формуле

7.6.7 Сопротивление дренажной линии, соединяющей катодную станцию с газопроводом и анодным заземлением, R_л Ом, вычисляют по формуле

где ρ_м - удельное электрическое сопротивление провода, Ом·м.

7.6.8 Переходное сопротивление анодного заземления R₃, Ом, для протяженного анодного заземления может быть вычислено по формуле

где l_э - длина электрода заземлителя равна длине защитной зоны L.

7.6.9 Напряжение на выходе преобразователя V, В, вычисляют по формуле

7.6.10 Мощность преобразователя W, Вт, вычисляют по формуле

7.7 Выбор типа преобразователя катодной защиты выполняют в соответствии с результатами расчета силы тока, напряжения на выходе УКЗ и мощности.

7.8 Пример расчета параметров электрохимической защиты участка газопровода, проложенного в высокоомном грунте, приведен в приложении А.

8 Оценка защищенности от коррозии газопроводов на основе критериев защищенности

8.1 Оценку защищенности от коррозии участков газопроводов следует проводить путем измерения поляризационного потенциала и плотности тока катодной поляризации.

8.2 Измерение поляризационного потенциала и плотности тока катодной поляризации рекомендуется проводить с применением зонд-модульной технологии в соответствии с Руководством [1].

8.3 Примеры оценки защищенности от коррозии газопроводов на основе критериев защищенности приведены в приложении Б.

Приложение А
(справочное)
Пример расчета параметров электрохимической защиты участка газопровода, проложенного в высокоомном грунте

А.1 Пример расчета параметров электрохимической зашиты участка газопровода, проложенного в высокоомном грунте.

А.2 Исходные данные для расчета параметров электрохимической защиты участка газопровода, проложенного в высокоомном грунте:

- длина участка газопровода L = 40000 м;

- диаметр трубы D_T = 1,42 м;

- толщина стенки трубы δ_T = 0,014 м;

- марка стали трубы 17Г2СФ;

- глубина укладки газопровода H_т = 1 м;

- проектируемый срок эксплуатации системы ЭХЗ газопровода - 30 лет;

- грунт песчаный;

- среднее удельное электрическое сопротивление грунта ρ_г = 300 Ом·м (среднее минимальное годовое удельное сопротивление грунта в соответствии с 5.2);

- тип защитного покрытия газопровода - трехслойное усиленное;

- удельное электрическое сопротивление материала трубы ρ_м = 2,45-10^-7 Ом·м в соответствии с СТО Газпром 2-3.5-047 (таблица 6.2);

А.3 Продольное сопротивление газопровода R_Т Ом/м, по формуле (7.1):

,

А.4 Переходное сопротивление газопровода R_П Ом·м, по формуле (7.2):

,

А.5 Постоянная распространения тока вдоль газопровода α, 1/м, по формуле (7.3):

,

А.6 Характеристическое сопротивление газопровода Z, Ом, по формуле (7.4):

,

А.7 Входное сопротивление газопровода Z_ВТ, по формуле (7.5):

,

А.8 Исходные данные для расчета параметров катодной защиты газопроводов и анодного заземления:

- длина анодного провода к анодному заземлению γ = 400 м;

- длина спусков провода с опор преобразователя катодной зашиты к газопроводу γ_с = 5 м;

- сечение провода дренажной линии S_пр = 10^-5 м²;

- диаметр электрода заземлителя d_э = 0,05 м;

- глубина (до середины заземлителя) заложения электрода заземлителя h = 1,5 м;

- коэффициент, учитывающий взаимовлияние соседних УКЗ k = 2 (для УКЗ, работающей рядом с соседними);

- минимальный защитный потенциал U_м = -0,75 В, из таблицы 6.1;

- естественный потенциал газопровода U_с = -0,55 В, в соответствии с СТО Газпром 2-3.5-047;

- максимальный защитный потенциал U_о = -1,2 В, в соответствии с СТО Газпром 2-3.5-047;

- удельное электрическое сопротивление провода ρ_м = 1,8·10^-8 Ом·м для меди, в соответствии с СТО Газпром 2-3.5-047;

- длина электрода заземлителя l_э равна длине защитной зоны L₃.

А.9 Разность максимального защитного потенциала и естественного потенциала в точке дренажа, U_ТЗО по формуле (7.7):

,

А.10 Разность минимального защитного потенциала и естественного потенциала в точке дренажа U_ТЗМ , по формуле (7.8):

,

А.10 Длина защитной зоны L₃ м, по формуле (7.6):

,

А.12 Количество установок катодной защиты N, шт., необходимое для зашиты газопровода длиной L, м, по формуле (7.9):

,

А.13 Сила тока I, А, катодной установки по формуле (7.10):

,

А.14 Сопротивление дренажной линии, соединяющей катодную станцию с газопроводом и анодным заземлением R_л, Ом по формуле (7.11):

А.15 Переходное сопротивление анодного заземления R₃, Ом, для протяженного анодного заземления по формуле (7.12):

,

А.16 Напряжение на выходе преобразователя V, В, по формуле (7.13):

V = 13[0,1 + 0,729 + 0,042] = 11,3 B,

А.17 Мощность преобразователя W, Вт, по формуле (7.14):

W = 11,3·13 = 147 Вт.

Приложение Б
(справочное)
Примеры оценки защищенности от коррозии газопроводов на основе критериев защищенности

Б.1 В результате измерения поляризационного потенциала и плотности тока, натекающего на вспомогательный электрод, на участке газопровода, проложенного в песчаном грунте с минимальным годовым удельным сопротивлением 120 Ом·м, установлены величины поляризационного потенциала минус 0,76 В и плотность тока 11 мкА/см². В соответствии с таблицей 6.1 газопровод является защищенным от коррозии.

Б.2 В результате измерения поляризационного потенциала и плотности тока, натекающего на вспомогательный электрод, на участке газопровода, проложенного в песчаном грунте с минимальным годовым удельным сопротивлением 1200 Ом·м, установлены величины поляризационного потенциала минус 0,68 В и плотность тока 7 мкА/см². В соответствии с таблицей 6.1 газопровод является не защищенным от коррозии.

Б.3 В результате измерения поляризационного потенциала и плотности тока, натекающего на вспомогательный электрод, на участке газопровода, проложенного в песчаном грунте с минимальным годовым удельным сопротивлением 300 Ом·м, установлены величины поляризационного потенциала минус 0,70 В и плотность тока 2 мкА/см². В соответствии с таблицей 6.1 газопровод является не защищенным от коррозии.

Библиография

[1] Руководство по эксплуатации систем противокоррозионной защиты трубопроводов (утверждено ОАО «Газпром» 23 февраля 2004 г.)

Ключевые слова: критерий защищенности, электрохимическая защита, газопровод., высокоомный грунт, скальный грунт, песчаный грунт, многолетнемерзлый грунт