Внешняя коррозия: Моделирование коррозии для обеспечения целостности трубопроводов 

Внешняя коррозия представляет собой значительный риск для инфраструктуры. Трубопроводы, в частности, подвержены внешней коррозии, которая может привести к утечкам, разрывам и нанесению ущерба окружающей среде, если не принять меры. Понимание скорости коррозии необходимо для оценки состояния конструкций и прогнозирования их срока службы. Инженеры могут принимать обоснованные решения о стратегиях обслуживания и замены трубопроводов, рассчитывая их остаточный срок службы. В этой статье мы рассмотрим ключевые факторы, влияющие на скорость коррозии заглубленных трубопроводов , а также глубоко погрузимся в модель коррозии, которую инженеры-коррозиологи используют для прогнозирования будущих скоростей коррозии заглубленных трубопроводов. 

Внешняя коррозия - это постепенный процесс, который приводит к разрушению металлических поверхностей трубопроводов. Это явление возникает в результате электрохимических реакций под влиянием таких факторов окружающей среды, как состав грунта, уровень влажности и атмосферные условия. Эти элементы постоянно взаимодействуют друг с другом, что приводит к окислению, известному как ржавление. Со временем эта устойчивая деградация нарушает структурную целостность трубопроводов, создавая значительные риски для их прочности и срока эксплуатации.

Процесс коррозии начинается, когда на поверхности металла образуются анодные и катодные участки. На аноде происходит окисление, в результате чего металл теряет электроны. Эти электроны перемещаются по трубопроводу, участвуя в катодных реакциях, в результате которых образуются ионы. В конечном итоге эти ионы вступают в реакцию с водой и кислородом, образуя ржавчину и другие соединения оксида железа. Это создает порочный круг разрушения, еще больше ускоряя процесс коррозии. 

Коррозия - сложное явление, зависящее от множества факторов, которые определяют скорость ее возникновения. Скорость коррозии значительно варьируется в зависимости от условий окружающей среды, свойств покрытия и применяемых защитных мер.

- Коррозионная активность внешней среды (почва/вода): Ключевые параметры включают в себя содержание влаги, размер частиц, концентрацию растворимых солей, содержание кислорода и популяции микроорганизмов. Эти факторы существенно влияют на коррозионную активность окружающей среды. Типичные методы оценки коррозионной активности почвы (базовой скорости коррозии) включают измерение удельного сопротивления почвы, pH и окислительно-восстановительного потенциала почвы (Eh). Например, более низкие значения удельного сопротивления связаны с более высокими скоростями коррозии. Почвы с удельным сопротивлением менее 500 Ω-см могут иметь скорость коррозии от 0,1 до 0,5 мм в год, в то время как почвы с удельным сопротивлением более 2000 Ω-см обычно показывают гораздо более низкую скорость коррозии, часто менее 0,05 мм в год.  

Таблица коэффициентов коррозии в зависимости от типа грунта - действительна для морских трубопроводов 

Пример: 
Если наша труба зарыта в компактный суглинок с удельным сопротивлением от 5000 до 20000 Ω-см, то скорость коррозии основания составит 0,01 мм/год. 

- Эффективность защиты покрытий: Эффективность защитных покрытий, таких как краски или специальные слои, крайне важна для защиты металла от коррозии. Эффективность зависит от типа покрытия, его возраста и деградации с течением времени. Очень важно оценить эффективность покрытия как для основной трубы, так и для стыков на местах, взяв меньшее значение, чтобы определить самое слабое звено в защитной системе. Регулярные осмотры и обследования позволяют убедиться в том, что эти покрытия обеспечивают надлежащую защиту. 

Возраст покрытия рассчитывается путем вычитания даты установки из текущей даты.  
Возраст покрытия = Текущая дата - Дата установки 
Пример: 
Если оценка была проведена в январе 2016 года, а покрытие было установлено в январе 1999 года, то Возраст покрытия составляет 17 лет. 

Чтобы рассчитать эффективность защиты основной трубы и стыка на месторожденииВы можете обратиться к специальным таблицам, в которых покрытия разделены на классы в зависимости от их типа. Каждый класс имеет соответствующие переменные, которые влияют на эффективность. 
Пример:  
Предположим, что внешнее покрытие нашей трубы - "Tape Double Wrap", а покрытие стыка - "Tape" и Эффективность покрытия составила 38%. 

- Эффективность катодной защиты (КЗ): Системы CP Сдерживают коррозию, прикладывая отрицательный электрический заряд к поверхности металла. Их эффективность зависит от таких факторов, как электрический потенциал и покрытие, которые оцениваются с помощью таких методов исследования, как обследование потенциалов в местах испытаний и обследование потенциалов с близким интервалом. Как определяется эффективность покрытия, вы можете увидеть в таблице ниже: 

 
Таблица эффективности доступности, показывающая корреляцию с доступностью системы CP  

Общей целью для стальных трубопроводов является достижение потенциала -850 мВ или более по отношению к медно-сульфатному электроду сравнения.  

Как показано в таблице ниже, существует прямая зависимость между потенциал системы катодной защиты и эффективность уровня защиты CP. 

 
В таблице "Эффективность уровня защиты CP" показана корреляция между потенциалом CP в аэробных и анаэробных условиях и эффективностью уровня защиты CP. 

Чтобы рассчитать эффективность катодной защиты, нужно перемножить показатели эффективности уровня защиты CP и эффективности доступности CP и разделить их на 100. 

Эффективность CP = Эффективность уровня защиты CP / 100 x Эффективность доступности CP / 100 
Пример: 
Если потенциал системы CP составляет -850 мВ, то эффективность уровня защиты CP равна 100%. Если доступность нашей системы CP составляет 90 %, то эффективность доступности CP равна 50 %. Таким образом, расчет будет следующим:  
CP Eff = (100 / 100) x (50 / 100) = 0,5  
В результате эффективность катодной защиты составляет 50%. 

Внешняя коррозия - незаметный хищник, медленно разъедающий стенки трубопровода снаружи внутрь, сдирая материал и уменьшая толщину стенки. Если не принять меры, этот коварный процесс может привести к катастрофическим разрушениям конструкции, что повлечет за собой утечки, взрывы и экологические катастрофы.

Для упреждающего решения проблем, связанных с коррозией, операторы все чаще применяют подход, основанный на данных и опирающийся на различные источники информации. Исторические показатели коррозии обеспечивают фундаментальное понимание развития коррозии во времени, в то время как внутритрубные инспекции (ILI) обеспечивают диагностику состояния трубопровода в режиме реального времени, предлагая немедленное понимание текущих условий. В основе этой стратегии лежит прогнозное моделирование, которое использует передовые алгоритмы для оценки таких факторов, как коррозионная активность окружающей среды, эффективность покрытия и катодной защиты, что позволяет операторам прогнозировать будущие проблемы и внедрять эффективные стратегии их решения.

Хотя существуют различные модели коррозии, мы остановимся на одной конкретной модели для расчета скорости внешней коррозии. Для этого можно использовать следующее уравнение:

Модель скорости внешней коррозии = (1 - Eff) × CR Base

ЗдесьCR Base- это скорость коррозии почвы, на которую влияют такие факторы окружающей среды, как содержание влаги и удельное сопротивление почвы. Эффективность мер по защите от коррозии, обозначаемая какEff, рассчитывается следующим образом:

Eff = (1 - Эффективность катодной защиты) × (1 - Эффективность защиты покрытия)

Эта формула рассчитывает процентное соотношение, которое показывает совокупную силу нашей системы катодной защиты и защитных покрытий.Затем этот процент умножается на скорость коррозии грунта для расчета скорости внешней коррозии модели.

Пример:
Представьте, что эффективность катодной защиты составляет 50 %, а эффективность защиты покрытия - 35 %. Теперь, чтобы найти общую эффективность, вы можете подставить эти числа в нашу формулу:
Эффективность = (1 - 0,5) x (1 - 0,38)
Выполнив расчеты, вы получите эффективность 0,31, или 31 %.
Теперь давайте сделаем еще один шаг вперед и рассчитаем коэффициент внешней коррозии модели. Используя полученные ранее данные, применим формулу:

Модельная скорость внешней коррозии = (1 - 0,31) x 0,01

Этот расчет дает нам модельную скорость коррозии 0,069 мм/год.
Сравнив скорость коррозии, полученную с помощью модели, с данными из других источников, можно спрогнозировать будущую скорость коррозии и использовать ее для расчета остаточного срока службы сегментов трубопровода и создания эффективных планов инспекций.

Пример:
Если скорость коррозии в прошлом составляла в среднем 0,07 мм/год, а модель прогнозирует ее увеличение из-за изменения условий окружающей среды, то будущая скорость коррозии может быть скорректирована до 0,1 мм/год. 

Если вы ищете оптимальный инструмент для управления внешней коррозией, обратите внимание на программное обеспечение IMS PLSS (Integrity Management System Pipeline and Subsea Systems). Это передовое решение служит централизованным узлом, беспрепятственно объединяющим данные из различных источников, включая инспекции, оценки и обследования катодной защиты. Модуль внешней коррозии стал еще одним шагом вперед, включив модель прогнозирования коррозии EXCOR, которая рассчитывает модельные скорости коррозии на основе критических контролирующих факторов. Эта мощная комбинация позволяет операторам прогнозировать будущие сценарии коррозии, сочетая исторические данные с прогнозной аналитикой. С помощью IMS PLSS вы можете проактивно управлять целостностью трубопроводов, решать проблемы внешней коррозии и делать прогнозы на основе данных о скорости коррозии, чтобы обеспечить долговечность и надежность ваших трубопроводных систем.