На правах рукописи

МУСТАФИН ФАНИЛЬ МУХАМЕТОВИЧ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОФОБИЗИРОВАННЫХ ГРУНТОВ

ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕМОНТЕ ОБЪЕКТОВ

ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Специальность 25.00.19 – «Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Уфа – 2003 www.sp-department.ru

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете.

Научный консультант доктор технических наук, профессор Быков Леонид Иванович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Халлыев Назар Халлыевич;

доктор технических наук, профессор Абдуллин Ильгиз Галеевич;

доктор технических наук, профессор Малюшин Николай Александрович.

Ведущая организация открытое акционерное общество «ГИПРОТРУБОПРОВОД».

Защита диссертации состоится «24» октября 2003 года в 15- на заседании диссертационного совета Д 212.289.04 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан «» сентября 2003 года.

Учёный секретарь диссертационного совета Матвеев Ю.Г.

www.sp-department.ru

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одним из путей решения проблемы повышения надёжности нефтегазопроводов является использование новых эффективных научно обоснованных технологий строительства и ремонта трубопроводных систем. Основной особенностью строительства и ремонта трубопроводов является разнообразие природно-климатических и гидрогеологических характеристик местности вдоль трассы, что требует значительного разнообразия конструктивных и технологических решений при прокладке и эксплуатации линейной части трубопроводов на просадочных и набухающих грунтах, оползневых и горных участках, болотистых и заторфованных отложениях, грунтах с высокой коррозионной активностью.

Подземные трубопроводы работают в специфических коррозионных условиях, что обусловливает необходимость противокоррозионной защиты.

Почвенная коррозия является одним из серьёзных факторов в определении условий эксплуатации трубопроводов. Около 45% всех аварий на трубопроводах происходит по причине коррозии. Поэтому эффективность противокоррозионной защиты в значительной степени определяет уровень надёжности трубопровода. Выбор вида защиты определяется техникоэкономическими соображениями. При разработке проектов принимаются во внимание как технические (наличие или отсутствие блуждающих токов, коррозионная активность грунтов, вид противокоррозионной изоляции и пр.), так и экономические факторы (размеры единовременных затрат, эксплуатационные расходы и пр.).

Задача определения срока службы различных видов противокоррозионной изоляции стальных трубопроводов зависит от многих факторов, основные из них – эксплуатационные свойства защитных покрытий и степень взаимодействия с окружающей грунтовой средой.

Эксплуатационные свойства защитных покрытий зависят от физикохимических свойств исходных материалов, качества очистки труб, соблюдения технологии выполнения изоляционных работ, возможности осуществления мероприятий по защите изоляции от повреждений в процессе изоляционно-укладочных работ и эксплуатации трубопровода.

Долговечность полимерных и битумных материалов, находящихся в грунтовой среде, оценивается примерно в 50 лет, а срок службы защитных покрытий трубопроводов из этих материалов составляет около 15–20 лет.

Очевидно, что при существующих условиях эксплуатации изоляционные покрытия трубопроводов нуждаются в защите от негативного воздействия окружающей грунтовой среды.

покрытиях трубопроводов являются: несоблюдение технологии их нанесения, механические повреждения при засыпке трубопроводов, смерзание изоляции с грунтом, механические повреждения при взаимодействии с грунтом в период эксплуатации (растрескивание, гофрообразования и т.д.) физико-химическое воздействие грунта, приводящее к вымыванию пластификаторов, т.е. эти причины связаны в основном с взаимодействием покрытий с окружающей грунтовой средой.

Ведущими научно-исследовательскими организациями в области трубопроводного транспорта: ВНИИСТ, ВНИИГАЗ, ИПТЭР, РГУНГ и др. – в последние годы предприняты значительные усилия по увеличению работоспособности защитных покрытий трубопроводов, но к настоящему времени исследования относились непосредственно к самой изоляции без рассмотрения возможности изменения воздействия внешней среды. Одним из направлений увеличения срока службы изоляции является искусственное воздействие на внешние условия с использованием гидрофобизации грунтов.

трубопроводном строительстве как в качестве самостоятельных мер, так и в комплексе с инженерно-строительными мероприятиями, направленными на искусственное улучшение состояния и физико-механических свойств пород различными техническими приёмами. Однако гидрофобизация грунтов как один из методов технической мелиорации недостаточно изучен в плане использования в трубопроводном строительстве.

снижению коррозионной активности грунтов, уменьшению механического и физико-химического воздействия грунтов на изоляционные покрытия имеют ряд недостатков: ограниченность области применения, потребность в громоздком оборудовании, низкая производительность, значительный объём транспортировки материалов, что существенно сдерживает их использование в трубопроводном строительстве.

«Высоконадёжный трубопроводный транспорт» повышение надёжности и экологической безопасности объектов топливно-энергетического комплекса реконструкции технологического оборудования, систем автоматизации насосных станций, резервуарных парков и телемеханизации линейной части магистральных трубопроводов, выполнения работ по диагностике и капитальному ремонту линейной части, резервуаров и оборудования.

газонефтепроводов с использованием гидрофобизированных грунтов, направленных на повышение надёжности трубопроводного транспорта углеводородного сырья.

Задачи исследований:

гидрофобизированных грунтов (ГФГ) с разработкой научно обоснованной классификации их применения на объектах трубопроводного транспорта.

2. На основании проведённого многофакторного эксперимента определить оптимальную дозировку вяжущих продуктов для ГФГ.

3. Определить оптимальную толщину слоя ГФГ для обсыпки трубопровода. Установить зависимость скорости коррозии металла трубы от толщины слоя ГФГ в случае повреждения изоляции.

4. Разработать математическую модель для определения влияния обсыпки из ГФГ на работоспособность и долговечность изоляционных покрытий. Обосновать методику определения остаточного ресурса защитных покрытий трубопроводов, при этом определить показатель скорости старения защитных покрытий при обсыпке ГФГ.

5. Обосновать и разработать технологию ремонта трубопроводов методом восстановления защитных покрытий с использованием ГФГ.

балластировки трубопроводов, новые элементы конструкций полимерных использования ГФГ.

Научная новизна В диссертационной работе получены следующие новые результаты:

1. Теоретически обоснованы перспективы использования и область классификация использования ГФГ на объектах трубопроводного транспорта.

2. Разработаны требования к свойствам ГФГ и произведён выбор вяжущих продуктов для использования при строительстве и ремонте трубопроводов. На основе проведённого многофакторного эксперимента определена оптимальная дозировка вяжущего для гидрофобизации грунтов – 9,6% по массе грунта с влажностью, отличающейся от оптимального значения не более чем на 5%.

полученное построением целевой функции по критерию минимальных удельных затрат на проведение ремонтных работ. Предложена математическая модель и получена зависимость скорости коррозии металла трубы от толщины слоя ГФГ в случае повреждения изоляции, при этом установлено, что слой ГФГ в 10 см снижает скорость коррозии на 40%, по сравнению с засыпкой трубопровода обычным минеральным грунтом.

зависимость переходного сопротивления изоляции от степени её повреждения. Установлено, что повреждение изоляции в пределах до 0,2% приводит к потере её диэлектрических свойств более чем в 5 раз. Показано, что нерационально использовать дорогостоящую изоляцию с высоким значением переходного сопротивления, гораздо большее значение для изоляционных покрытий имеет их устойчивость к механическим повреждениям в течение длительного времени. Предложен алгоритм численного решения задачи оценки остаточного ресурса защитных покрытий трубопроводов, проложенных в обсыпке ГФГ. На основе лабораторных, полигонных и натурных экспериментальных исследований трубопроводов, проложенных в обсыпке из ГФГ, равный 0,08 1/год, при этом установлено, что срок службы защитных покрытий увеличивается на 40%.

5. Разработана новая технология ремонта защитных покрытий трубопроводов методом восстановления с использованием органических вяжущих материалов. Определен рациональный состав органических веществ для ремонта изоляционных покрытий трубопроводов методом восстановления, позволяющий вести ремонтные работы при температуре окружающего воздуха до минус 10 С.

6. На основе теоретических и экспериментальных исследований обоснованы новые конструктивные схемы прокладки и балластировки трубопроводов, разработаны основные параметры технологии строительства подземных и наземных трубопроводов, обеспечивающие экономичность и безопасность проведения работ. Экспериментально установлено улучшение свойств изоляционных полимерных лент, соединённых липкими сторонами: адгезия в нахлёсте увеличивается более чем в 5 раз, водопроницаемость уменьшается более чем в 2 раза в зависимости от марки изоляции, что позволило разработать новые конструкции защитных полимерных покрытий и технологию их нанесения.

На защиту выносятся результаты теоретических и экспериментальных исследований, методики расчёта, новые материалы, конструкции, технологии для строительства и ремонта объектов трубопроводного транспорта с использованием ГФГ.

Практическая ценность работы строительстве и ремонте газопроводов Уренгой-Новопсков, ЧелябинскПетровск, Уренгой-Петровск, Шкапово-Тубанкуль, Ишимбай-Уфа, ЯмбургПоволжье.

Патенты и руководящие документы на новые конструкции и технологические процессы по способам прокладки, балластировке и промысловых и магистральных трубопроводов в «Главвостоктрубопроводстрое», АК «Уралтрубопроводстрой», ОАО «Гипротрубопровод» АК «Транснефть», ООО «СМУ-4», ООО «Старстрой», ОАО «РИТЭК», «Нефтегазкомплектмонтаж».

Использование ГФГ в трубопроводном строительстве и внедрение результатов диссертационной работы позволили получить суммарный фактический экономический эффект 1 129,7 тыс. рублей в ценах 1984г.

Результаты работы реализованы в одном отраслевом стандарте, пяти отраслевых нормативных документах и одной рекомендации.

Теоретические и практические результаты работы использованы в 2-х учебных пособиях для вузов, методических указаниях и лекциях по курсам трубопроводно-строительные материалы».

Апробация работы Результаты работы докладывались на международных, всесоюзных, всероссийских и республиканских совещаниях и конференциях:

– Первой всесоюзной конференции «Проблемы освоения ЗападноСибирского топливо-энергетического комплекса» (г. Уфа, 1982 г.);

– Третьей всесоюзной конференции «Проблемы трубопроводного транспорта нефти и газа» (г. Ивано-Франковск, 1985 г.);

прогресса в трубопроводном транспорте газа Западной Сибири» (г. Уфа, 1987 г.);

– Областной конференции «Применение достижений научно-технического прогресса при обустройстве нефтяных месторождений» (г. Тюмень, 1988 г.);

– Девятой республиканской конференции «Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири» (г. Тюмень, 1988 г.);

процессов переработки и транспорта нефти» (г. Новополоцк, 1989 г.);

– Третьем конгрессе нефтегазопромышленников России (г. Уфа, г.);

– Всероссийской конференции «Трубопроводный транспорт нефти и газа» (г. Уфа, 2002 г.);

– Международной конференции «Трубопроводный транспорт – сегодня и завтра» (г. Уфа, 2002 г.);

– Четвёртом конгрессе нефтегазопромышленников России (г. Уфа, 2003 г.);

– Техническом Совете ОАО «ГИПРОтрубопровод» АК «Транснефть»

(г. Москва, 2003 г.);

– Научно-техническом Совете института «Нефтегазпроект» (г.

Тюмень, 2003г.) – Секции «Защита трубопроводов от коррозии» научно-технического Совета ОАО «ВНИИСТ» (г. Москва, 2003 г.);

Публикации По теме диссертации опубликовано 46 работ, в том числе монография, 1 авторское свидетельство и 10 патентов.

Структура и объём работы Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы, включающего 190 наименований, изложена на страницах машинописного текста, содержит 78 рисунков, 24 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности, цель и основные задачи исследований, основные положения, выносимые на защиту, характеристику научной новизны, практической ценности и апробации полученных результатов.

В первой главе диссертации рассмотрены анализ существующих способов прокладки и ремонта трубопроводов, анализ способов защиты трубопроводов от коррозии, обоснованы перспективы использования и область применения ГФГ при строительстве и ремонте объектов трубопроводного транспорта.

транспорта в сложных инженерно-геологических условиях были заложены трудами отечественных учёных: В.Л.Березина, П.П.Бородавкина, В.В.Харионовского, Г.Г.Васильева, Н.Х.Халлыева, С.М.Соколова, С.Л.Куперуайта, Р.Г.Маршалла и др.

Развитию теоретических основ технической мелиорации грунтов способствовали работы М.М.Филатова, С.С.Морозова, В.М.Безрука, Е.М.Сергеева, В.Е.Соколовича, Б.А.Ржаницына, Л.В.Гончаровой, С.К.Рафикова, Т.Г.Ведерниковой и др.

В результате анализа теории и практики применения грунтов с нефтегазопроводов научно обоснованы различные конструктивные схемы использования ГФГ при подземной и наземной прокладке с целью трубопровода, деаэрации электролита почвы, уменьшения опасности биокоррозии путём обработки ядохимикатами, замены грунта на менее коррозионно-агрессивный, теплоизоляции трубопровода и обеспечения гидрофобизации. Классификация способов прокладки трубопроводов представлена на рис. 1.

– рекомендуется применение гидрофобизированных грунтов www.sp-department.ru

СПОСОБЫ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДОВ

На основании изучения современного состояния исследований различных грунтов с улучшенными свойствами определены область применения и перспективы использования ГФГ на объектах трубопроводного транспорта при строительстве линейной части трубопроводов, ремонте изоляционных покрытий нефтегазопроводов, строительстве и ремонте резервуаров.

Учитывая опыт использования методов технической мелиорации грунтов в трубопроводном строительстве, в работе основное внимание было уделено двум направлениям: одно из них связано с исследованиями по влиянию ГФГ на свойства изоляционных покрытий в период эксплуатации, второе – по применению органических вяжущих и ГФГ при ремонте трубопроводов.

Выявлены основные причины возникновения дефектов защитных покрытий трубопроводов, сформулированы требования к основным свойствам и характеристикам материала изоляции. Ввиду того, что этим требованиям не удовлетворяет ни одно из существующих на сегодняшний день покрытий, сделан вывод о необходимости защиты изоляционных покрытий от негативного воздействия окружающей грунтовой среды обвалованием из ГФГ.

Обсыпка изолированного трубопровода ГФГ защищает изоляцию от механических повреждений при засыпке и создаёт защитную оболочку (или экран), препятствующую отрицательному воздействию окружающей среды на защитные свойства изоляции. При этом значительно увеличивается срок службы защитных покрытий, что позволяет эксплуатировать трубопроводы без переизоляции и капитального ремонта весь нормативный срок – 30 и более лет.

На рис. 2 показано соотношение стоимости и срока службы различных защитных покрытий трубопроводов с учётом воздействия окружающей среды. Широкое применение полимерных ленточных и мастиwww.sp-department.ru Срок службы, лет Относительная стоимость чных защитных покрытий в нашей стране обусловлено их сравнительно невысокой стоимостью, но, с другой стороны, как показывает опыт нормативного срока службы трубопровода. Применение в качестве обсыпки трубопровода ГФГ увеличивает срок службы защитных покрытий до нормативного значения. Экономические расчёты показывают, что затраты на гидрофобизацию грунта более чем на два порядка ниже, чем затраты на переизоляцию трубопровода в период эксплуатации.

Объём применения заводских полиэтиленовых и термоусаживающихся защитных покрытий с каждым годом возрастает. Они трубопроводного консорциума, в нефтяной компании «ЛУКОЙЛ», планируется внедрение в системе АК «Транснефть». На сегодняшний день расширение применения ограничивается высокой стоимостью и доля в общем объёме составляет менее 10%. Разработанные за рубежом полимерцементные, полиуретановые, фосфатно-керамические и др.

защитные покрытия являются весьма перспективными, но дорогостящими.

Поэтому с точки зрения экономической целесообразности наиболее приемлемым на сегодняшний день является применение полимерных ленточных и мастичных покрытий в обсыпке из ГФГ.

используются вяжущие для магистральных трубопроводов, выпускаемые по ТУ 0258-001-02080196-2000 «Вяжущее нефтяное летнее ВМТ-Л» и ТУ 0258-002-02080196-2003 «Вяжущее разработанные при участии автора.

эксплуатации трубопроводов является использование новых конструкций и технологий нанесения полимерных лент и обёрток с двусторонним липким слоем.

В результате анализа состояния эксплуатируемых трубопроводов выявлено, что многие магистральные и промысловые трубопроводы, введённые в эксплуатацию в прошлые годы, требуют ремонта. В связи с этим ежегодно растут капитальные затраты на проведение ремонтных работ. Ориентировочные расчёты показали, что для обеспечения требуемого уровня надёжности трубопроводов необходимо увеличить более чем в 5 раз ежегодные объёмы работ по капитальному ремонту линейной части. Поэтому сделан вывод о необходимости создании технологии ремонта трубопроводов, обеспечивающей ускорение темпов ремонтных работ, снижение материальных и трудовых затрат при сохранении высокой изоляционных покрытий трубопроводов восстановлением защитных свойств с применением органических вяжущих веществ и ГФГ.

Во второй главе приведены результаты экспериментальных исследований по гидрофобизации грунтов вяжущими веществами ВМТ для строительства и ремонта при различных условиях прокладки.

Лабораторные эксперименты, в результате которых определились характеристики ГФГ, позволили разработать рекомендации по использованию вяжущих веществ на объектах трубопроводного транспорта.

Получение водостойкого гидрофобизированного материала зависит от ряда факторов, основными из которых являются: вид, состав и влажность исходного грунта, дозировка вяжущих веществ, однородность смеси и качество её уплотнения.

Из всего многообразия исследованных грунтов (глина, торф, суглинок, супесь, песок) закреплению вяжущими веществами без корректировки гранулометрического состава подлежат суглинки и супеси.

Для северных регионов нашей страны, где преобладают пески и торф, для закрепления и гидрофобизации вяжущим ВМТ-Л рекомендуется смешивать эти грунты в соотношении 30% – песок, 70% – торф.

органическими вяжущими продуктами производились Л.А.Бабиным, Л.И.Быковым, Ю.И.Спектором, С.К.Рафиковым для летних условий их применения при строительстве объектов трубопроводного транспорта.

С целью круглогодичного ведения строительных работ разработано вяжущее для магистральных трубопроводов зимней модификации – ВМТ- с требуемыми гидрофобными и связывающими свойствами, которое может эффективно применяться для закрепления и гидрофобизации грунтов при температуре окружающего воздуха до минус 25 С.

Для основных характеристик грунтов по экспериментальным данным проведён регрессионный анализ и получены зависимости. На рис. 3 предwww.sp-department.ru Прочность при сжатии, R Рис. 3. Зависимость предела прочности на сжатие образцов суглинка от дозировки вяжущего ВМТ-3 и влажности грунта:

– экспериментальные данные; – точка максимальной прочности грунта;

ставлено графическое изображение зависимости R (прочности при сжатии) образцов суглинка от дозировки вяжущего k при различной влажности грунта W,%. Эта зависимость имеет вид:

вяжущими ВМТ подлежат суглинки с влажностью, отличающейся от оптимального значения не более, чем на 5%.

при различной влажности имеет вид:

Водонасыщение, Wn Рис. 4. Зависимость водонасыщения образцов суглинка от дозировки вяжущего при равное 0,39 МПа, и WВmin, равное 5%, и область допустимых значений k и W в соответствии с разработанными требованиями к свойствам ГФГ.

В результате проведённых исследований установлено значительное снижение коррозионной активности ГФГ с увеличением дозировки вяжущих. Эксперименты, проводившиеся по трём методам: потере массы поляризующего тока, показали идентичные результаты: коррозионная активность снижается с высокой до низкой согласно классификации нормативных документов. На рис.5 представлено графическое изображение поверхности зависимости плотности тока от дозировки вяжущего и 10 и более раз наблюдается при температурах более 15 °С при увеличении мА/см Плотность тока, т Рис. 5. Зависимость плотности тока от температуры для проб засолённой супеси при различной дозировке вяжущего:

• экспериментальные данные дозировки вяжущего до 10%, поэтому на наиболее опасных в коррозионном отношении «горячих» участках трубопроводов, например, после КС, для повышения надёжности эксплуатации необходимо производить обсыпку трубопроводов ГФГ.

определялось исходя из суммарного изменения целевой функции от основных влияющих параметров: коррозионной активности, газопроницаемости, коэффициента водоустойчивости, сцепления, набухания, водонасыщения и прочности на сжатие ГФГ. Для этого была определена зависимость нормированных функций от их дозировки (рис. 6).

На основании проведённых экспериментов и расчётов по построению целевой функции определена оптимальная дозировка вяжущего для гидроwww.sp-department.ru Нормированное значение, yi,j Целевая функция, S Рис. 7. Зависимость целевой функции от дозировки вяжущего:

т.А – точка оптимального значения дозировки вяжущего при максимальном значении целевой функции интегрированием по пределам от rтр до rслоя:

сопротивлению единицы площади трубы диаметра Dтр, т.е. к переходному сопротивлению, находим результаты представлены на рис. 8. Как следует из представленных Переходное сопротивление, Ом·м данных, формула (5) удовлетворительно описывает экспериментальные трубопровода определяется по полученному соотношению:

Скорость коррозии, мм/год Рис. 9. Расчётная зависимость скорости коррозии стенки трубопровода Dу = 500 мм существенно зависит от толщины обсыпки трубопровода ГФГ. Слой обработанного грунта в 10 см снижает скорость коррозии примерно на 40%, по сравнению с засыпкой трубопровода обычным грунтом, что также было подтверждено экспериментами по потере массы стальных образцов.

материала стенок трубопровода, разработанная модель рекомендует максимально допустимую (по соображениям технологии ремонта или укладки) толщину обсыпки ГФГ.

обоснованием. Значение рациональной толщины обсыпки получено методом сопряжённых градиентов по программе MS EXCEL 2002.

Оптимизация выполнена по стоимости обсыпки ГФГ и стоимости ремонта изоляции в зависимости от толщины обсыпки. По построенной целевой функции эквивалентная оптимальной толщина обсыпки для трубопроwww.sp-department.ru Удельные капиталовложения, руб/м Рис. 10. Определение оптимальной толщины обсыпки из ГФГ по целевой функции:

1 – стоимость ремонта изоляции (в ценах 1984 г.); 2 – стоимость обсыпки ГФГ с эквивалентной толщиной э (в ценах 1984 г.); 3 – целевая функция для нахождения водов с условным диаметром от 200 до 1000 мм составила 93104 мм. На рис. 10 представлен пример определения оптимальной толщины обсыпки из ГФГ по целевой функции для трубопровода Ду = 500 мм. График общих затрат имеет минимум при значении аргумента э=101 мм, что и является возможности устройства обсыпки из ГФГ заданной толщины определяются рядом факторов: способом прокладки трубопровода, шириной траншеи, толщина покрытия принимается равной 100 мм из условия сохранения сплошности при выполнении земляных работ. Минимальная толщина покрытия по боковой образующей принимается из требований СНиП IIIwww.sp-department.ru 42–80* по минимальной ширине траншеи, например, для трубопроводов диаметром до 700 мм она составляет 15 см. Минимальная толщина обсыпки трубопровода по верхней образующей принимается равной 20 см из условия безопасной работы механизмов и из условия защиты изоляции от механических повреждений.

В третьей главе даётся оценка влияния ГФГ на долговечность изоляционных покрытий трубопроводов.

Полная выработка ресурса изоляции достигается при снижении переходного сопротивления до предельно допустимого по ГОСТ Р 51164– 98 значения – 103 Ом·м2.

Рассмотрев физический механизм процесса снижения переходного сопротивления Rп с 105 Ом·м2 до 103 Ом·м2, естественно предположить, что снижение Rп на два порядка невозможно объяснить изменением физических свойств материала. Следовательно, снижение изолирующих свойств является следствием нарушения герметичности изоляционного покрытия – появления трещин, царапин, задиров, т.е. локального повреждения изоляции.

Введем количественную характеристику степени повреждения изоляции х как отношение площади поврежденной изоляции к площади неповрежденной.

представляет собой параллельно соединенные сопротивления, равные Rгрунта+ Rслоя и Rгрунта+ Rслоя + Rиз.

В результате проведённых расчётов получена формула для оценки переходного сопротивления трубопровода в зависимости от начального переходного сопротивления изоляции Rп.из, степени повреждения изоляции х, свойств ГФГ слоя и скелета грунта грунта, толщины слоя ГФГ слоя и диаметра трубы Dтр:

Переходное сопротивление, Ом·м Рис. 11. Изменение переходного сопротивления при обваловании трубопровода ГФГ (1) и без обвалования (2) обваловки из ГФГ (2) и при ее наличии (1) для Ду 300 мм. Начальное переходное сопротивление принято равным 104 Ом·м2.

втором случае происходит примерно в два раза медленнее. Это наглядно видно при приближении Rп к предельному значению 103 Ом·м2.

~0,004 для обваловки из обычного грунта и ~0,008 для ГФГ.

Таким образом, предложенный критерий оценки состояния изоляции трубопроводов – степень повреждения х – непосредственно связан с нормативным показателем Rп, но имеет прозрачный физический смысл и аналитическую связь со свойствами минерального грунта, слоя обвалования из ГФГ, типом изоляции и диаметром трубы.

Сделаем еще одно замечание по полученным результатам. Из рис. следует, что имеет место чрезвычайно быстрое снижение переходного сопротивления на начальном этапе разрушения изоляционного слоя. Так, всего 0,2% разрушенной поверхности изоляции приводит снижению Rп в раз. Этот вывод остается в силе независимо от начального переходного сопротивления изоляции (в формуле (7) Rиз стоит и в числителе, и в знаменателе), однако скорость снижения Rп сильно зависит от свойств окружающего грунта - грунта и слоя. Отсюда следует практический вывод:

нерационально использовать дорогостоящие защитные покрытия с высоким значением переходного сопротивления, т.к. уже при незначительном повреждении изоляции высокие диэлектрические свойства материала теряют свое значение, а процессы коррозии трубопровода определяются свойствами окружающего грунта. Гораздо большее значение имеет механическая устойчивость изоляционного слоя к повреждениям, т.е.

способность не допускать начала разрушения в течение длительного времени.

Рассматривая теоретическую зависимость скорости разрушения изоляции от времени, естественно предположить, что скорость разрушения поверхности изолирующего слоя пропорциональна уже разрушенной, т.е.