«Учебное пособие 2007 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технологический университет С.С. Виноградова, Р.А. ...»

Современные ультразвуковые дефектоскопы генерируют и отображают ультразвуковые волны, которые позволяют обнаружить и квалифицировать дефекты в тестовом образце.

Современные ультразвуковые дефектоскопы обычно включают ультразвуковой генератор/приемник, аппаратное и программное обеспечение для получения и интерпретации сигнала, дисплей формы продолжается производство аналоговых дефектоскопов, но в большинстве современных инструментов используется цифровой сигнал для обеспечения стабильности и точности показаний.

Обработка сигналов может быть представлена в двух вариантах.

В первом случае, она будет заключать в себе простое отображение на градуированной шкале отношения амплитуды сигнала ко времени. Во втором случае, обработка сигналов - комплекс сложных алгоритмов обработки цифровых сигналов, включающих функцию коррекции расстояния от амплитуды и тригонометрическое вычисление углов.

жидкокристаллическим или электролюминесцентным. Дисплей обычно настроен на единицы измерения глубины или расстояния.

Встроенный модуль памяти предназначен для записи полной формы волны, а так же соответствующих настроек проведения тестирования или такой выборочной информации, как амплитуда эхосигнала, измерение глубины или расстояния.

контактные, раздельно-совмещенные, иммерсионные датчики или датчики с линией задержки. Этот вид тестирования предназначен для выявления трещин, пустот и пор, параллельных поверхности тестового материала. В основу положен принцип распространения звуковой волны - при распространении в материале звуковая волна либо полностью рассеивается, либо отражается, встречая на своем пути границу другого материала – воздуха с обратной стороны материала или внутри трещины. Оператор устанавливает датчик на тестовую поверхность и локализует эхосигнал, отраженный от предшествующих ему эхосигналов, учитывая возникающие из-за свидетельствуют о наличии трещин или пустот. Дальнейший анализ позволяет определить глубину залегания, размер и форму структуры, отразившей волну. Звуковая волна распространяется до задней части материала или отражается от трещины или схожей неоднородности (рис. 14) Рис. 14 Измерение толщины (а) или дефекта (б) образца. В некоторых случаях исследование проводится в режиме передачи, когда два датчика устанавливаются на противоположных сторонах тестового материала. Если на пути распространения волны встречается значительный дефект, то до приемника сигнал не доходит.

Тестирование под углом. При проведении тестирования прямым лучом трещины и другие неоднородности перпендикулярные или наклонные по отношению к поверхности тестового образца обычно не определяются. В таких случаях проводят тестирования под углом с помощью стандартных наклонных датчиков.

Типичные наклонные датчики (рис. 15) используют волновое преобразование и закон Снеллиуса для генерации поперечной волны под определенным углом (обычно 30, 45, 60 или 70 градусов). При увеличении угла падения продольной волны, увеличивающаяся часть звуковой энергии во втором материале превращается в поперечную волну. Если угол достаточно велик, то вся звуковая энергия во втором материале будет передаваться в виде поперечной волны.

Существует два преимущества в использовании стандартных наклонных датчиков для конверсии. Во-первых, наклонные датчики эффективнее передают энергию для генерации поперечной волны в стали. Во-вторых, при уменьшении длины звуковой волны становится возможным определение дефектов меньших размеров, а при одной и той же частоте длина поперечной волны составляет примерно 60% длины соответствующей продольной волны.

Для использования в особо сложных производственных условиях разработан ультразвуковой портативный дефектоскоп (Epoch XT) (рис.16).

Рис. 16 Ультразвуковой дефектоскоп Epoch XT Прибор полностью защищен от попадания пыли, грязи и воды и может быть погружен в воду на глубину до 1 метра без ущерба работоспособности. Применяется для дефектоскопии различных материалов, объектов, сварных швов и измерения толщины ультразвуковым методом в очень сложных, влажных условиях, таких как морские бурильные платформы, танки и корпуса судов, а также в очень запыленных и загрязненных средах. Дефектоскоп оснащен цветным жидкокристаллическим дисплеем. Прибор оснащен двумя высокоскоростными USB портами, один из которых предназначен для соединения с периферийными устройствами, такими как принтеры и ПК. Внутренний регистратор данных позволяет сохранять данные измерений.

1.2.2 Ультразвуковой контроль наводораживания металла В сероводородных средах твердые стали с относительно растрескиванию. Опасность растрескивания заключается в том, что относительно неповрежденном металле на остальных участках оборудования. Наиболее часто растрескивание возникает в швах и продольно ориентированных дефектах труб из высокопрочных сталей.

Ультразвуковые пьезоэлектрические датчики устанавливают в наиболее опасные в коррозионном отношении участки оборудования.

ультразвуковой дефектоскоп, на экране которого наблюдают изменение амплитуды сигналов, обусловленное водородной хрупкостью стали (рис.17).

Обезуглероживание стали ослабляет отраженный сигнал. Трещины могут выявляться на экране в виде выброса сигнала; таким же образом выявляются инородные включения, пустоты и т. д.

а – для контроля низкотемпературного оборудования (ниже +65°С); б – для контроля высокотемпературного оборудования (до 530°С); 1 – коаксиальный разъем; 2 – пьезокристалл датчика; 3 – корпус датчика; 4 – эпоксидный наполнитель; 5 – корпус предохранительный; 6 – место приварки к стенке оборудования; 7 – стенка контролируемого оборудования; 8 – съемная заглушка;

Если имеют место незначительные дефекты структуры металла (границ зерен), то отражающая поверхность обычно настолько мала, что нельзя получить сигнал отражения. В таком случае применяют метод затухания. Затухание ультразвуковых колебаний в металле связано с рассеянием ультразвука в дефектных местах структуры и его поглощением.

применение эхо-импульсные дефектоскопы. Полученные сигналы затухания эхо-импульсов (рис.18) позволяют судить о наличии внутренних трещин в стенке оборудования.

Если дефектоскоп показывает наличие опасной концентрации водорода в стали, то в конструкцию устанавливают водородный зонд и замеряют количество проникающего в металл водорода.

Рис. 18 Сигналы, полученные эхо-импульсным дефектоскопом а - наводораживания практически не наблюдается, б - наличие в образце внутренних трещин, в - большое количество трещин в металле накопление газообразного водорода. Своей рабочей поверхностью зонд вставляется внутрь аппарата. Находящийся снаружи манометр фиксирует количество водорода, диффундирующего через стенку зонда и скапливающегося в его внутреннем пространстве (рис. 19).

Количество выделяющегося водорода определяется по увеличению давления в датчике 1 – манометр; 2 – стенка сосуда или трубы; 3 – вентиль для выпуска водорода; 4 – полость для сбора водорода; 5 – внешняя поверхность зонда, через которую интенсивность наводораживания металла в данных условиях, но и противокоррозионного мероприятия, направленного на снижение наводораживающей способности среды (очистка от агрессивных агентов, добавление ингибиторов и т.д.).

1.3 Радиометрический метод Суть метода заключается в предварительной активации контролируемых участков аппаратуры ускоренными заряженными частицами и последующем измерении изменений -активности в процессе коррозионного износа участков активированного металла.

Метод применяется для контроля общей коррозии практически любого металла при скорости коррозии от нескольких микрометров до нескольких миллиметров в год и продолжительностью наблюдений от нескольких месяцев до нескольких лет.

Кроме -лучей, радиоактивные препараты могут испускать и лучи, но для гамма-дефектоскопии они большого значения не имеют.

В настоящее время известно большое количество искусственных изотопов, испускающих -лучи, но не все они пригодны для целей толщинометрии. Пригодность того или иного изотопа зависит от совокупности его основных характеристик, которые определяют взаимодействие -лучей с веществом и технико-экономические свойства изотопа.

При просвечивании в зависимости от материала и толщины исследуемого объекта используются радиоактивные изотопы, испускающие гамма-излучение различной жесткости. Известно около 1000 радиоактивных изотопов, отличающихся видом излучения, его энергией и периодом полураспада.

Если толщина просвечиваемого материала позволяет выбрать изотоп с мягким излучением, то при этом значительно упрощается устройство защиты и уменьшается вес аппарата. Однако применение изотопа с очень мягким излучением также имеет свои границы.

Одним из главных параметров, определяющих практическую ценность изотопа является период полураспада; наибольшую ценность имеют изотопы с большим периодом полураспада.

стенки основан на том, что при прохождении сквозь неё пучка -лучей количество первичных гамма-квантов (т. е. интенсивность первичного пучка) непрерывно уменьшается вследствие взаимодействия с атомами вещества. В результате чего часть энергии проходит через металл, часть поглощается его атомами. Интенсивность -лучей, прошедших через металл определенной толщины и химического состава, выражается формулой где I – интенсивность -лучей после выхода из просвечиваемого металла; I0 – интенсивность -лучей в той же точке, но не прошедших через металл; µ – линейный коэффициент ослабления; d – толщина просвечиваемого металла.

представлена на рис.20. Вместо рентгеновской пленки можно использовать счетчики Гейгера-Мюлллера.

Рис.20 Принцип действия гамма-толщиномера:

1 – рентгенопленка; 2 – свинцовый экран; 3 – источник; -лучей; 4 – труба Одним из недостатков гамма-метода является его не очень высокая точность. Гамма-толщиномер может показывать толщину большую, чем действительная толщина стенки, так как коррозионные отложения тоже поглощают излучение.

принципу поглощения излучения, изображена на рис.21. В качестве источника радиоактивности применяют Co60, заключенный в защитную капсулу. Для фокусировки излучения в нужном направлении используется свинцовая пластина-экран, закрепленная на скобе датчика прибора.

производится с помощью малогабаритного счетчика ГейгераМюллера, вделанного в рукоятку датчика, путем счета импульсов излучения.

Счетная схема с измерительным прибором, скомпонованная в отдельном небольшом блоке, смонтирована непосредственно в рукоятке датчика. Шкала прибора калибрована в дюймах или в миллиметрах. Достоинством прибора является то, что его можно применять во взрывоопасных средах. Прибор измеряет толщину стенок труб с погрешностью не более ±3%.

Рис. 21 Прибор для измерения толщины стенок трубопроводов 1 – источник гамма-лучей; 2 – скоба прибора; 3 – свинцовая пластина экран;

4 – разъем; 5 – детектор излучения; 6 – контролируемая труба Назначение аппарата Шмель-250: рентгенография сварных соединений в полевых условиях при прокладке и обслуживании газо- и нефтепроводов, дефектоскопия муфт, кабелей, железобетонных и сотовых конструкций (рис. 22).

Рис. 22 Портативный импульсный рентгеновский аппарат Шмель- Рентгеновский аппарат состоит из двух блоков: рентгеновского моноблока и пульта управления. Межблочное соединение выполнено морозостойким низковольтным кабелем длиной 25 метров. Аппараты имеют биологическую защиту от обратного и рассеянного излучения, что обеспечивает безопасную работу оператора без использования специальных средств защиты (табл. 3).

Таблица 3 - Технические параметры Фокусное пятно Максимальная толщина стали, доступная при рентгенографии на пленку:

- РТ-2 с флуоресцентными экранами типа ВП-2* 54 мм - F8 с металлическими экранами RCF (AGFA)* 34 мм Масса:

Температура эксплуатации На рис. 23 представлен переносной рентгеновский аппарат ICM.

Рис. 23 Переносной рентгеновский аппарат ICM Генераторы имеют стержневой анод: фокус находится за пределами изолированного генератора высокого напряжения.

Генераторы направления имеют внутреннюю "карусель", в которой есть свинцовый колпачок и 4 диафрагмы, откалиброванные для наиболее часто используемых пленок. Панорамные генераторы SITEX имеют нецентральное положение относительно фокуса, что дает возможность проверки кольцевых сварных швов практически по всему днищу емкости.

Для измерения толщины стенок трубопроводов используются кроулеры, которые представляют собой компактные модульные блоки, Они могут использоваться как на суше, так и при строительстве морских трубопроводов при различных климатических условиях в трубопроводах диаметром от 135 до 500 мм (рис.24).

Компактные размеры Кроулеров позволяют делать внутренние панорамные рентгенограммы. Источником рентгеновского излучения может быть радиоактивный материал или генератор. Управление перемещением, остановкой и режимами излучения полностью дистанционное.

Рис. 24 Рентгенографические кроулеры JME MK2 6 и В качестве примеров на рис.25 и 26 представлены модели кроулеров с различными источниками излучения, а в табл. 4 и 5 даны их технические характеристики.

Таблица 4 - Технические характеристики модели 6G Мин. внутр. диаметр трубопровода Рекомендуемый макс. диаметр трубопровода Скорость перемещения Точность позиционирования при остановке Рабочая температура окружающей среда Контрольный изотоп Источник излучения Таблица 5 - Технические характеристики моделей 6 XR, 8 XR Мин. внутр. диаметр трубопровода Рекомендуемый макс.

диаметр трубопровода Вес Кроулера (вместе с 28 кг + рентген. 33 кг + рентген.

Блок питания Скорость перемещения Точность позиционирования при остановке Время экспонирования Время задержки Рабочая температура окружающей среда Длина Кроулера Изгиб трубопровода Комплекс «Эксперт» предназначен для ввода в компьютер рентгенографических снимков, проведения измерений их оптической плотности, допуска их к расшифровке, определения линейных размеров дефектов, цифровой обработки и создания компьютерных архивов изображений (рис.27). Комплекс предназначен также для обучения дефектоскопистов и обеспечения их справочными материалами.

Рис. 27 Комплекс измерительный аппаратно-программный автоматизированной расшифровки радиографических снимков 1.4 Кавернометрия Для контроля коррозии скважинного оборудования используется кавернометрия.

Основной частью скважины является колонна обсадных труб.

Авария обсадной колонны, ее негерметичность ведут к выходу из строя всей скважины. Однако после установки колонны в скважине доступ к ней с внешней стороны исключается полностью. Также невозможно извлечь колонну из скважины для проверки ее состояния.

Обследование внутренней поверхности насосно-компрессорных труб скважин позволяет определить степень их коррозионного износа и прогнозировать возможность их дальнейшей эксплуатации.

Для измерения внутренней поверхности скважин применяются каротажной станции. Каверномер состоит из металлической гильзы, вдоль ствола, которой располагаются ромбовидные рычаги-щупы, при подъеме каверномера рычаги под действием пружины раскрываются и плотно прижимаются к стенкам скважины. При изменении угла раскрытия рычагов движется закрепленный на них шток, который связан с ползунковым реостатом. Это приводит к изменению сопротивления реостата и тока в электрической цепи, который зависимость между током и радиусом раскрытия рычагов, легко перевести график его изменения в кривую изменения диаметра скважины (кавернограмму). Она служит для изучения технического исследований.

электромагнитные бесконтактные устройства.

Проводят периодический контроль обсадных и насоснокомпрессорных колон. Первый контрольный замер производится непосредственно после спуска колонны. Для определения наличия коррозии и установления ее скорости производят последующие замеры. Обработка данных позволяет судить о характере коррозии отдельных участков трубы.

Рис. 28 Механический Изготавливаются каверномеры с передачей каверномер 1 – приводное колесо;

2 – пятнадцатиперьевой виде электрических сигналов по кабелю.

самописец с лентой;

3 – механические щупы; Количество щупов зависит от диаметра трубы 4 – колонна насоснои составляет 32; 40 и 48 для труб диаметром компрессорная;

привода; 6 – обсадная колонна На рис. 29 представлен электромагнитный каверномер с передачей показаний на поверхность. На верхнем и нижнем его концах имеются центрирующие пружины, предохраняющие от износа обоймы катушек. Электронная часть прибора заключена в полый цилиндрический кожух и электрически соединена с катушками прибора.

Электромагнитный каверномер : 1 – централизаторы; разность фаз между питающим напряжением и 2 –немагнитный корпус для катушек приема и возбуждения Вследствие сильного ослабления потока принятый сигнал подвергается усилению, после чего фаза этого сигнала модулирует передается на поверхность. Сигнал отфильтровывается, демодулируется и его временная задержка относительно питающего напряжения регистрируется схемой фазометра.

Между показаниями прибора и толщиной трубы существует факторами: толщиной стенок обсадных труб, частотой сигнала, сопротивление материала труб.

где – сдвиг фаз, град; D – толщина стенки, см; µ – относительная сопротивление, мкОм·см; f – частота, Гц.

На рис.30 показана часть совместной записи толщиномера и электромагнитного каверномера. На диаграмме видно, что на глубине 1153 м имеется сквозное отверстие, а несколько выше, на глубине 1148 м отмечается утоньшение стенки трубы. Отсутствие уменьшения внутреннего диаметра трубы в этом месте указывает на разрушение трубы с внешней стороны.

Рис. 30. Выделение внешней коррозии и сквозного отверстия в эксплуатационной колонне при одновременной записи электромагнитного каверномером (а) и толщиномером (б) скважины в диапазоне от 50 до 300 мм (погрешность не более 2 мм), с последующим вычислением в наземном оборудовании двух взаимноперпендикулярных диаметров и среднего диаметра скважины. В табл.

4 представлены характеристики каверномера.

взаимноперпендикулярных направлениях, их полусуммы, а также четырех радиусов. Раздельная регистрация радиусов обеспечивает возможность учета эксцентриситета прибора в скважине.

Прибор рассчитан на работу с одножильным каротажным кабелем совместно с каротажной станцией «Кедр».

Рис. 31 Скважинный каверномер- Рис. 32 Каверномер-радиусомер Табл. 4 - Характеристики каверномера-профилемера КП-М Длина, Диаметр, Максимальная Максимальное Скорость Вес, измерение внутреннего профиля обсадной колонны с целью получения следующих данных: коррозия внутренней поверхности, износ обсадных колонн, деформация обсадных колонн, оценка отложений в трубах, положение отверстий, трещин и разрывов, карта перфораций. В табл. 5 представлены технические характеристики профилемера.

Рис. 33 Многорычажный профилемер MFC-C изображение детального состояния труб в скважинах. Для этого в сканере используется множество рычагов-датчиков, которые, по мере прохождения скважины прибором, измеряют незначительные изменения диаметра обсадной колонны. Результаты измерения передаваться на поверхность по одножильному кабелю. При изображения профиля трубы в реальном времени (рис.34).

Рис. 34 3D-изображения профиля трубы в реальном времени интерпретации данных осмотра трубы позволяет инженеру рассмотреть внутреннюю поверхность трубы или снаружи, или в режиме "спуска".

1.4 Метод высверленных углублений Этот метод использовался в химической и нефтехимической промышленности, для контроля коррозии внутренних стенок трубопроводов.

С наружной стороны труб, резервуаров, аппаратов, толщина стенок которых известна, высверливаются углубления. В результате коррозии стенка аппарата разрушается и появляется течь жидкости или газа в месте, высверленного углубления. Зная расстояние и время, за которое фронт коррозии достиг дна углубления, оценивают скорость коррозии. Зная общую толщину стенки, рассчитывают время, в течение которого можно безопасно эксплуатировать оборудование.

Затем отверстие заделывается.

В углубления могут быть вставлены штуцера манометров, позволяющих фиксировать моменты разрушения стенки аппарата на определенную глубину.

Применяют также «градуированные» высверленные углубления.

В этом случае высверливают группы углублений разного размера.

После того, как коррозионные разрушения достигнут дна самого глубокого углубления, определяют время до разрушения следующего, близкого к нему по глубине. Метод обеспечивает надежный контроль, однако требует высверливания углублений с большой тщательностью, а при образовании утечек – соответственно заделывание их. Метод имеет и другие ограничения, в том числе опасность, которая может возникнуть при утечке из образовавшегося отверстия жидкостей или газов.

2. МОНИТОРИНГ ПАРАМЕТРОВ ОБРАЗЦОВ-ЗОНДОВ

2.2 Метод электрического сопротивления определения скорости коррозии металла, основан на зависимости между уменьшением поперечного сечения чувствительного элемента зонда и увеличением его электрического сопротивления.

Преимуществом метода является возможность непрерывной записи зависимости сопротивления от времени, что позволяет относительно легко судить о внезапном изменении скорости коррозии и то, что датчик позволяет измерять скорость коррозии металла не коррозионных средах, на воздухе, в парах, в грунте.

Измерением электрического сопротивления получают очень точные данные, так как обнаруживаются даже самые малые изменения сопротивления, а, следовательно, и самые малые колебания скорости коррозии. Например, для образца толщиной 0, мм регистрируется уменьшение его толщины, равное 1,27·10-6 мм. При такой чувствительности прибора скорость коррозии может быть определена кратковременными измерениями, которые продолжаются всего несколько часов.

Приборы, работающие по методу электрического сопротивления, широко применяются в нефтегазодобывающей промышленности. С их помощью определяют коррозионную стойкость того или иного материала, а так же оптимальные концентрации ингибиторов.

Приборы состоят из двух основных частей: зонда с чувствительными регистрирующего прибора. Работа этих приборов основана на измерении электрического сопротивления специально изготовленного исследуемую коррозионную среду.

Сопротивление элемента изменяется (увеличивается) по мере уменьшения площади его поперечного сечения в результате коррозии.

Изменение сопротивления, регистрируется вторичным прибором. Так как прибор регистрирует изменение общего сопротивления элемента, то его показатели являются средними за какой-то промежуток времени.

температурные изменения среды не влияют на точность его показаний. Достигается это тем, что зонд, помимо чувствительного элемента R1, имеет точно такой же по значению сопротивления эталонный элемент R2. Эталонный элемент покрыт изолирующим материалом и предохранен таким образом от действия коррозии;

температурные изменения сопротивлений обоих элементов практически идентичны. Изменения сопротивления измерительного элемента определяются мостовым методом и пересчитываются в термокомпенсирующим образцом представлена на рис.36.

термокомпенсирующим элементом 1 – испытуемый образец; 2 – защитная сетка; 3 – средний вывод; 4 – изоляционная втулка; 5 – стенка контролируемого оборудования; 6 – надежность элек. контактов.

образец, защищенный стойким покрытием При разработке зондов большое значение имеет соотношение между чувствительностью электрической схемы и регистрирующего прибора и сроком службы чувствительного образца зонда. Для обеспечения более длительного срока службы образцов их делают достаточной толщины. С другой стороны, использование тонких образцов делает регистрирующий прибор более чувствительным к изменениям поперечного сечения.

Обычно в зондах применяются образцы трубчатой формы, так как они механически прочны и имеют достаточный срок службы.

Для удовлетворения противоречивых требований высокой чувствительности и значительного срока службы образца применяют съемные зонды (рис.37).

1 – электрический разъем; 2 – предохранительная крышка; 3 – набивной сальник; 4 – вентиль; 5 – коррозионная среда; 6 – испытуемый образец Съемные зонды позволяют контролировать незначительные изменения скорости коррозии. Для ввода и вывода зондов, используемых в целях контроля коррозионных процессов, протекающих при высоких давлениях, применяют специальные приспособления.

представляют собой переносные портативные конструкции. Обычно измерительный прибор состоит из источника питания, мостовой схемы, переключателей, потенциометра и усилителя. Приборы могут работать как на переменном, так и на постоянном токе.

Измерительные зонды можно использовать при температурах вплоть до 500 °С и при давлениях до 350 кГ/см2. Большое внимание уделяют выбору мест установки зондов, так как от этого зависит точность получаемых данных о скорости коррозии. Например, температура стенки труб теплообменников может быть как ниже, так и выше температуры потока; в этом случае с помощью двух зондов, помещенных на входе и выходе из теплообменника, интерполяцией показаний удается определить среднюю скорость коррозии на стенке теплообменника.

Разработаны зонды самых различных конструкций, что позволяет проводить контроль коррозии, как в лабораторных, так и в полевых условиях. Для промышленного применения разработаны зонды, которые можно использовать в широком диапазоне температур и давлений коррозионной среды. Чувствительные элементы зонда изготавливают из самых разных металлов и сплавов: углеродистые, легированные, нержавеющие стали и различные сплавы.

Большое значение для точного контроля скорости коррозии в системе имеет выбор размеров и формы чувствительного элемента.

Элементы зонда в виде проволочных петелек обеспечивают более длительную работу зонда без смены элемента. Такие зонды применяют при исследованиях, предусматривающих измерения через большие интервалы времени. Зонды с чувствительными элементами в виде тонких полос дают максимальную чувствительность и чаще применяются при кратковременных лабораторных и промысловых исследованиях. Выбор наиболее подходящего по форме типа чувствительного элемента проводится в зависимости от скорости коррозии металла в исследуемой системе (табл.6).

Таблица 6 – Рекомендуемая форма чувствительного элемента зонда Скорость Рекомендуемая форма чувствительного В зависимости от температуры и давления среды, в которой будет устанавливаться зонд, выбирается подходящая серийная модель зонда (см. табл. 7).

Таблица 7 - Характеристики зондов, выпускаемых в комплекте прибора «Corrosometr»

На рис. 38 приведен зонд серии 2032 для работы в условиях средних давлений и температур. Конструктивно зонд состоит из двух основных частей: основания с резьбой 1 для установки в стенке контролируемого оборудования и сменной вставки с чувствительными элементами 2.

1 – специальная насадка для защиты чувствительных элементов от повреждения;

2 – чувствительные элементы зонда; 3 – конец вставки; 4 – основание зонда;

5 – съемная крышка для предохранения электрического разъема зонда Для создания надежного уплотнения сменной вставки при ее установке в основании зонда 4 используется специальное двойное сальниковое кольцо, выполненное из синтетического каучука. Все металлические части зонда изготовлены из нержавеющей стали.

чувствительного элемента, выполнен из тефлона. Во время контроля скорости коррозии вторичный блок прибора подключается через специальный кабель к разъему зонда 5. После снятия показаний разъем закрывается антипылевой прокладкой и завинчивается крышкой.

Этот компактный и высоконадежный в эксплуатации зонд применяется для периодического контроля наиболее опасных в устанавливается на конической резьбе в заранее приготовленное отверстие соответствующего диаметра в стенке резервуара или трубопровода. Смена чувствительного элемента может производиться имеющиеся формы чувствительных элементов: ленточные, трубчатые и проволочные. Материал, из которого могут быть изготовлены элементы, выбирается в зависимости от металла, из которого изготовлено технологическое оборудование. Эталонный элемент имеет покрытие, гарантирующее стойкость и долговечность при работе в самой агрессивной среде. Чувствительные же элементы надежно защищены от повреждения специальной насадкой.

Регистрация показаний зонда осуществляется портативным или стационарным прибором.

2.3 Метод поляризационного сопротивления Метод поляризационного сопротивления основан на измерении поляризационной кривой вблизи потенциала коррозии, определении поляризационного сопротивления (Rп) и использовании его для расчета скорости коррозии.

зависимость между величиной поляризующего тока и вызываемого им изменения потенциала (рис. 39).

Рис. 39 Графическое определение поляризационного сопротивления Величина поляризационного сопротивления электрода, связана со скоростью коррозии константа В определяется выражением где ba и bk – соответственно наклоны тафелевских участков для анодной и катодной составляющих коррозионного процесса.

Весьма существенным при применении уравнения (10) является величина константы В, ее значение и постоянство. Рассчитанные значения этой постоянной для разных величин тафелевских коэффициентов приведены в табл. 8.

Таблица 8 – Теоретические значения постоянной В, отвечающей некоторому смещению потенциала (как правило, = ±10 мВ), которая пропорциональна току коррозии. Метод позволяет непрерывно контролировать скорость коррозии и получать практически мгновенные значения скоростей. При этом благодаря малому смещению потенциала относительно потенциала коррозии, измерения не приводят к существенным изменениям в системе.

Для приборов основанных на методе поляризационного сопротивления, был проведен анализ, позволивший оценить ошибку, вызванную нелинейностью поляризационной кривой вблизи корр. Этот анализ показал, что при = ±10 мВ максимальная ошибка за счет нелинейности составляет меньше 50% В промышленности, где в большинстве случаев требуются лишь измерения относительных изменений скоростей коррозии, применение этого метода вполне допустимо и нет надобности в поправках на нелинейность поляризационной кривой.

Метод поляризационного сопротивления имеет трудности и ограничения при применении его на практике, связанные как с проведением самих измерений, так и с использованием получаемых данных. К числу первых относятся: неопределенность, связанная с возможным изменением потенциала коррозии во время измерений;

изменение коэффициента В с частотой при проведении измерений в переменном токе; необходимость согласования параметров приборов с импедансом ячейки или зонда; применение электродов небольших размеров для уменьшения постоянной времени. Ко вторым относятся:

неполная адекватность условий измерений и эксплуатации оборудования.

Измерения скорости коррозии методом поляризационного сопротивления можно проводить, используя двухэлектродные или трехэлектродные ячейки или зонды. В первом случае, как правило, используют два одинаковых электрода, что уменьшает ошибку, связанную с непостоянством потенциала коррозии во времени. Между электродами или накладывают определенную разность потенциалов, или пропускают ток определенной величины. В трехэлектродных ячейках один из электродов является электродом сравнения, это позволяет более точно определять потенциал рабочего электрода и электропроводимостью.

В применяемых в промышленности трехэлектродных зондах один из электродов служит в качестве рабочего или испытуемого электрода, другой – вспомогательного электрода, третий – сравнения.

Возможны разные варианты в подборе материалов электродов и их расположении. В некоторых зондах все три электрода изготавливают из одного материала, в других – электродом сравнения служат платина, нержавеющая сталь, каломельные, хлорсеребряные вспомогательных электродов. Электроды располагают или на одной прямой (работающий электрод в середине), или в вершинах равнобедренного треугольника. Они могут быть разной формы - чаще всего цилиндрической. В качестве изолирующего электроды материала часто используется тетрафторэтилен. Конструкционное оформление самих зондов может быть различно, оно зависит от условий работы того оборудования, для наблюдения за коррозией которого, эти зонды предназначены (температуры, давления и других параметров).

Для элементов оборудования, корродирующих в напряженном состоянии, разработан зонд, один из чувствительных элементов которого также находится в напряженном состоянии (рис. 40).

Рис. 40 Зонд для измерения скорости коррозии оборудования 1 – чувствительный элемент зонда; 2 – нижний участок чувствительного элемента; 3, 4 – концы электродов; 5 – резьбовая часть; 6 – головка.

Основание зонда, выполненное из изоляционного материала, состоит из резьбовой части 5 и октагональной головки 6 для удобства затяжки зонда на стенке трубы при помощи гаечного ключа.

Петлеобразная часть чувствительного элемента зонда 1 в нижнем участке 2 покрыта специальным покрытием, стойким к действию измерительного прибора. Величина приложенного к чувствительному эксплуатационных данных.

Разработан зонд для контроля скорости щелевой коррозии (рис.

41).

Рис.41 Зонд для измерения скорости щелевой коррозии 1 – основание зонда; 2, 3 – электропроводные выводы; 4, 5 – электроды;

Основание зонда имеет такую же конструкцию, как и зонд на рис.18. Электропроводные выводы 2, 3 припаяны к основным электродам зонда и покрыты полимерным покрытием. Электроды зонда 4, 5 выполнены из полос того же материала, из которого изготовлено оборудование. В точках 6, 7 имитируется щель или зазор.

Угол сгиба электрода обычно выбирается в пределах 210°. Когда требуется контролировать только щелевую коррозию, внешние поверхности электродов должны иметь коррозионностойкое покрытие.

Стандартизация зондов облегчает планирование и проведение измерений. Для проведения испытаний в закрытых технологических емкостях и в трубопроводах отверстие, через которое вводится зонд, должно быть спроектировано в таком месте, чтобы образец находился в технологическом потоке, вблизи от внутренней поверхности оборудования, но все же между ними должен оставаться достаточный зазор. Практически невозможно иметь отверстия для ввода зонда во всех местах, где может появиться необходимость в проведении коррозионного контроля. Однако в определенных точках, где процесс коррозии идет наиболее интенсивно (что выявлено в процессе эксплуатации оборудования), такие отверстия целесообразно предусмотреть при проектировании нового оборудования. На работающем оборудовании такие отверстия могут быть сделаны во время профилактического ремонта.

Зонды можно закреплять при помощи фланцевых или нарезных фасонных частей. Зонды с фланцами целесообразно применять при высоких рабочих давлениях и температурах. Резьбовые соединения имеют тот недостаток, что вследствие негерметичности происходит утечка газа.

Для определения скорости коррозии методом поляризационного сопротивления используют разнообразные коррозиметры. Ниже, в качестве примера приведены характеристики приборов "Коррозометр", "Коррейтер", «ЭКСПЕРТ- 004» и "КМ-МИСиС".

Приборы "Коррозометр" являются стандартными портативным приборами для мониторинга коррозии с помощью любых зондов серии "Коррозометр" практически в любых агрессивных средах. Для снятия показаний зондов "Коррозометр" требуется менее 1 минуты (рис. 42).

На рис. 43 представлен прибор "Коррейтер", модель AquaCorr, его характерные особенности: система мониторинга коррозии в различных водных системах, один или два канала для измерения скорости коррозии, измерение рН, температуры, проводимости. Его основные технические данные: диапазоны (0-0,012 мм/год, 0-0, ммил/год, 0-0,5 мм/год, 0-5 мм/год), точность (±5 % от конечного значения шкалы ) Рис. 43 Прибор "Коррейтер", модель AquaCorr Для лабораторного и производственного контроля коррозии и комплексной оценки эффективности защитных мероприятий используется универсальный коррозиметр «ЭКСПЕРТ- 004» (рис. 44) Рис. 44 Универсальный коррозиметр «ЭКСПЕРТ- 004»

Автоматически определяемые параметры: показатели общей, питтинговой коррозии, потенциал коррозии металлов, сплавов и характеристики коррозиметра.

Таблица 9 - Технические характеристики «ЭКСПЕРТ- 004»

Диапазон измерений показателей общей и питтинговой коррозии Рабочие температуры: измерительного датчика Габаритные размеры измерительного преобразователя, мм, не более Коррозиметр типа "КМ-МИСиС" предназначен для измерения скорости коррозии, коррозионного мониторинга и диагностики коррозионных поражений углеродистых и низколегированных сталей использоваться для измерений в реальных эксплуатационных смачивания, наличие адсорбированных слоев влаги).

введения параметров, позволяющих оценивать скорость коррозии различных марок сталей. Измерения и их обработка производятся измерения скорости коррозии в проводящих водных средах методом поляризационного сопротивления.

измерения скорости коррозии в условиях попеременного смачивания, адсорбированных слоев влаги и под покрытиями.

1 - разъемы для подключения датчиков, 2 - корпус (блок питания находится на задней панели корпуса), 3 - дисплей ввода/вывода информации,4 - рабочие электроды (датчики), 5 - кнопка "ВЫБОР" выбора режимов, 6, 7 - кнопки "Ў" уменьшения или "^" увеличения значений или параметров, 8 - кнопка "ВВОД" установки режимов или

3. МОНИТОРИНГ ПАРАМЕТРОВ КОРРОЗИОННОЙ СРЕДЫ

Принято считать, что металл корродирует только в присутствии пленки влаги, поэтому возникло понятие „критическая влажность”, служащее для обозначения такого порога влажности воздуха, который соответствует резкому возрастанию скорости коррозии и совпадает с Критическая влажность зависит от химического состава атмосферы, поэтому наличие влажной пленки и продолжительность смачивания металла могут служить косвенным источником информации о степени двуокисью серы в промышленной зоне.

микроклимата прибегают к электрическим измерениям.

представляющий собой набор чередующихся пластин из двух разных металлов, которые изолированы между собой прокладками из непроводящего ток материала. На плоскую рабочую полированную поверхность датчика выходят торцы пластин, которые при увлажнении поверхности генерируют электрический ток, значение которого Усовершенствованная конструкция датчика и измерительной системы позволяет не только следить за увлажнением поверхности, но и оценивать скорость атмосферной коррозии металлов.

Датчики, используемые в подобных измерениях, различаются конструктивными особенностями и электрическим режимом работы.

Имеются массивные датчики, предназначенные для самостоятельной установки и датчики, которые могут быть закреплены на любом участке изделия благодаря тому, что электродная система нанесена в виде тонкой пленки на токонепроводящую основу. Такой датчик, наклеенный на любую поверхность, в максимальной степени передает особенности коррозии выбранного элемента конструкции.

По режиму работы различают активные и пассивные датчики.

Первые имеют электродную систему, состоящую из пар различных металлов, контакт которых через пленку электролита при увлажнении рабочей поверхности датчика приводит к возникновению тока, значение которого считается пропорциональным скорости коррозии.

Вторые имеют электродную систему, состоящую из одного металла. На такую электродную систему подается напряжение, которое позволяет определять наличие влажной пленки на поверхности и меру увлажнения, измерять скорость коррозии методами импеданса, поляризационного сопротивления, измерением электросопротивления постоянному току.

На рис. 46, в качестве примера, показан датчик для регистрации представляющий собой тонкий слой 10-4 – 10-5 см исследуемого металла 1, нанесенный на стеклянную подложку в вакууме.

Выводы для подключения датчика в измерительную схему подпаиваются к его концам. Датчик включается в измерительную схему моста постоянного тока.

Измерение изменения сопротивления очень тонких цинковых покрытий, нанесенных на эластичные полимерные пленки, позволило быстро и надежно определять состояние атмосферы внутри деревянной упаковки. Некоторые сорта дерева, применяемые при изготовлении тары, выделяют пары органических кислот (муравьиная, уксусная), которые проникая внутрь упаковки, вызывают интенсивную коррозию металлических изделий. Конструкция зонда позволяет располагать его непосредственно на поверхности металла, что следовательно, одинаковые условия конденсации влаги. Отмечается высокая чувствительность такого зонда и хорошее согласие полученных данных с результатами гравиметрического метода.

Регистрацию продолжительности нахождения фазовых слоев влаги на поверхности металлов проводят с использованием датчика в виде цилиндрического гальванического элемента. Одним электродом является цилиндр из исследуемого металла, на поверхность которого накладывается слой фильтровальной бумаги, поверх него плотно наматывается медная проволока, служащая вторым электродом (рис.47). Для регистрации тока активного датчика применяется потенциометр.

3.2 Агрессивность грунтов Для оценки коррозионной агрессивности грунтов определяют их удельное электрическое сопротивление (табл. 10).

Таблица 10 - Коррозионная агрессивность грунта по отношению к углеродистым и низколегированным сталям Коррозионная агрессивность Удельное сопротивление грунта, Низкая Средняя Высокая Удельное электрическое сопротивление грунта в полевых условиях определяют непосредственно на местности по трассе подземного трубопровода.

Измерение электрического сопротивления грунта проводят по четырехэлектродной схеме (рис. 48).

Рис. 48 Схема определения удельного электрического сопротивления 1-стальные электроды; 2- измерительный прибор В качестве электродов применяют стальные стержни длиной 250мм и диаметром 15-20 мм (рис.49). Расстояние между электродами принимается равным глубине прокладки подземного трубопровода.

Глубина забивки электродов в грунт должна быть не более 1/ расстояния между смежными электродами.

Рис. 49 Прибор для измерения удельного электрического Электроды размещают на поверхности земли на одной прямой линии, которая для проектируемого трубопровода должна совпадать с осью трассы, а для уложенного в землю - проходить перпендикулярно или параллельно ему на расстоянии 2-4 м от оси трубы. Измерения выполняют через каждые 100-200 м.

В качестве аппаратуры применяются измерители сопротивления типа М-416, Ф-416, Ф4103-М1 (рис. 50), аппаратура ГУП "Парсек" или другие приборы.

Рис. 50 Измеритель сопротивления заземления Ф4103-М заземляющих устройств, удельного сопротивления грунтов и активных сопротивлений как при наличии помех, так и без них с диапазоном измерений от 0-0,3 Ом до 0-15 КОм (10 диапазонов).

Удельное электрическое сопротивление грунта p(Ом*м) вычисляют по формуле:

где R - величина электрического сопротивления, измеренная по прибору, Ом; а - расстояние между смежными электродами, м.

Для определения коррозионной активности среды (грунтов, использовать датчики скорости коррозии ДСК (рис.51).

электропроводимости единичных индикаторов) непосредственно на местности по трассе подземного сооружения (рис. 52).

Рис.52 Блок пластин-индикаторов скорости коррозии БПИ- Блок пластин-индикаторов состоит из трех пластин толщиной 0,3; 0,4; 0,5 мм, соединенных с общей пластиной толщиной 1,5 мм.

Каждая пластина имеет вывод контрольного проводника.

Датчики устанавливаются стационарно в грунт на глубину, равную глубине заложения сооружения.

3.3 Блуждающие токи Определение наличия блуждающих постоянных токов по трассе вновь сооружаемых теплопроводов проводят, измеряя разность потенциалов между двумя точками земли через каждые 1000м по двум взаимно перпендикулярным направлениям при разносе измерительных электродов на 100 м. Схема измерений приведена на рис.52.

Рис. 52 Схема электрических измерений для обнаружения 1-медносульфатные электроды сравнения; 2- изолированные проводники;

pV- вольтметр; l - расстояние между электродами сравнения При измерениях используют переносные медносульфатные разность потенциалов между двумя электродами не превышала мВ, что определяется в лабораторных условиях. Потенциал медносульфатного электрода по отношению к хлорсеребряному электроду - 120 (+10/-20) мВ. Измерения в каждом пункте должны проводиться не менее 10 мин с непрерывной регистрацией или с ручной записью результатов через каждые 10 с.

Рис. 53 Электрод сравнения неполяризующийся медно-сульфатный длительного действия показывающие и регистрирующие приборы классом точности не ниже 1,5. Применяют вольтметры с внутренним сопротивлением не менее 200 кОм/В. Среди рекомендуемых приборов можно указать: ЭВ 2234;

мультиметр цифровой специализированный 43313.1; прибор для измерения параметров установок защиты от коррозии подземных металлических сооружений ПКИ-02.

В зоне влияния блуждающих токов электрифицированных железных дорог период измерения должен охватывать пусковые моменты и время прохождения электропоездов в обе стороны между двумя ближайшими станциями.

Если наибольший размах колебаний разности потенциалов (между наибольшим и наименьшим ее значениями ) превышает 0,04В, это характеризует наличие блуждающих токов.

Определение опасного влияния блуждающего постоянного тока для действующих трубопроводов выявляют, определяя изменение потенциала трубопровода под действием блуждающего тока по отношению к стационарному потенциалу трубопровода.

Измерения выполняются с шагом не более 200 м. В тех случаях, когда наибольший размах колебаний потенциала трубопроводов, измеряемого относительно МЭС не превышает 0,04 В, колебания потенциала не характеризуют опасного влияния блуждающих постоянных токов.

Зоны опасного влияния переменного тока определяют на участках трубопроводов, на которых выявлены значения напряжения переменного тока между трубопроводом и МЭС, превышающие 0,3 В.

Смещение потенциала трубопровода, вызываемое переменным током, измеряют на вспомогательном электроде (ВЭ) относительно переносного МЭС до и после подключения ВЭ к трубопроводу через конденсатор емкостью 4 мкФ (рис.54). ВЭ представляет собой пластину, изготовленную из стали ст.3 размером 25*25мм, толщиной 1,5-2,0 мм.

Измерения производят в следующей последовательности:

- измеряют стационарный потенциал ВЭ относительно МЭС через 10 мин после его установки в грунт;

- после стабилизации значения стационарного потенциала ВЭ в пределах 1-2 мВ в течение 5 мин подключают ВЭ к трубопроводу по схеме рис. 5 и через 10 мин снимают первое показание вольтметра:

- показания непрерывно записывают в память соответствующего измерительного прибора (например, ПКИ-02) или снимают через с в течение не менее 10 мин.

Рис. 54 Схема измерения смещения стационарного потенциала трубопровода под влиянием переменного тока 1- трубопровод; 2- вспомогательный электрод; 3- переносной медносульфатный электрод сравнения; 4- шурф; 5- вольтметр постоянного тока; 6- конденсатор;

7- выключатель; 8- амперметр переменного тока.

Среднюю плотность переменного тока (i, mA/см2) рассчитывают по формуле:

где I - среднее значение силы переменного тока за время измерений,мА; S - площадь ВЭ, см.

Действие переменного тока признаётся опасным при средней плотности тока более 1 мА/см2 (10А/м2).

ЧАСТЬ 2. КОНТРОЛЬ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТЫ

4. ПАССИВНОЕ СОСТОЯНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ

Переход поверхности металла из пассивного состояния в активное состояние сопровождается изменением потенциала металла. Контроль потенциала отдельных узлов установок позволяет быстро определить потерю пассивного состояния металла. Для непрерывного измерения потенциала в настоящее время имеются все необходимые технические средства.

Изменение потенциала, кроме того, свидетельствует о нарушениях в условиях протекания технологического процесса (изменение температуры, скорости потока веществ, состава среды и др.), что помогает обнаруживать и устранять такие нарушения.

Измерение потенциала может быть также использовано для дозирования вводимых в среду пассивирующих добавок.

Приборное оформление метода измерения потенциала и применение его относительно просты. Прибор, предназначенный для контроля потенциала химической аппаратуры, состоит из датчика, измерительного блока и высокоомного преобразователя.

Пределы измерения потенциала - ±1В по выбранному электроду сравнения; точность 10 мВ. Датчик может быть установлен на химическом аппарате, находящемся как в цеховых условиях, так и на открытом воздухе (а также во взрывоопасной атмосфере), при давлении в аппарате до 6 атм, температуре – до 100°.

В датчике (рис.55) могут быть использованы серийные каломельный, хлорсеребряный или сульфатно-ртутный электроды сравнения. Собственно электрод сравнения 13 установлен в пластмассовый бачок 12, снабженный предохранительным металлическим колпаком 11. Через шланг 7 из кислотостойкой резины, фторопластовый наконечник 5 и шайбы из слюды 2, прижатые винтом из фторопласта 1 осуществляется слабый (не более 5 см3 в сутки) проток раствора.

1-винт; 2-прокладка; 3-гайка;4-уплотнительное кольцо; 5-наконечник; 6-труба;

7-кислотостойкий шланг; 8-фланец; 9- гайка; 10 - стойка;

11 - предохранительный колпак; 12-бачок для раствора H2SO4 или KCl;

13-электрод сравнения;14-клеммная коробка; 15-крышка клеммной коробки;

Примеры контроля пассивного состояния поверхности 1) Сталь Х18Н9Т при контакте с 70-80% серной кислотой при 80-120°С растворяется в зависимости от концентрации и температуры со скоростью до 900 мм/год (при этом через 1-2 мин сталь приобретает потенциал около 0,3В). Анодной поляризацией скорость коррозии можно снизить приблизительно в 3000 раз.

Однако область значений потенциала, в которой достигается минимизация скорости растворения стали, довольно узкая (рис.56).

Следовательно, необходим тщательный контроль потенциала элементов конструкции оборудования, например, теплообменников, находящихся в контакте с горячей концентрированной серной кислотой, для поддержания скорости коррозии в области минимальных значений (рис.57).

потенциостатические кривые теплообменника скорости коррозии, °С 1 – 80, 2 – 100, 3 – 2) Теплообменник из стали в кислых сточных водах, содержащих муравьиную кислоту, при t = 150°С поддерживается в устойчивом пассивном состоянии за счет добавления в коррозионную среду окислителя (воздуха). Прекращение подачи воздуха через час приводит к активированию, при этом скорость коррозии возрастает в 100 раз и достигает 1мм/год. Измерение потенциала позволяет контролировать состояние поверхности теплообменника.

3) Установка, включающая теплообменник, насос и трубопроводы в щелочной среде состава: 10% NaOH, более 15% органических веществ, переменные количества Na2CO3 и Na2S, при 110°С может находиться в активном (-600мВ) и в пассивном (мВ) состояниях. Если концентрация солей достигает 40%, потенциал смещается до -750мВ. При этом начинается интенсивная коррозия (скорость разрушения превышает 10 мм/год). Понижение концентрации солей и увеличение концентрации NaOH приводит к пассивированию. Автоматическая установка для поддержания потенциала, обеспечивает подачу воды и разбавление раствора при уменьшении потенциала, стабилизируя скорость коррозии на низком уровне.

контактирующих с оборотной водой (260 мг/л хлоридов и 530 мг/л сульфатов – pH 7,2), имеет потенциал -0,45В и корродирует при °С со скоростью 0,12 г/м2ч. При введении в оборотную воду нитрита натрия сталь удается перевести в пассивное состояние (рис.58 и 59). При достаточной концентрации нитрита натрия скорость коррозии снижается до допустимых значений (< 0,01г/м2ч). В данном случае возможен коррозионный контроль оборудования оборотного водоснабжения по потенциалу коррозии его поверхности. Смещение потенциала коррозии на каком-либо из контролируемых участков до опасного предела (0,0 В) свидетельствует о снижении концентрации ингибитора и требует принятия своевременных мер для защиты оборудования.

Рис.58 Поляризационные кривые Рис.59 Изменение потенциала стального электрода в оборотной воде в присутствии нитрита зависимости от концентрации температура °С.

Восстановление допустимого уровня коррозии достигается повышением содержания нитрита натрия в растворе или снижением температуры.

5. ИЗОЛЯЦИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ

Электрическое сопротивление изоляции постоянному току состоит из омического сопротивления каналов (дефектов) покрытия, заполненных грунтом или грунтовой влагой и поляризационного сопротивления оголенной поверхности трубы в основании этих каналов. Принципиальная схема измерений при оценке качества изоляции приведена на рисунке 60.

Рис. 60 Принципиальная схема для определения сопротивления 1 – контролируемый участок трубопровода; 2 – траншея; 3 – контур временного анодного заземления; 4 – источник постоянного тока; 5 – миллиамперметр;

6 – вольтметр; 7 – медносульфатный электрод сравнения На одном из концов участка трубопровода на удалении не менее 50 м (в любом направлении) устраивается временный контур заземления путем забивки в грунт диаметром 20 мм, длиной 0,8 м на удалении от 0,5 до 1 м друг от друга.

Измеряется естественная разность потенциалов "труба-грунт" увлажненной лунке на поверхности земли, на обоих концах участка увеличивают напряжение (соответственно, силу тока) до тех пор, пока смещение разности потенциалов от естественного значения в поддерживают в течение трех часов. По истечении заданного времени измеряется разность потенциалов "труба-грунт" в точке дренажа Uo и на противоположном конце участка Uk.

Измерения повторяют при поляризации с противоположного конца участка тем же током. Определяется смещение разности потенциалов в начале (в точке дренажа) и конце участка по формулам:

где U ео и U еk - естественные потенциалы соответственно в начале и конце участка, В.

Рассчитывается среднее значение смещения разности потенциалов Uc, В:

Через каждые 100 м измеряется удельное сопротивление грунта вдоль трассы контролируемого участка. Определяется среднее значение удельного сопротивления грунта.

Определяется переходное сопротивление трубопровода Ro, Ом·м:

где L - длина участка, м.

приближения R1, Ом по формуле где r - продольное сопротивление трубопровода, Ом/м, которое рассчитывается по формуле k1 - коэффициент, который рассчитывается по формуле ao - коэффициент, который рассчитывается по формуле Рассчитывается переходное сопротивление второго приближения R2, Ом, по формуле где k2 - коэффициент, который рассчитывается по формуле где 1 - коэффициент, который рассчитывается по формуле Если R2 отличается от Ro не более чем на 10 %, то окончательное значение переходного сопротивления R принимается равным R2, в противном случае R принимается равным Рассчитывается сопротивление изоляции Rи, Омм2, по формуле Имеется аппаратура предназначена для нахождения мест сквозных повреждений в изоляционном покрытии строящихся и эксплуатируемых металлических трубопроводов, уложенных под различными видами дорожных покрытий, без вскрытия грунта (рис.

61).

Рис. 61 Аппаратура нахождения повреждения изоляции подземных (генератор; приемник; аккумуляторная батарея; футляр с принадлежностями) Основные технические данные АНПИ-А представлены в табл. 11.

Таблица 11 - Технические данные АНПИ-А 1. Минимальная площадь определяемого повреждения изоляции трубопровода, мм 2. Точность определения места 0, трубопровода, мм 3. Габаритные размеры, мм 5.2 Коэффициент оголённости поверхности металла изоляционным покрытием определяются с помощью наложенного зонда (рис. 62). Испытываемый участок поверхности металла с повреждая покрытия, обезжиривают ацетоном и протирают другим тампоном, смоченным рабочим раствором, содержащим 30г/л соляной кислоты 100 г/л поваренной соли в воде.

Рис 62. Схема определения коэффициента оголенности 1. Металл-основа образца; 2.Покрытие;3. Уплотнительное кольцо из пористой резины; 4. Стальной наложенный зонд (дисковый электрод); 5.Капиллярнопористая прокладка (войлок, паралон), насыщенная рабочим раствором; 6 – На подготовленную таким образом поверхность накладывают зонд, пористая прокладка которого также насыщена рабочим раствором. Прижимают зонд к поверхности покрытия до тех пор, пока из под уплотнительного кольца не появится излишек раствора.

Выдерживают зонд в таком состоянии не менее 30 мин, после чего измеряют разность потенциалов между зондом и резервуаром.

постоянного тока такой силы, который смещает начальную разность потенциалов на 0,1В, и это смещение затем поддерживают постоянным путём стабилизации процесса поляризации записывают установившиеся значение поляризующего тока i.

Точно таким же образом, путем наложения этого же зонда на стальной непокрытый лист, определяют силу поляризующего тока ic.

Коэффициент оголенности определяют по формуле:

Для получения более полной оценки качества покрытия такие результаты усредняют.

6. ПРОТЕКТОРНАЯ ЗАЩИТА

Для протекторной защиты трубопроводов применяются стержневые протекторы из магниевого сплава с центральной армирующей стальной проволокой, служащей для электрического соединения протекторов между собой, и протекторы, упакованные в заводских условиях в активатор и хлопчатобумажный мешок.

Основные характеристики некоторых типов протекторов приведены в таблице 12.

Таблица 12- Характеристики магниевых протекторов * в знаменателе – масса с активатором или условный диаметр упакованных протекторов) Протекторы размещают в траншее глубиной не менее 1,8 м и защищаемому трубопроводу на расстоянии от 3 до 5 м от его оси (рис. 63), середина которой расположена напротив точки контакта с трубопроводом.

Рис. 63 – Технологическая схема протекторной защиты трубопровода 1 – трубопровод; 2 – протекторы; 3 – токоизолирующие соединения; 4 – дренажная контрольно-измерительная колонка (КИК); 5 – дренажный кабель; – контрольно - измерительный пункт (КИП); 7 – траншея трубопровода.

Для устранения рассеивания защитных токов на концах защищаемого трубопровода устанавливаются токоизолирующие соединения (ИФС – изолирующее фланцевое соединение или ТИС трубопроводное изолирующее соединение). Во время эксплуатации протекторной защиты измеряются и регистрируются минимальные защитные потенциалы трубопровода на контрольно-измерительных пунктах (КИП), максимальные защитные потенциалы и сила тока в цепи "протектор-трубопровод" в контрольно-измерительных колонках (КИК).

Контрольно-измерительные пункты (КИП) сооружаются на предпоследним протекторами. От трубопровода в КИП входит только измерительный кабель.

В дренажной контрольно-измерительной колонке осуществляется соединение проводов, идущих от протекторов и дренажного провода, идущего от трубопровода. Концы кабелей соединяются между собой накоротко электрической перемычкой или через шунт с сопротивлением 0,1 Ом (рис. 64). Для измерения потенциала трубопровода используется отдельный вывод от него из изолированного одножильного кабеля.

Рис. 64 – Электрическое соединение упакованных протекторов 1 – КИК; 2 – трубопровод; 3 – упакованный протектор; 4 – кабельные выводы от ПМУ; 5 – дренажный кабель; 6 – клеммник; 7 – полиэтиленовая труба; 8 – заглушка; 9 – пластифицированная битумная мастика.

Снижение значения поляризации более чем на 30 % или отсутствие тока в цепи протектора свидетельствует об увеличении сопротивления в цепи "труба-протектор". Причиной этого может быть нарушение соединения трубопровода с протектором или существенное растворение протектора.

Схема контрольно-измерительного пункта приведена на рис.

65.

Рис. 65 – Схема контрольно-измерительного пункта (КИП) 1 – защищаемый трубопровод; 2 – измерительные кабели; 3 – шурф для измерения поляризационного потенциала; 4 – клеммная панель;

5 – датчик поляризационного потенциала; 6 – пластифицированная битумная Шурф для измерения поляризационного потенциала (поз. 3) представляет собой трубу из изоляционного материала диаметром от 60 до 100 мм длиной на 0,5 м больше глубины залегания трубопровода. Он устанавливается вертикально так, чтобы его торец с датчиком электрохимического потенциала находился на уровне нижней образующей трубопровода на расстоянии от 50 до 100 мм от его боковой поверхности, при этом плоскость датчика перпендикулярна оси трубопровода.

Датчик поляризационного потенциала (поз.5) представляет собой стальную пластину размером 25252 мм (ГОСТ 9.602), к одной стороне которой припаян измерительный кабель сечением от 2 до 4 мм2. Сторона с присоединенным измерительным кабелем изолируется эпоксидной смолой. Датчик изолированной стороной фиксируется в нижней части трубы на расстоянии 50 мм от торца.

пропускаются в полость стойки КИП через отверстие в боковой стенке.

минимальному поляризационному (без омической составляющей) потенциалу, измеренному относительно электрода сравнения, на КИП вольтметром с прерывателем тока (мультиметр 43313) (рис.

66).

Рис. 66 – Схема измерения поляризационного потенциала 1–трубопровод; 2–измерительные кабели; 3–вольтметр с прерывателем тока (мультиметр 43313); 4–МЭС; 5–шурф для измерения поляризационного потенциала; 6–датчик поляризационного потенциала; 7–КИП; 8–клеммная должно быть не менее 0,85 В. В случае отсутствия шурфа для измерения поляризационного потенциала МЭС устанавливается в увлажненную лунку над осью трубопровода. Электрод сравнения соединяется с положительной клеммой вольтметра, а трубопровод с отрицательной. В этом случае получается значение потенциала с омической составляющей. Величина потенциала с омической величине во всех точках измерения.

Если в какой-либо точке измерения поляризационный потенциал меньше 0,85В (или 0,9 В с омической составляющей), то защита считается недостаточной и принимается решение о монтаже дополнительных протекторов.

Сила тока протектора определяется измерением падения напряжения на концах измерительного шунта (в КИК), включенного в чувствительным милливольтметром. Ток I (А), рассчитывается по формуле сопротивление шунта, Ом.

Снижение силы тока протектора при практически неизменном катодных солевых отложений в дефектах покрытия трубопровода.

Увеличение силы тока при неизменном или снижающемся снижением удельного сопротивления грунта.

непосредственным включением миллиамперметра с внутренним сопротивлением не более 0,1 Ом в разрыв цепи дренажных проводов минимально требуемое значение, которое составляет 0,85В по МЭС. Если это превышение составляет более 0,15В, то с целью продления срока службы в цепь протекторной защиты необходимо включить добавочные сопротивления от 0,5 до 5,0 Ом. Величина добавочного сопротивления в каждой точке дренажа подбирается опытным путем.

необходимым, но недостаточным методом контроля по ряду причин.

Исключительная неравномерность коррозии подземных трубопроводов требует дифференцированного подхода к оценке их защищенности с выделением участков повышенной и высокой коррозионной опасности. Оценка коррозионной надежности, коррозионной ситуации на достаточно продолжительный период времени требует более обоснованного подхода к определению реальных скоростей коррозии на трубопроводах и других подземных сооружениях. Применение индикаторов скорости коррозии (рис.67) позволит повысить объективность коррозионного контроля и технический уровень эксплуатации средств электрохимической защиты (ЭХЗ).

Рис.67 Блок пластин-индикаторов скорости коррозии БПИ- При контроле надежности работы средств ЭХЗ блоки устанавливают в точках дренажа установок катодной и дренажной трубопроводов высокой и повышенной коррозионной опасности потенциалов на поверхности защищаемого сооружения.

Блок индикаторов (БПИ), рекомендованный в «Инструкции по защите городских подземных трубопроводов от коррозии» от 2001г., состоит из блока пластин-индикаторов и линии контрольных проводников. При эксплуатации блок не требует специальных мер по обслуживанию. Сам блок пластин-индикаторов состоит из трех пластин толщиной 0,3; 0,4; 0,5 мм, соединенных с общей пластиной толщиной 1,5 мм. Каждая пластина имеет вывод контрольного проводника.

Сущность метода заключается в том, что с помощью набора пластин-индикаторов, имеющих разные толщины, оценивается средняя скорости коррозии при ЭХЗ трубопровода в месте установки БПИ по времени от момента его установки до потери продольной электропроводимости пластин в результате коррозии.

Методика измерений на месте установки БПИ сводится к трубопровод» с помощью омметра (например, мультиметра типа 43313.1).

Значение сопротивления менее и более 10 Ом свидетельствует о том, что пластина толщиной 0,3 мм соответственно не разрушена и разрушена. Если пластина толщиной 0,3 мм разрушена, аналогичные измерения проводят на пластинах толщиной 0,4 и 0,5 мм. Если разрушена и пластина толщиной 0,4 мм, измерения продолжают на пластине толщиной 0,5мм.

Оценку порядка величины скорости общей коррозии (К) после фиксации коррозионного разрушения пластины-индикатора производят по формуле где h - толщина пластины, мм; t - число суток от момента установки блока индикаторов до момента фиксации разрушения индикатора, сут.

трубопровода при ЭХЗ может производиться с помощью индикатора локальной коррозии (ИЛК).

Сущность метода заключается в том, что одна из стенок полого стального корпуса ИЛК имеет заданную меньшую толщину, а в полость корпуса, заполненную сухим непроводящим капиллярнопористым материалом, введен изолированный от корпуса металлический электрод. При сквозной коррозионной перфорации тонкой стенки корпуса внутрь него за счет капиллярного подсоса проникает грунтовая влага. В результате между корпусом и внутренним электродом образуется электролитический контакт, который может быть обнаружен по снижению электрического сопротивления между корпусом и внутренним электродом или по разности потенциалов между ними. Схема одной из конструкций ИЛК представлена на рис. 68.

Нижняя стенка («дно») 1 стального корпуса 2 является рабочей. Полость 3 корпуса, заполненная тщательно промытым и высушенным речным песком, сверху перекрывается вставленной в корпус на плотной посадке эбонитовой заглушкой 4, через центр проводников 5. Нижняя часть проводника, освобожденная от поверхности верхней части корпуса над заглушкой в месте припаян второй проводник 8. Пространство над заглушкой и внешние боковые стенки корпуса залиты твердеющим герметиком, который исключает проникновение грунтовой влаги в полость ИЛК иначе, чем через сквозную коррозионную перфорацию дна корпуса.

Рис. 68 Схема одной из конструкций индикатора локальной коррозии 1 - рабочая стенка корпуса; 2 - стальной корпус; 3 -полость корпуса, заполненная непроводящим капиллярно-пористым материалом; 4 непроводящая заглушка; 5 — соединительный провод к внутреннему электроду 6; 7 - место припайки проводника 8 к корпусу 2; 9 - герметик.

устанавливается два идентичных ИЛК, с одинаковой толщиной рабочей стенки 1,0 мм.

Контроль локальной коррозии сводится к измерению сначала разности потенциалов U и затем сопротивления R между корпусом и внутренним электродом ИЛК. Признаком опасности локальной коррозии служит «срабатывание» проверяемых ИЛК - измерение хотя бы на одном из них конечных значений R < 10 МОм и (или) устойчивых отрицательных значений U, как правило, в пределах от (-20) мВ до (- 2) В.

6.2 Контроль защиты резервуаров Схемы протекторной защиты внутренней поверхности резервуаров приведены на рис. 69.

Рис. 69 Схемы протекторной защиты внутренней поверхности резервуара с уровнем водной фазы до 2 м (а) и более 2 м (б) 1- протектора; 2- дренажный провод; 3- распределительная коробка; 4резисторы; 5,6-рабочие электроды; 7-узел замера потенциалов В первом случае (см. рис. 69а) протектора размещают на днище РВС концентричными кольцами, соединёнными между собой последовательно. Электрический контакт протекторов с корпусом РВС осуществляют проводом в распределительной коробке размещённой на крышке люка резервуара. Во втором случае (см.

рис. 69б) протектора составляют три группы.

Первую группу протекторов размещают на днище, вторую на боковой стенке на высоту водной фазы. Протекторы второй группы соединяются с внешним кольцом протекторов, размещённых на днище. Третья группа размещается вертикально на центральной стойке на высоту водной фазы. Каждую группу соединяют проводом с корпусом РВС в распределительной коробке.

Протекторы изолируют от поверхности РВС прокладками (например, полиэтиленовыми кольцами, надетыми на протектор).

Протектор представляет собой длинномерный цилиндрический (АЦКМ) или трапециевидный (АЦ 5 Мг5) стержень диаметром 30- мм и длиной до 6 м из специального алюминиевого сплава, по центру которого проходит армирующая стальная проволока диаметром 5-8 мм.

Протекторы замыкают на корпус РВС через проволочные резисторы с целью ограничения максимального тока протектора.

Эффективность протекторной защиты определяют по величине измеряемой с помощью узла замера потенциала, смонтированного в нижней части боковой стенки РВС (рис. 70) или относительно рабочих стальных электродов (рис.71).

Рис. 70 Измерение защитного потенциала с помощью узла замера 1 – милливольтметр, 2 – электрод сравнения, 3 – крышка люка, 4 – электролитический мостик, 5 – изолирующая втулка, Измерение защитного потенциала производят переносным высокоомным вольтметром с входным сопротивлением не менее 100кОм/В.

Рис. 71 Измерение потенциала с помощью рабочих электродов 1 – милливольтметр, 2 – рабочие электроды, 3 – люк резервуара свидетельствует об ухудшении контактных соединений (в первую очередь в распределительной коробке) существенном растворении протекторов или блокировании протекторов нефтепродуктами или донными осадками.

При измерениях относительно двух рабочих электродов для зафиксированной поляризации.

Для контроля эффективности протекторной защиты днищ РВС во время эксплуатации измеряют потенциалы в контрольных установленного в увлажненную лунку на расстоянии стенки РВС (рис.72).

Рис.72 Схема измерения потенциала днища РВС 1 – стенка РВС; 2 – милливольтмер; 3 – медно-сульфатный электрод Электрод сравнения соединяют с положительной клеммой вольтметра с входным сопротивлением не менее 20 кОм/В, а корпус РВС - с отрицательной.