СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ КОРРОЗИОННОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ ТРУБОПРОВОДА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК F16L58/00 

Изобретение относится к способам предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением трубопроводов, может быть использовано при сооружении и эксплуатации трубопроводов и может найти применение в трубопроводном транспорте.

Наиболее близким к предлагаемому является способ предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением трубопровода (КРН), заключающийся в контроле механических свойств сварных прямошовных труб при их производстве, производственном контроле при строительстве в обводненных грунтах подземного трубопровода или его ремонте с введением поправочных коэффициентов на расчетное сопротивление, причем дополнительно вводят при производстве труб поправочный коэффициент, для чего определяют зоны концентрации напряжений путем сравнения замеров твердости исключающими отпечатки методами в заготовке и трубе по точкам предварительно нанесенной на заготовку сетки, маркируют зоны концентрации напряжений в трубе и направление сварки ее продольного шва, а в трубопроводе размещают маркированные зоны напряжений вне горизонта грунтовых вод, при этом размещают трубопровод на 0,2 м выше или ниже горизонта грунтовых вод, считая соответственно от его нижней или верхней образующей, причем на действующем трубопроводе для этого регулируют уровень горизонта грунтовых вод посредством подпорных стенок, водоотводящих каналов или заглубляют трубопровод (см. патент РФ №2120079, кл. F 16 L 58/00, 1998).

Недостатком данного способа является то, что стресс-коррозионное воздействие на трубопровод определяется не только внутренними грунтовыми водами, но и поверхностными водотоками (как правило, пересыхающими), пересекающими трубопровод. В связи с этим следует указать на то, что КРН трубопроводов происходит, в том числе, и на участках, находящихся значительно выше (более чем на 0,2 м) уровня грунтовых вод, но подверженных воздействию пересыхающих водотоков.

Необходимым условием зарождения и роста стресс-коррозионных дефектов является контакт трубы с электролитом. При этом электролит должен находиться в движении для обеспечения поступления в развивающуюся трещину веществ, вызывающих накопление микроповреждений в ее вершине. Такие условия реализуются при наличии протяженных отслоений изоляции, не имеющих крупных сквозных повреждений, а также при соприкосновения трубопровода с внутригрунтовыми потоками. Поскольку под действием силы тяжести электролит, попавший под изоляцию, стремится стечь вниз, основное число стресс-коррозионных дефектов находится в нижней части труб. Протяженные отслоения изоляции, формирующие потоки электролита между трубой и ее изоляционным покрытием, характерны для пленочной изоляции. Протяженные отслоения битумного изоляционного покрытия, как правило, связаны с нарушением его сплошности, что препятствует формированию потока электролита. Отслоения заводского изоляционного покрытия возникают достаточно редко, располагаются, в основном, на концах труб и имеют незначительную протяженность. Поэтому на трубах с битумными и заводскими изоляционными покрытиями маловероятно развитие крупных стресс-коррозионных дефектов.

Для возникновения потока электролита под отслоившимся изоляционным покрытием необходимо соприкосновение трубопровода с внутригрунтовым потоком. Соприкосновение потока с трубопроводом происходит в том случае, когда газопровод является препятствием на пути потока и вода вынуждена перетекать под трубопровод, попадая при этом под изоляцию. Такая ситуация возникает, когда поток пересекает трубопровод под углом более 15°. Если поток движется параллельно трубопроводу он, как правило, не соприкасается с ним, образуя русло ниже нижней образующей трубопровода. Визуальным признаком соприкосновения потока с трубопроводом является наличие оглеенного слоя грунта, прилегающего к нему. В связи с этим следует отметить, что оглеение является признаком взаимодействия грунта с водой и поэтому может быть связано как с водным потоком, так и с неподвижной водой. Для получения более полной информации учитывают толщину и характер оглеения, который является различным для участков, имеющих условия КРН, и участков, где такие условия отсутствуют. Проведенный патентный поиск указывает на то, что в патентных фондах ведущих стран мира отсутствуют технические решения, обеспечивающие предотвращение коррозионного растрескивания под напряжением трубопроводов в условиях, когда имеет место поверхностный пересыхающий водоток, пересекающий трубопровод. Это свидетельствует о том, что предлагаемое техническое решение обладает новизной.

Задача, на которую направлено данное изобретение, заключается в устранении указанного недостатка путем защиты трубопровода от коррозионного растрескивания под напряжением, что предполагает получение технического результата, заключающегося в исключении воздействия на трубопровод пересыхающих водотоков.

Указанный технический результат согласно первому варианту способа достигается за счет того, что в способе предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением трубопровода выявляют поверхностный пересыхающий водоток, пересекающий трубопровод, определяют его направление и границы в пределах трассы трубопровода, отрывают по всей ширине поверхностного пересыхающего водотока перед трубопроводом и параллельно ему траншею глубиной, превышающей глубину заложения нижней образующей трубопровода, на стенке траншеи со стороны трубопровода и ее дне размещают водонепроницаемое покрытие, на противоположной стенке траншеи и ее торцевых стенках размещают водопроницаемое покрытие, на участке траншеи с наименьшими высотными отметками сооружают водосборник и связанный с ним водовод, который укладывают под трубопроводом, а также за счет того, что водонепроницаемое покрытие изготавливают из бетонных плит, промежутки между которыми заполняют песчано-цементным раствором, кроме того, за счет того, что водопроницаемое покрытие изготавливают путем укладки на стенки траншеи полых бетонных блоков, имеющих прямоугольную форму, после чего всю поверхность стенок траншеи, включая полости бетонных блоков, засыпают гравием, толщину слоя которого принимают равной высоте полых бетонных блоков, и за счет того, что водовод укладывают по направлению поверхностного пересыхающего водотока.

Данный технический результат согласно второму варианту способа достигается за счет того, что в способе предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением трубопровода выявляют поверхностный пересыхающий водоток, пересекающий трубопровод, определяют его направление и границы в пределах трассы трубопровода, отрывают по всей ширине поверхностного пересыхающего водотока перед трубопроводом и параллельно ему траншею глубиной, превышающей глубину заложения нижней образующей трубопровода, укладывают на ее стенку со стороны трубопровода водонепроницаемый экран, высота которого превышает глубину траншеи не менее чем на 0,3 м, на участке траншеи с наименьшими высотными отметками сооружают водосборник и связанный с ним водовод, который укладывают под трубопроводом, за пределами водосборника траншею засыпают водопроницаемым материалом, а также за счет того, что водонепроницаемый экран изготавливают из бетонных плит, промежутки между которыми заполняют песчано-цементным раствором, и, кроме того, за счет того, что в качестве водопроницаемого материала используют гравий, а также за счет того, что водовод укладывают по направлению поверхностного пересыхающего водотока.

Способ предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением трубопровода поясняется с помощью фиг.1-3. На фиг.1 показан участок трассы трубопровода в ее исходном состоянии. На фиг.2 показана схема защиты трубопровода, выполненная по первому способу предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением трубопровода, на фиг.3 показана схема защиты трубопровода, выполненная по второму способу предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением трубопровода.

На фиг.1-3 обозначены магистральный трубопровод 1; пересыхающий водоток 2 и его границы 3; направление 4 пересыхающего водотока 2; направления 5 движения воды; траншея 6; стенка 7 траншеи 6 со стороны трубопровода 1 с водонепроницаемым покрытием (бетонными плитами) 8; стенка 9 траншеи 6 со стороны пересыхающего водотока 2 с водопроницаемым покрытием в виде полых бетонных блоков 10, уложенных на стенку 9 траншеи, покрытую гравием 11, засыпанным после укладки полых бетонных блоков 10; водосборник 12; водовод 13; мелиоративная канава 14; водонепроницаемый экран 15; водопроницаемый материал (гравий) 16, который засыпают в траншею 6 вплотную к водонепроницаемому экрану 15.

Перед реализацией данного способа следует иметь в виду следующее. Поиск крупных пересыхающих водотоков, пересекающих трубопровод (газопровод), не вызывает никаких затруднений, поскольку следы этих потоков видны прямо на трассе. Траекторию поверхностного пересыхающего водотока на местности определяют по наличию углублений рельефа, размыву обваловки трубопровода, образованию углублений на вдольтрассовом проезде, образованию заболоченных зон перед трубопроводом, отмиранию деревьев в заболоченных зонах перед трубопроводом, наличию характерных растений (хвощ болотный, пушица, осока, мятлик, ситник, камыш, рогоз) или существенному увеличению числа особей указанных растений по сравнению с ландшафтом вдоль трассы трубопровода, изменению окраски растительности по сравнению с ландшафтом вдоль трассы трубопровода. По приведенным выше признакам могут быть определены участки, соответствующие крупным водотокам и содержащие только порядка 50-60% значимых стресс-коррозионных дефектов. Для поиска малых водотоков необходимо детальнее обследовать трассы трубопроводов и прилегающие к ним территории. При пересечении трубопроводом (газопроводом) крупных водотоков, которые образуют овраги, их конфигурация вписывается в профиль рельефа местности за счет использования отводов. В этом случае природное русло водотока, в основном, сохраняется, и такой водоток хорошо виден на трассе. Малые водотоки не образуют значительных углублений рельефа, которые бы учитывались при проектировании и строительстве трубопроводов. На таких участках трубопровод проектируют прямолинейным и при его строительстве природный рельеф выравнивают. В результате этого поверхность трассы оказывается значительно выше природного дна водотока. Если дебет водотока мал и не позволяет промыть новое русло на поверхности трассы, то такой водоток пересекает трубопроводы под землей и на трассе с поверхности не виден.

Поскольку малые водотоки практически не видимы на трассе и определяются только в результате специального обследования, никаких мероприятий, направленных на предотвращение воздействия водотоков на трубопровод, не выполняют. Подобные мероприятия не выполняют даже в тех случаях, когда водотоки легко идентифицируются. Это объясняется тем, что они не оказывают явного негативного влияния (кроме создания условий КРН) на действующие трубопроводы. Однако при этом следует иметь в виду, что именно малые водотоки образуют большое число крупных стресс-коррозионных дефектов на трубопроводе, так как за счет малого объема воды концентрация активных соединений в них выше. Кроме того, следует отметить, что размеры стресс-коррозионных дефектов в значительной степени зависят от предрасположенности труб к стресс-коррозии и качества нанесения изоляционного покрытия.

Для того чтобы определить место пересечения малого водотока с трубопроводом, необходимо найти его за пределами трассы с обеих сторон от нее и определить места его вхождения под насыпь трассы и выхода из-под нее. Затем целесообразно проследить путь малого водотока при пересечении трассы трубопровода по характеру растительности и другим признакам. При этом следует учитывать, что в отличие от крупного водотока, пересекающего трубопровод почти прямолинейно, путь малого водотока имеет, как правило, более сложную траекторию. Во многих случаях формирование малых водотоков происходит непосредственно перед трубопроводами, которые собирают вдоль себя стекающую со склона воду, поэтому выход водотоков, как правило, просматривается более четко, чем вход.

Наличие в водном потоке активных соединений, вызывающих накопление микроповреждений в вершинах трещин, является важным условием протекания КРН. Эти соединения формируются, как правило, на поверхности земли в результате жизнедеятельности бактерий и химических реакций разложения органических веществ растительного и животного происхождения. Указанные соединения собираются с поверхности земли потоками осадочных вод или накапливаются в заболоченных зонах возле трубопровода, после чего попадают к нему с поверхностными внутригрунтовыми водами. С увеличением площади водосбора и уменьшением объема воды, поступающей к трубопроводу, в ней возрастает концентрация активных веществ, вызывающих КРН. Существенное влияние на состав и концентрацию активных веществ оказывает характер поверхностного почвенного слоя или заболоченных зон. Для их изучения необходимо обследовать значительные территории, прилегающие к трассе трубопроводов. Визуальными признаками активных веществ являются красно-бурый оттенок воды (свидетельство наличия активных соединений железа, окислившихся под воздействием кислорода), наличие пены и пленок на поверхности воды. Следует отметить, что указанные признаки идентифицируются и на пересыхающих потоках, где соединения железа и пена остаются на поверхности грунта. Окисленные соединения железа хорошо наблюдаются также на стенке шурфа в месте отекания грунтовой воды, а также на поверхности, после фильтрации в грунт и высыхания воды.

Как показывают проведенные обследования, наиболее крупные стресс-коррозионные дефекты находятся на пересечении трубопровода с пересыхающими водотоками. Это связано с более высокой концентрацией активных веществ в воде, а также изменениями анаэробных и аэробных условий. При этом рост стресс-коррозионных дефектов происходит в анаэробных условиях, а разрушение праймера и клеящего слоя изоляционного покрытия происходит как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Следует отметить, что праймер и клеящий слой изоляционного покрытия разрушают как крупные, так и малые водотоки. В этом случае происходит потеря адгезии изоляции к трубам. На пересечении с малыми водотоками отслоение изоляции носит более локальный характер. Визуальным признаком анаэробных условий является наличие белых продуктов коррозии под изоляцией, а признаком аэробных условий - наличие коричневых продуктов коррозии. Наличие продуктов коррозии белого цвета (сидерита) под изоляционным покрытием является важным диагностическим признаком, поскольку они, как правило, сопровождают протекание стресс-коррозии. Здесь целесообразно указать на то, что необходимым условием протекания КРН является способность грунта формировать водный поток, т.е. грунт должен иметь низкие фильтрационные характеристики. Кроме того, грунт должен препятствовать поступлению кислорода к трубе, так как стресс-коррозионные трещины растут в анаэробных условиях. Из этого следует, что процессы стресс-коррозии, как правило, должны протекать в глинистых грунтах. Наиболее благоприятные для КРН условия возникают в зоне смены грунтов (например, на участках пролегания трубопроводов, где глинистый грунт сменяется известковым грунтом), но только в тех случаях, когда глинистый грунт находится первым по ходу движения потока, или поток движется вдоль линии смены грунтов. Если первым по ходу движения потока будет известковый грунт, поверхностный внутригрунтовый поток не сможет сформироваться из-за высокой фильтрационной способности грунта, и вода уйдет в грунт ниже уровня заложения трубопровода. В этом случае вокруг труб постоянно будут иметь место аэробные условия. Приведенные выше сведения помогают понять, каким образом происходит реализация предлагаемого способа.

Рассмотрим осуществление способа по первому варианту (см. фиг.1 и 2). По результатам обследования трассы трубопровода выявляют поверхностный пересыхающий водоток 2, пересекающий трубопровод 1, определяют его направление 4 и границы 3 в пределах трассы трубопровода 1 (см. фиг.1). При этом поверхностный пересыхающий водоток 2 на местности определяют по наличию углублений рельефа, размыву обваловки трубопровода, образованию углублений на вдольтрассовом проезде, образованию заболоченных зон перед трубопроводом 1, отмиранию деревьев в заболоченных зонах перед трубопроводом 1, наличию характерных растений (хвощ болотный, пушица, осока, мятлик, ситник, камыш, рогоз) или существенному увеличению числа особей указанных растений по сравнению с их количеством на ландшафте вдоль трассы трубопровода 1, изменению окраски растительности по сравнению с ландшафтом вдоль трассы трубопровода 1.

Затем отрывают по всей ширине поверхностного пересыхающего водотока 2 перед трубопроводом 1 и параллельно ему траншею 6 глубиной, превышающей глубину заложения нижней образующей трубопровода 1, на водонепроницаемой стенке 7 траншеи 6 со стороны трубопровода 1 и ее дне размещают водонепроницаемое покрытие 8, на противоположной стенке 9 траншеи 6 и ее торцевых стенках размещают водопроницаемое покрытие (фиг.2). На участке траншеи 6 с наименьшими высотными отметками сооружают водосборник 12 и связанный с ним водовод 13, который укладывают под трубопроводом 1.

Вода, движущаяся в грунте и по его поверхности, фильтруется через водопроницаемую стенку 9 и попадает в траншею 6, по которой она движется в водосборник 12. При этом движению воды в направлении трубопровода 1 препятствует водонепроницаемая стенка 7 траншеи 6. Из водосборника 12 вода стекает по водоводу 13 за пределы трассы в мелиоративную канаву 14.

Для изготовления водопроницаемого покрытия на стенку 9 траншеи 6 укладывают полые бетонные блоки 10, имеющие форму боковых граней прямоугольного параллелепипеда, после чего засыпают всю поверхность стенки 9 траншеи 6 гравием 11, толщину слоя которого принимают равной толщине полых бетонных блоков 10. Водовод 13 укладывают параллельно направлению движения 4 пересыхающего водотока 2.

Во втором варианте способа (фиг.3) поверхностный пересыхающий водоток 2 пересекает трубопровод 1. При этом его направление 4 и границы 3 в пределах трассы трубопровода 1 определяют таким же образом, как в способе, реализованном по первому варианту (см. фиг.1). Затем отрывают по всей ширине поверхностного пересыхающего водотока 2 перед трубопроводом 1 и параллельно ему траншею 6 глубиной, превышающей глубину заложения нижней образующей трубопровода 1, укладывают на ее стенку со стороны трубопровода 1 водонепроницаемый экран 15, высота которого превышает глубину траншеи не менее чем на 0,3 м. На участке траншеи 6 с наименьшими высотными отметками сооружают водосборник 12 и связанный с ним водовод 13, который укладывают под трубопроводом 1. При этом за пределами водосборника 12 траншею засыпают водопроницаемым материалом 16 (см. фиг.3).

Водонепроницаемый экран 15 изготавливают из бетонных плит, промежутки между которыми заполняют песчано-цементным раствором. В качестве водопроницаемого материала 16 используют гравий 11. Вода, движущаяся в грунте и по его поверхности, задерживается водонепроницаемым экраном 15 и вдоль него фильтруется через водопроницаемый материал 16 в водосборник 12. Из водосборника 12 вода поступает по водоводу 13 за пределы трассы в мелиоративную канаву 14.

Проведенные обследования реальных трубопроводов показали, что способ предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением трубопровода по первому варианту позволяет его защитить от пересыхающего водотока, который имеет значительный дебет воды в весенний период. Способ предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением трубопровода по второму варианту становится эффективен при небольшом дебете водотока, т.к. при значительном дебете вода не будет успевать фильтроваться через слой гравия, будет скапливаться возле водонепроницаемого экрана и вызывать заболачивание трассы. Кроме того, с течением времени может происходить постепенное засорение слоя гравия грунтом. Все это снижает эффективность применения данного способа.

Использование данного изобретения позволяет предотвратить коррозионное растрескивание под напряжением трубопровода за счет исключения воздействия на него пересыхающих водотоков, что позволяет с успехом применять его на газо- и нефтепроводах.

Изобретение относится к строительству и используется при сооружении и эксплуатации трубопроводов. Выявляют поверхностный пересыхающий водоток, который пересекает трубопровод, определяют направление водотока и его границы в пределах трассы трубопровода. Отрывают по всей ширине поверхностного пересыхающего водотока перед трубопроводом и параллельно ему траншею глубиной, превышающей глубину заложения нижней образующей трубопровода. На стенке траншеи со стороны трубопровода и на ее дне размещают водонепроницаемое покрытие, а на противоположной стенке и на ее торцевых стенках размещают водопроницаемое покрытие. На участке траншеи с наименьшими высотными отметками сооружают водосборник и связанный с ним водовод, который укладывают под трубопроводом. В варианте способа отрывают по всей ширине поверхностного пересыхающего водотока перед трубопроводом и параллельно ему траншею глубиной, превышающей глубину заложения нижней образующей трубопровода, укладывают на ее стенку со стороны трубопровода водонепроницаемый экран, высота которого превышает глубину траншеи не менее чем на 0,3 м и на участке траншеи с наименьшими высотными отметками сооружают водосборник и связанный с ним водовод, который укладывают под трубопроводом, а за пределами водосборника траншею засыпают водопроницаемым материалом. Повышает надежность трубопровода. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением трубопровода, характеризующийся тем, что выявляют поверхностный пересыхающий водоток, пересекающий трубопровод, определяют его направление и границы в пределах трассы трубопровода, отрывают по всей ширине поверхностного пересыхающего водотока перед трубопроводом и параллельно ему траншею глубиной, превышающей глубину заложения нижней образующей трубопровода, на стенке траншеи со стороны трубопровода и ее дне размещают водонепроницаемое покрытие, на противоположной стенке траншеи и ее торцевых стенках размещают водопроницаемое покрытие, на участке траншеи с наименьшими высотными отметками сооружают водосборник и связанный с ним водовод, который укладывают под трубопроводом.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водонепроницаемое покрытие изготавливают из бетонных плит, промежутки между которыми заполняют песчано-цементным раствором.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что водопроницаемое покрытие изготавливают путем укладки на стенки траншеи полых бетонных блоков, имеющих прямоугольную форму, после чего всю поверхность стенок траншеи, включая полости бетонных блоков, засыпают гравием, толщину слоя которого принимают равной высоте полых бетонных блоков.4. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что водовод укладывают по направлению поверхностного пересыхающего водотока.5. Способ предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением трубопровода, характеризующийся тем, что выявляют поверхностный пересыхающий водоток, пересекающий трубопровод, определяют его направление и границы в пределах трассы трубопровода, отрывают по всей ширине поверхностного пересыхающего водотока перед трубопроводом и параллельно ему траншею глубиной, превышающей глубину заложения нижней образующей трубопровода, укладывают на ее стенку со стороны трубопровода водонепроницаемый экран, высота которого превышает глубину траншеи не менее чем на 0,3 м, на участке траншеи с наименьшими высотными отметками сооружают водосборник и связанный с ним водовод, который укладывают под трубопроводом, за пределами водосборника траншею засыпают водопроницаемым материалом.6. Способ по п.5, отличающийся тем, что водонепроницаемый экран изготавливают из бетонных плит, промежутки между которыми заполняют песчано-цементным раствором.7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что в качестве водопроницаемого материала используют гравий.8. Способ по п.5, или 6, или 7, отличающийся тем, что водовод укладывают по направлению поверхностного пересыхающего водотока.