WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

F – постоянная Фарадея, Кл/моль;

– плотность материала трубы, кг/м3.

Соответствующий график для Dу=500 мм представлен на рис. 9.

Переходное сопротивление, Ом · м 0,0,0,0,0,0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,Толщина слоя ГФГ, м Рис. 9. Расчётная зависимость скорости коррозии стенки трубопровода Dу = 500 мм от толщины слоя ГФГ Как следует из представленных данных, скорость коррозии существенно зависит от толщины обсыпки трубопровода ГФГ. Слой обработанного грунта в 10 см снижает скорость коррозии примерно на 40%, по сравнению с засыпкой трубопровода обычным грунтом, что также было подтверждено экспериментами по потере массы стальных образцов.

Таким образом, с точки зрения снижения коррозионного износа материала стенок трубопровода, разработанная модель рекомендует максимально допустимую (по соображениям технологии ремонта или укладки) толщину обсыпки ГФГ.

Практический выбор толщины обсыпки из ГФГ определяется условиями прокладки трубопровода и технико-экономическим обоснованием. Значение рациональной толщины обсыпки получено методом сопряжённых градиентов по программе MS EXCEL 2002.

Оптимизация выполнена по стоимости обсыпки ГФГ и стоимости ремонта изоляции в зависимости от толщины обсыпки. По построенной целевой функции эквивалентная оптимальной толщина обсыпки для трубопроСкорость коррозии, мм / год Эквивалентная толщина обсыпки, мм Рис. 10. Определение оптимальной толщины обсыпки из ГФГ по целевой функции:

1 – стоимость ремонта изоляции (в ценах 1984 г.); 2 – стоимость обсыпки ГФГ с эквивалентной толщиной э (в ценах 1984 г.); 3 – целевая функция для нахождения оптимальной толщины обсыпки водов с условным диаметром от 200 до 1000 мм составила 93104 мм. На рис. 10 представлен пример определения оптимальной толщины обсыпки из ГФГ по целевой функции для трубопровода Ду = 500 мм. График общих затрат имеет минимум при значении аргумента э=101 мм, что и является оптимальным значением толщины слоя обсыпки. Технологические возможности устройства обсыпки из ГФГ заданной толщины определяются рядом факторов: способом прокладки трубопровода, шириной траншеи, возможностями механизации, технологией приготовления ГФГ и технологией его укладки.

При устройстве подсыпки из ГФГ под трубопровод минимальная толщина покрытия принимается равной 100 мм из условия сохранения сплошности при выполнении земляных работ. Минимальная толщина покрытия по боковой образующей принимается из требований СНиП IIIУдельные капиталовложения, руб / м 42–80* по минимальной ширине траншеи, например, для трубопроводов диаметром до 700 мм она составляет 15 см. Минимальная толщина обсыпки трубопровода по верхней образующей принимается равной 20 см из условия безопасной работы механизмов и из условия защиты изоляции от механических повреждений.

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

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

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

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

Эквивалентная электрическая схема участка трубопровода представляет собой параллельно соединенные сопротивления, равные Rгрунта+ Rслоя и Rгрунта+ Rслоя + Rиз.

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

Степень повреждения изоляции, доля Рис. 11. Изменение переходного сопротивления при обваловании трубопровода ГФГ (1) и без обвалования (2) C Rп.из Rп =, (7) Rп.из С (1 - x) + x Dтр L где 2 r * грунта слоя слоя C = ln1+ + ln. (8) 2 L Dтр 2 L rтр + слоя На рис. 11 приведен график зависимостей Rп(х) при отсутствии обваловки из ГФГ (2) и при ее наличии (1) для Ду 300 мм. Начальное переходное сопротивление принято равным 104 Ом·м2.

Как следует из графиков, снижение переходного сопротивления во втором случае происходит примерно в два раза медленнее. Это наглядно видно при приближении Rп к предельному значению 103 Ом·м2.

Предельно допустимая степень повреждения изоляции составляет ~0,004 для обваловки из обычного грунта и ~0,008 для ГФГ.

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

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

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

способность не допускать начала разрушения в течение длительного времени.

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

=, (9) где x – степень разрушения, (0

t – время;

А – коэффициент пропорциональности.

С учетом ранее полученного результата, реальные значения х для трубопроводов не превышают 0,1%, т.е. хmax<0,001, что дает возможность принять предложенную модель развития дефекта (7) при х<<1.

Интегрируя (9) при начальном условии х(0) = 0, имеем Аt ( ) = -1.

(10) Подставив (10) в (7), найдём зависимость Rп(t) в явном виде:

C Rп.из Rп = Rп.из. (11) At At (e - 1) - С e Dтр L Полученная зависимость описывает реальные процессы разрушения изоляции и совпадает с применяемыми в настоящее время эмпирическими зависимостями при принятии определенных допущений, загрубляющих модель. В начале рассмотрения модели, учитывая соотношения (Rгрунта + Rслоя) Rиз, х<<1 и произведя соответствующие сокращения, получим упрощённую зависимость, разлагая которую в ряд Тейлора по малому параметру х и ограничиваясь двумя первыми слагаемыми, получим формулу для практических расчётов оценки переходного сопротивления изоляционных покрытий при наличии обвалования трубопроводов слоем ГФГ:

- At = + + ( - - ). (12) п п.слоя п.грунта п.из п.слоя п.грунта Согласно проведённым оценкам, отбрасывание третьего и последующих слагаемых приводит к погрешности не более 4,5%.

Срок службы изоляционных покрытий определяется временем достижения переходного сопротивления значения 103 Омм2, при котором скорость коррозии под покрытием возрастает до величины, находящейся на границе практически допустимых, согласно требованиям ГОСТ Р 51164–98.

Подставив значение 103 вместо Rп. в формуле (12) и произведя несложные преобразования, получим зависимость для определения срока службы изоляции:

Rп.из. - Rп.грунта - Rn.слоя t = ln( ) (13) 103 - Rп.грунта - Rn.слоя.

А Для практических расчётов срока службы изоляции рекомендуется определять коэффициент А методом наименьших квадратов:

П П э ln(Rп.из - Rп.грунта - Rп.слоя) ti - ti ln(Ri - Rп.грунта - Rп.слоя) i=1 i=А =. (14) П ti i=Полигонные, лабораторные и натурные исследования на действующем газопроводе по обсыпке изолированных трубопроводов ГФГ, проведённые в течение 6, 10 и 14 лет соответственно, показали, что у образцов, хранившихся в ГФГ, относительное удлинение в среднем выше на 22%, прочность при разрыве выше в среднем на 12%, адгезия выше в среднем на 8%, по сравнению с образцами, хранившимися в обычном минеральном грунте. Сплошность образцов изоляционных покрытий, независимо от условий закладки, не изменилась.

Переходное сопротивление изоляционных покрытий образцов труб, обвалованных ГФГ, изменялось значительно меньше, чем образцов труб, обвалованных минеральным грунтом. Благодаря улучшенным физикомеханическим свойствам ГФГ, а именно: низкому значению газопроницаемости, фильтрации, водонасыщения коррозионной активности, набухания, высокому значению коэффициента водоустойчивости и сцепления, переходное сопротивление «труба-земля» образцов изолированных труб уменьшается незначительно.

Как известно, ухудшение защитных свойств (старение) изоляционных покрытий трубопроводов происходит под действием окружающей среды при взаимодействии с воздухом (кислородом, озоном и др.), водой и электролитами. Также отрицательное влияние на изоляцию оказывает катодная поляризация, которая выражается, главным образом, в электроосмотическом эффекте и образовании на границе «металлпокрытие» скоплений молекул водорода, давление которых на покрытие приводит к отслоению изоляции. Поэтому уменьшение газопроницаемости, водопроницаемости, водонасыщения и коррозионной активности грунтов обсыпки трубопровода приводит к уменьшению снижения переходного сопротивления изоляционных покрытий во времени, а также к уменьшению выпотевания пластификатора и других компонентов из изоляционных материалов.

Итак, можно отметить, что обсыпка изолированного трубопровода ГФГ создает защитную оболочку или экран, препятствующие отрицательному воздействию окружающей среды на защитные свойства изоляции. При этом значительно увеличивается срок службы изоляции, что позволяет эксплуатировать трубопроводы продолжительное время без переизоляции или капитального ремонта. Качественное изменение переходного сопротивления проведенных экспериментов будет характерно и для других видов изоляционных покрытий трубопроводов, так как вяжущие продукты только улучшают защитные свойства изоляционных покрытий, а обсыпка из ГФГ препятствует отрицательным воздействиям окружающей среды и сохраняет защитные свойства изоляции.

Показатель скорости старения изоляционных покрытий трубопроводов в обсыпке из ГФГ при полигонных и натурных исследованиях на действующих трубопроводах составил А=0,08 1/год, а для обычных грунтов, согласно нормативным документам, он составляет 0,1/год (рис. 12). Таким образом, срок службы изоляции при обсыпке трубопроводов ГФГ увеличивается примерно на 40%.

В четвёртой главе содержатся результаты экспериментальных и теоретических исследований по воздействию органических вяжущих продуктов на свойства изоляционных покрытий, а также исследование Время, лет Рис. 12. Изменение переходного сопротивления Rп образцов изолированных труб:

– экспериментальные точки; 1 – график, построенный на основании экспериментальных данных, для образцов труб с обсыпкой ГФГ (); 2 – график прогнозирования Rп для образцов труб с обсыпкой минеральным грунтом по данным ВНИИСТа свойств новых конструкций полимерных лент и обёрток, повышающих надёжность эксплуатации трубопроводов.

Исследования на первом этапе показали, что основные свойства изоляционных материалов (относительное удлинение, прочность, адгезия, сплошность, удельное электросопротивление, переходное электросопротивление) при обсыпке трубопроводов ГФГ и взаимодействии с вяжущими ВМТ не изменяются и химически с ними не вступают в реакцию, при этом несколько увеличивается адгезия и уменьшаются водопроницаемость и водопоглощение, в среднем на 15–20% (рис. 13).

Результаты исследований, проведённых на втором этапе, доказали возможность использования вяжущих веществ для ремонта изоляционных покрытий трубопроводов после длительной эксплуатации. У образцов изоляционных покрытий, отобранных с реальных трубопроводов после Переходное сопротивление, Ом · м Время, сут Рис. 13. Зависимость водопоглощения образцов битумной изоляции:

1 – без обработки; 2 – с обработкой вяжущим ВМТ-Л 15–20 лет эксплуатации, после обработки вяжущим ВМТ переходное сопротивление увеличивается примерно на порядок, ударная прочность и адгезия увеличиваются на 15–30%, водопоглощение и водопроницаемость уменьшаются в 1,5–2 раза.

На третьем этапе исследований производился теоретический и экспериментальный выбор компонентов для разработки перспективного состава вяжущего, предназначенного для ремонта изоляционных покрытий.

Исследования выполнены с 30-ю компонентами нефтехимических производств, из которых было приготовлено 92 состава. На основании большого объёма проведённых исследований наилучшим по технологическим, физико-химическим и механическим свойствам оказался состав из 63% нефтяного битума БН 90/10 и 37% смолы пиролиза бензина.

При обработке ремонтируемых изоляционных покрытий этим составом переходное сопротивление увеличивается на 105 Ом·м2, ударная прочность Водопоглощение, % Ширина соединения, мм Рис. 14. Зависимость адгезии в нахлёсте для полимерной изоляционной ленты «Полилен»:

1 – соединение липкого слоя и основы; 2 – соединение липкими сторонами и адгезия увеличиваются на 15–30%, водопоглощение и водопроницаемость уменьшаются в 2-3 раза.

Дополнительным мероприятием по повышению надёжности эксплуатации трубопроводов является использование новых конструкций полимерных лент и обёрток с двусторонним липким слоем, подтверждённых патентами. Проведённые экспериментальные исследования показали, что применение новых конструкций лент и обёрток позволяет повысить адгезию в нахлёсте в 5–50 раз и уменьшить водопроницаемость в 2–5 раза (рис. 14, 15).

В пятой главе приведены основные производственные характеристики разработанных технологий, рекомендации по строительству объектов трубопроводного транспорта с применением ГФГ, результаты внедрения.

Научно обоснованная классификация использования ГФГ на объектах трубопроводного транспорта, представленная на рис. 16, показывает новые разработанные технологии, которые значительно расширяют область приАдгезия, Н Ширина соединения, мм Рис. 15. Зависимость водопроницаемости в нахлёсте для полимерной изоляционной ленты «Полилен» при 90 °С:

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»