Все о различных видах коррозии в трубопроводах

Коррозия стальных трубопроводов

В этой статье объясняется, что такое коррозия, описаны десять видов коррозии, поражающих стальные трубопроводы, и способы их распознавания, а также кратко изложено, как коррозию трубопроводов контролируют и устраняют.

Коррозия стальных трубопроводов — распространённый процесс, который трудно остановить полностью. Чтобы поддерживать трубопроводы в хорошем состоянии, коррозию необходимо вовремя обнаруживать и устранять. Если коррозия зашла слишком далеко, может потребоваться замена участка или даже всего трубопровода — сложная и дорогостоящая работа. По оценке NACE International, глобальные затраты на коррозию во всех отраслях составляли 2,5 трлн долл. США, около 3,4% мирового ВВП (2013 г.), и то же исследование показало, что 15–35% этих затрат можно сэкономить за счёт имеющихся методов контроля коррозии.

В трубопроводах встречаются различные виды коррозии. У каждого вида свои особенности и свои способы борьбы. Но что же такое коррозия? Как она возникает в трубопроводах? И какие виды можно выделить?

Что такое коррозия?

Коррозия — это разрушение металла в результате электрохимической реакции с окружающей средой. Для неё необходимы анод, на котором металл растворяется, катод и электролит, например вода или влажный грунт, который их соединяет. Коррозию часто путают с ржавчиной. Однако коррозия — более широкое понятие, чем ржавчина. Ржавчина — это именно оксид железа, который образуется при реакции железа или стали с кислородом в присутствии влаги; это хорошо знакомый бурый слой на поверхности металла. Коррозия охватывает любые формы такого разрушения на любом металле, независимо от причины. Более широкое введение — в материалах что такое коррозия: виды, причины и предотвращение и ржавчина и коррозия.

В трубопроводах существуют различные формы коррозии. Какие из них самые распространённые и чем они характеризуются?

Виды коррозии в трубопроводах

Кислородная коррозия

Кислородная коррозия — процесс, который образует ржавчину. Это самый распространённый и наиболее заметный вид коррозии в стальных трубопроводах. Она вызывается реакцией стали с кислородом и водой или другой формой влаги. Образующийся слой оксида железа — знакомая бурая ржавчина — пористый и металл не защищает: кислород и вода продолжают проникать к стали под ним, поэтому сталь корродирует медленно, но неуклонно. Нержавеющая сталь и алюминий ведут себя иначе, так как образуют тонкую, плотную и прочно сцепленную оксидную плёнку (пассивный слой), защищающую металл под ней, поэтому их применяют там, где необходимо избежать кислородной коррозии.

Равномерная коррозия

Равномерная (общая) коррозия тесно связана с кислородной коррозией и также возникает в результате реакции стали с влагой и кислородом. Как следует из названия, для неё характерно равномерное распределение коррозии по всей поверхности стали. Равномерная коррозия обычно считается наименее опасной формой. Скорость и масштаб коррозии зачастую можно хорошо прогнозировать по результатам измерений или из предыдущего опыта, поэтому потерю толщины стенки можно учесть коррозионным запасом и интервалами инспекции.

Кислотная коррозия

При кислотной коррозии кислота реагирует с металлом, образуя соль металла и газообразный водород. Кислота — это раствор с pH ниже 7; чем ниже pH, тем он агрессивнее. Подвергается ли металл воздействию, зависит от его электродного потенциала: металлы, стандартный потенциал которых ниже потенциала водорода, к которым относится железо и, следовательно, углеродистая сталь, растворяются в кислотах с выделением водорода. В трубопроводах кислая среда возникает, например, из-за растворённого диоксида углерода (углекислотная коррозия, sweet corrosion) или сероводорода (сероводородная коррозия, sour corrosion) в добываемых средах.

Гальваническая коррозия

Электродные потенциалы, упомянутые при описании кислотной коррозии, играют важную роль и в гальванической коррозии. Этот вид коррозии может возникать, когда два разных металла находятся в электрическом контакте друг с другом и соединены водой, влажным грунтом или другим электролитом. Менее благородный металл, с более отрицательным потенциалом, становится анодом и корродирует быстрее, тогда как более благородный металл защищён. Небольшой анод, соединённый с большим катодом, корродирует особенно быстро. Тот же принцип сознательно используется в цинконаполненных грунтовках и протекторных анодах; см. гальваническая коррозия и цинконаполненные грунтовки.

Коррозионное растрескивание под напряжением

В отличие от кислородной коррозии, коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) очень трудно прогнозировать, и его часто обнаруживают лишь на поздней стадии. SCC возникает при одновременном наличии трёх условий: растягивающего напряжения выше порогового, часто с циклической составляющей (от рабочего давления, вмятин или остаточных напряжений в сварных швах); восприимчивого материала; и среды, способной вызвать растрескивание. На подземных стальных трубопроводах известны две формы: SCC при высоком pH в концентрированных карбонатно-бикарбонатных растворах, более частое при повышенных температурах вблизи компрессорных или насосных станций, и SCC при околонейтральном pH в разбавленных грунтовых водах с растворённым диоксидом углерода. Обе развиваются там, где покрытие отслоилось; под неповреждённым покрытием SCC не возникает. В нержавеющих сталях наиболее известной формой является хлоридное коррозионное растрескивание при повышенных температурах, поэтому нержавеющая сталь, хотя и стойка к кислородной и равномерной коррозии, может быть более уязвима для SCC. Подробнее — в материале коррозионное растрескивание под напряжением: предотвращение и покрытия.

Коррозия блуждающими токами

Коррозия блуждающими токами родственна гальванической коррозии. Блуждающие токи — это электрические токи, протекающие через грунт по непредусмотренным путям, например от систем тяги постоянного тока на железных дорогах или от системы катодной защиты соседнего сооружения. Там, где такой ток входит в трубопровод, сталь защищена; там, где он выходит из трубопровода, возвращаясь через грунт, сталь действует как анод и корродирует, порой очень быстро. Отличие от гальванической коррозии в том, что движущая сила — не второй металл, а внешний источник тока.

Питтинговая коррозия

Питтинговая коррозия — локальное поражение, начинающееся там, где защитная оксидная плёнка или покрытие локально повреждены или разрушены, нередко при содействии хлорид-ионов. Небольшая оголённая область действует как анод по отношению к большому окружающему катоду, поэтому коррозия концентрируется там и образует в стали небольшие глубокие питтинги. На первый взгляд они часто едва заметны, но могут пройти сквозь стенку трубы гораздо быстрее, чем равномерная коррозия. См. питтинговая коррозия и подготовка поверхности.

Щелевая коррозия

Щелевая коррозия схожа с питтинговой, но возникает в узких, экранированных зазорах: под прокладками, фланцами и хомутами, под отложениями или под отслоившимся покрытием. Внутри щели кислород истощается, а запертая жидкость становится более кислой и более богатой хлоридами, чем окружающая среда, поэтому металл в щели становится анодом. Как и в случае питтинга, поражение имеет тенденцию ускоряться после начала, и щель углубляется.

Межкристаллитная коррозия

Межкристаллитная коррозия — одна из самых коварных форм коррозии. Она поражает границы между зёрнами металла, а не сами зёрна, поэтому почти не видна невооружённым глазом. На поверхности может быть мало признаков коррозии или не быть вовсе, в то время как материал ослабляется изнутри. Металл становится всё более хрупким, теряет связность и в конце концов может разрушиться. Известный пример — сенсибилизированная нержавеющая сталь, у которой после сварки или термообработки на границах зёрен образуются карбиды хрома.

Микробиологически влияемая коррозия (MIC)

Микробиологически влияемая коррозия — одна из менее известных форм коррозии. Тем не менее она очень актуальна для стальных трубопроводов как внутри, где вода скапливается в низких точках, так и снаружи, под отслоившимися покрытиями. Многие из участвующих бактерий, например сульфатредуцирующие, процветают в бескислородных условиях. Коррозию вызывают вещества, которые вырабатывают бактерии, такие как сероводород и органические кислоты, воздействующие на сталь. Таким образом, MIC сопоставима с кислотной коррозией, но коррозионный агент производят бактерии. Подробнее — в материале MIC-коррозия: объяснение.

Как контролируют и устраняют коррозию трубопроводов

Операторы трубопроводов сочетают несколько уровней защиты:

• Наружные покрытия, такие как эпоксидные покрытия, наносимые методом сплавления, трёхслойный полиэтилен или полипропилен и покрытия монтажных стыков на кольцевых швах.
• Катодная защита подземных и подводных участков, которая делает трубу катодом, чтобы дефекты покрытия не корродировали.
• Внутренние меры, такие как ингибиторы, осушка и очистные скребки против внутренней коррозии и MIC.
• Инспекция и мониторинг, включая внутритрубную диагностику, обследования покрытия и обследования на блуждающие токи.

Когда коррозия обнаружена, а остаточная толщина стенки приемлема, повреждённый участок зачищают до чистой стали и наносят покрытие заново. Ремонтное покрытие работает только при надлежащей подготовке поверхности: продукты коррозии, старое покрытие и соли удалены, а для адгезии создан профиль шероховатости. Типичный случай — монтажные стыки и корродированные швы; см. подготовку поверхности монтажных стыков трубопроводов.

На объекте Bristle Blaster® от MontiPower® за один проход удаляет ржавчину и покрытие и создаёт профиль шероховатости без абразива. В документально подтверждённых испытаниях на трубной стали API 5L он обеспечивает чистоту, сопоставимую с ISO 8501-1 Sa 2½ / SSPC-SP 10, при профиле шероховатости 65–85 µm Rz; результаты зависят от марки стали, степени ржавчины, ленты и техники работы. Подробнее — на нашей странице нефть, газ и трубопроводы и в материале как удалить ржавчину с металлической трубы.

Часто задаваемые вопросы

Какой вид коррозии в трубопроводах самый распространённый?

Равномерная или общая коррозия углеродистой стали — знакомая ржавчина, вызванная кислородом и влагой, — самая распространённая и наиболее заметная форма. Она же и наиболее предсказуема. Локальные формы, такие как питтинг, щелевая коррозия, MIC и коррозионное растрескивание под напряжением, встречаются реже, но опаснее, поскольку могут пройти сквозь стенку почти без видимых предупреждающих признаков.

Что вызывает коррозионное растрескивание под напряжением в трубопроводах?

Для коррозионного растрескивания под напряжением необходимы три условия одновременно: растягивающее напряжение выше порогового, восприимчивый материал и среда, способная вызвать растрескивание. На подземных трубопроводах оно проявляется как SCC при высоком pH в карбонатно-бикарбонатных растворах и SCC при околонейтральном pH в разбавленных грунтовых водах; обе формы, как правило, возникают там, где покрытие отслоилось и катодная защита не достаёт до стали.

Как предотвратить коррозию стальных трубопроводов?

Трубопроводы защищают системой наружного покрытия, катодной защитой подземных или подводных участков, внутренними мерами, такими как ингибиторы и очистные скребки, и регулярной инспекцией. Там, где обнаружена коррозия, её удаляют, а сталь подготавливают до чистоты и профиля шероховатости, требуемых ремонтным покрытием, после чего наносят покрытие заново; если потеря стенки слишком велика, участок ремонтируют или заменяют.

Как удаляют коррозию перед повторным нанесением покрытия на трубопровод?

Традиционный метод — абразивоструйная очистка. Для монтажных стыков, локального ремонта и действующих линий инструмент для bristle blasting может за один проход удалить ржавчину и покрытие и создать профиль шероховатости; в документально подтверждённых испытаниях на стали API 5L чистота сопоставима с Sa 2½ / SSPC-SP 10 при профиле 65–85 µm Rz. Результаты зависят от стали, степени ржавчины и техники работы.