Технические средства контроля внутренней коррозии трубопроводов
Рассылка: Защита теплосетей от накипи и коррозии, реагентная водоподготовка.
Адрес электронной почты: chausoff@yandex.ru
Сайт рассылки: http://www.labudgup.ru/
Автор - Чаусов Федор Федорович,
кандидат химических наук (направление научной деятельности -
физическая химия водных растворов, водоподготовка и водно-химические режимы
теплоэнергетических систем), автор более 70 научных трудов, автор более 20 изобретений.
Выпуск 35.
Введение
Внутреннее коррозионное повреждение является преобладающей причиной выхода трубопроводов из строя. Отказы и аварии (в том числе с катастрофическими последствиями) теплоэнергетических систем чаще всего бывают вызваны неконтролируемым развитием коррозионных процессов. По этим причинам контроль внутренней коррозии энергетического оборудования является одной из наиболее острых проблем.
На объектах «большой» энергетики контроль коррозионного состояния оборудования, как правило, ведётся, однако наиболее распространённые в настоящее время средства такого контроля недостоверны. В «малой» (преимущественно, коммунальной) энергетике контроль коррозионного состояния оборудования практически не проводится, результатом чего и являются вышеупомянутые аварийные ситуации.
Ниже проанализированы некоторые причины сложившейся ситуации и описаны технические решения, направленные на решение проблемы контроля коррозионного состояния энергетического оборудования — котельных установок, теплообменного оборудования, трубопроводов и внутренних сетей потребителей тепловой энергии.
Известны различные подходы к организации контроля коррозионного состояния энергетического оборудования. Действовавший ранее (до 01.09.2003 года) СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети» [1] устанавливал (п. 7.37) достаточно узкие требования к контролю коррозионного состояния теплопроводов: «на подающих и обратных трубопроводах водяных тепловых сетей для наблюдения за внутренней коррозией на концевых участках и в трех характерных промежуточных узлах следует предусматривать по два индикатора коррозии (шлифа) в каждой точке, один из которых служит для наблюдения за кислородной коррозией, другой - за общей коррозией трубопроводов». Таким образом, было регламентировано количество промежуточных точек контроля и число индикаторов, устанавливаемых в каждой точке.
Однако СНиП [1] не разъяснял, каким образом следует при анализе индикаторов коррозии отграничивать кислородную коррозию от общей. При этом следует отметить, что при значениях водородного показателя (рН) теплоносителя, регламентированных правилами [2 — 4], коррозия стали всегда протекает с катодным контролем и кислородной деполяризацией. Таким образом, требование установки двух индикаторов коррозии в каждой точке было излишним.
Эти противоречия в значительной мере устранены введением с 01.09.2003 года взамен СНиП [1] нового СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети» [5], которым (п. 13.3) предписано «для контроля за внутренней коррозией на подающих и обратных трубопроводах водяных тепловых сетей на выводах с источника теплоты и в наиболее характерных местах предусматривать установку индикаторов коррозии». Тем самым определение «наиболее характерных мест», а также количество и конструкция индикаторов коррозии отнесены к компетенции проектной организации.
Известные конструкции индикаторов коррозии и их недостатки
В настоящее время единственным практическим руководством по контролю коррозионного состояния энергетического оборудования являются методические указания [6], в которых приведено типовое конструктивное решение индикатора коррозии, рассмотрены требования к его монтажу, методике коррозионных испытаний и анализу результатов.
Рассмотрим конструкцию простейшего индикатора коррозии, предложенного в методических указаниях [6] и выпускаемого Инженерно-химической лабораторией УдГУ под маркой ИК-30 (чертёж ИХЛ 10.00.000 или 99.075.1-03.09-ОСО.01.01-ТС). Индикатор включает крышку, присоединённую к фланцу корпуса с помощью болтов. К крышке прикреплен шток, на котором посредством болта, изоляционных шайб и гайки закреплены образцы-свидетели. Для облегчения демонтажа крышки последняя снабжена рым-болтами. Корпус врезают в трубопровод. Основным недостатком описанной конструкции индикатора, помимо изложенных выше, является невозможность установки и изъятия образцов-свидетелей в процессе эксплуатации трубопровода, поскольку при этом давление внутри трубопровода отличается от атмосферного. На практике теплоэнергетические установки эксплуатируются либо сезонно, либо непрерывно за исключением коротких остановок на планово-предупредительный ремонт. Такая периодичность контроля внутренней коррозии является недостаточной для обоснованных выводов и своевременного проведения антикоррозионных мероприятий. Следовательно, систематический контроль скорости коррозии трубопровода при использовании индикаторов коррозии описанной конструкции невозможен.
К недостаткам индикаторов коррозии и методики проведения коррозионных испытаний, рекомендованных [6], следует отнести некорректность сопоставления скорости коррозии образцов-свидетелей, имеющих форму дисков и закреплённых на штоке, перпендикулярном потоку воды в трубопроводе, со скоростью коррозии внутренней стенки трубопровода, находящейся в совершенно иных гидродинамических условиях по отношению к потоку. Косвенным образом этот факт признают и сами разработчики методических указаний [6] (п. 6.3.3): «в том случае, если скорость коррозии пластин какой-либо сборки индикаторов в тепловой сети (районе) в течение нескольких сезонов резко отличается от средней по данной сети (району), то необходимо проанализировать причины отличий (скорость потока, местные гидродинамические возмущения потока, местные присосы сырой воды) и принять меры для исключения нарушений гидродинамики или присосов. В том случае, если изменить ситуацию невозможно, целесообразно перенести место установки сборки индикаторов». Таким образом, предложенная в работе [6] конструкция индикатора коррозии даёт возможность за счёт выбора гидродинамических условий и места установки индикаторов получить желательное значение скорости коррозии образцов-свидетелей. Однако при этом остаётся невыясненным, как полученный результат коррелирует со скоростью внутренней коррозии трубопровода. В отдельных пунктах методические указания противоречат действующему СНиП: так, согласно [6] (п. А.2), в некоторых случаях не рекомендуется устанавливать индикаторы коррозии в обратных трубопроводах, что прямо противоречит п. 13.3 СНиП [5]. В случае таких противоречий на практике следует руководствоваться действующим СНиП.
Недостатки, присущие конструкции индикаторов коррозии, предложенной в [6], в полной мере присущи и другой аналогичной конструкции, предложенной ООО «Инженерно-технологический центр «Оргхим» [7].
Более удобной с практической точки зрения является конструкция [8] индикатора коррозии ИК-31, также выпускаемого Инженерно-химической лабораторией УдГУ (чертёж ИК-31.00.00.000). Индикатор состоит из трубчатого корпуса, имеющего крышки на фланцах, закреплённые при помощи болтов. Одна из крышек выполнена съёмной на барашковых гайках, к ней прикреплен шток. На штоке посредством изоляционных шайб размещены образцы-свидетели. К корпусу посредством запорной арматуры присоединены патрубки, врезаемые в трубопровод, причем один из патрубков имеет раструб. Сечение раструба выбрано так, чтобы скорость потока воды в корпусе индикатора была близка к скорости потока в периферийной зоне трубопровода (приблизительно 1/3 — 1/4 максимальной скорости, достигаемой в центре трубопровода). Поток воды омывает образцы-свидетели, установленные на центральном штоке и имеющие форму цилиндра. Гидродинамические условия обтекания образцов-свидетелей в данной конструкции значительно ближе к тем, в которых находится внутренняя стенка трубопровода. Кроме того, благодаря наличию запорной арматуры, образцы-свидетели можно устанавливать и извлекать в любое удобное время, что позволяет вести систематический контроль скорости внутренней коррозии трубопроводов.
Общим недостатком известных конструкций индикаторов коррозии является завоздушивание и загазовывание — скопление в индикаторе, вблизи образцов-свидетелей, воздуха или иных газов. Основные причины попадания воздуха в трубопровод — достаточно высокая растворимость воздуха в воде при комнатной температуре и её уменьшение при нагревании. Поэтому после заполнения трубопровода водой по мере её нагревания воздух выделяется из воды и скапливается в застойных зонах, возникающих в местах врезки вспомогательного оборудования, в том числе и индикаторов коррозии. В корпусах индикаторов могут скапливаться и другие газы, например, сероводород, выделяющийся в результате жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий. Всё это непредсказуемо изменяет характер коррозионных процессов внутри контейнера, вследствие чего результаты измерений не позволяют объективно оценить процесс внутренней коррозии трубопровода. Корпуса и крышки описанных в цитированных источниках индикаторов коррозии не имеют средств для удаления скапливающегося воздуха и газов. Для удаления воздуха из контейнера нет другой возможности, кроме как частично демонтировать глухой фланец, ослабив его крепление. Однако, из-за опасности для обслуживающего персонала и окружающей среды возможного выброса содержащейся внутри трубопровода жидкости, такие манипуляции на трубопроводе, находящемся под давлением, запрещены правилами техники безопасности.
Невозможность избежать завоздушивания отмечена, в частности, в работе [6] (п. 3.6): «Не рекомендуется устанавливать индикаторы на нижней образующей трубопроводов и в тех местах обратных трубопроводов, куда может попадать и постоянно находиться воздух (т.е. подвергаться завоздушиванию). Для уменьшения количества воздуха, остающегося в объеме штуцера, возможна установка штуцеров под углом к вертикальной (поперечной) оси трубопровода.» Таким образом, в известных конструкциях индикаторов можно лишь уменьшить завоздушивание и загазовывание, но не исключить его полностью. В связи с этим актуальна разработка конструкции индикатора внутренней коррозии трубопровода, позволяющая полностью избежать завоздушивания при монтаже индикатора в любом положении по отношению к трубопроводу.
Индикаторы внутренней коррозии со средствами воздухоудаления
Задача предотвращения загазовывания индикатора коррозии при произвольном пространственном положении его корпуса решается снабжением индикаторов внутренней коррозии ручными или автоматически действующими клапанами для удаления воздуха и газов.
Индикатор коррозии, аналогичный ранее известному ИК-30 и отличающийся от него наличием средств воздухоудаления, выпускается Инженерно-химической лабораторией УдГУ под маркой ИК-30М. На его крышке эксцентрично установлен клапан для выпуска воздуха; расстояние от центра крышки до клапана для выпуска воздуха равно внутреннему радиусу корпуса. Фланец и крышка имеют отверстия для крепёжных болтов, расположенные по окружности и равноудалённые друг от друга; при этом отверстия для крепёжных болтов в крышке выполнены по контуру, включающему участки двух концентрических дуг, центр которых совпадает с центром крышки, а клапан для выпуска воздуха установлен на угловом расстоянии от отверстия, равном 1/4 углового расстояния между центрами соседних отверстий.
В процессе заполнения трубопровода жидкостью и его последующего функционирования жидкость из трубопровода поступает в корпус, воздух из которого удаляют, открывая клапан. Это позволяет избежать влияния завоздушивания и скопления иных газов и получить показания индикатора коррозии, соответствующие действительной скорости внутренней коррозии трубопровода. Размещение клапана для выпуска воздуха в соответствующем положении относительно центра крышки позволяет при любом положении корпуса индикатора коррозии относительно трубопровода и горизонта поместить крышку в такое положение, при котором можно полностью выпустить воздух из корпуса индикатора коррозии.
Аналогичным образом решена проблема воздухоудаления в конструкции индикатора ИК-31М, который присоединяется к трубопроводу посредством патрубков с запорной арматурой, по аналогии с ранее известным индикатором ИК-31. На индикаторе коррозии ИК-31М есть клапан для удаления воздуха и отверстия для крепёжных болтов, выполненные по контуру, включающему участки двух концентрических дуг, центр которых совпадает с центром крышки. Это обеспечивает возможность ориентации крышки таким образом, чтобы клапан находился в верней точке корпуса индикатора и обеспечивал полное удаление воздуха и газов. Использование индикатора ИК-31М даёт возможность устанавливать и извлекать образцы-свидетели в любое время и вести систематический контроль скорости внутренней коррозии трубопроводов.
Предложенное техническое решение, направленное на организацию воздухоудаления из индикаторов коррозии, защищено патентом РФ на полезную модель [9].
Литература
1. СНиП 2.04.07-86. Тепловые сети. — М.: ГП ЦПП, 1994. — 128 с.
2. РД 34.20.501-95. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. — М.: «Омега-Л», 2006. — 256 с.
3. ПБ 10-574-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. — М.: ПИО ОБТ, 2003. — 192 с.
4. Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок. — М.: «Омега-Л», 2006. — 212 с.
5. СНиП 41-02-2003. Тепловые сети. М.: ФГУП ЦПП, 2005. — 38 с.
6. РД 153-34.1-17.465-00. Методические указания по оценке интенсивности процессов внутренней коррозии в тепловых сетях. — М.: ВТИ, 2001. — 12 с.
7. Методические рекомендации по применению ингибитора накипеобразования и коррозии «Композиция ККФ» для стабилизации подпиточной и сетевой воды систем теплоснабжения и горячего водоснабжения / Камалиев А. З., Зверев А. С., Косачев И. П. — Казань: ООО «Инженерно-технологический центр ОРГХИМ», 2005. — С. 59 — 60.
8. Патент РФ на полезную модель № 48026, МПК F17D 3/00 опубл. 10.09.2005 г. Устройство коррозионного мониторинга действующего трубопровода / Плетнёв М. А., Чаусов Ф. Ф.
9. Патент РФ на полезную модель № 94309, МПК F17D 3/00 опубл. 20.05.2010 г. Индикатор коррозии для мониторинга действующего трубопровода / Чаусов Ф. Ф., Баранова Е. Е.
Полный иллюстрированный вариант статьи "Технические средства контроля внутренней коррозии трубопроводов" Вы можете найти здесь.
С уважением, Ф.Ф. Чаусов.
Архив почтовых рассылок:
Защита теплосетей от накипи и коррозии, реагентная водоподготовка
