Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) зарождается на внешней катодно-защищенной поверхности труб, поэтому ее обнаружение сопряжено с рядом сложностей. Причем применяемыми в настоящее время методами могут быть обнаружены не все очаги растрескивания. Это приводит к развитию трещин и возникновению аварийных разрушений после проведения диагностических мероприятий.

Переиспытание избыточным давлением (стресс-тест)

Старейшим методом обнаружения очагов КРН является переиспытание избыточным давлением. В 70-е годы XX века наибольшее количество очагов КРН в США было выявлено именно этим методом. При этом было обнаружено, что оптимальным давлением при переиспытании является давление, вызывающее напряжение в стенке трубы, равное 1,1·?_0,2 (?_0,2 – условный предел текучести стали). В настоящее время эти разработки используются германскими инженерами для диагностики КРН в Европе и России. В отечественных нормативах предельное напряжение снижено до 1,0·?_0,2, что уменьшает степень выявляемости дефектов.

При реализации этого метода необходимо:

• оборудовать пункты закачки и выпуска воды;
• утилизировать использованную воду;
• осушить газопровод от воды или конденсата.

Однако не все очаги КРН выявляются этим методом. Иногда аварии возникали сразу после проведения стресс-теста. Это в первую очередь связано с тем, что в очаговой зоне может находиться колония трещин, и в процессе приложения дополнительной нагрузки происходит перераспределение напряжений между ними. При этом напряжения не действуют на самые мелкие трещины. На рис. 1 показана колония трещин, обнаруженная в очаговой зоне разрушения газопровода. На рис. 2 приведены результаты компьютерного моделирования напряженно-деформированного состояния для этой колонии.

Методами механики разрушения был рассчитан остаточный ресурс трубопровода, имеющего одиночные трещины и их колонию. Результаты расчета приведены на рис. 3 и 4.

Как видно из приведенных графиков, остаточный ресурс труб, изготовленных из стали Х70 с колонией трещин выше, чем с одиночной трещиной. То есть колония трещин в очаге КРН менее подвержена чисто механическому воздействию по сравнению с одиночной трещиной. Для выявления таких дефектов требуется большее давление испытаний или необходимость проведения повторных переиспытаний. Обнаруженная особенность объясняет механизм разрушения газопроводов, подверженных КРН, после проведения стресс-теста.

Внутритрубная диагностика

В настоящее время наиболее широко распространенный метод выявления очагов КРН – внутритрубная диагностика. При этом используются магнитные снаряды, создающие поперечное намагничивание. Ультразвуковые дефектоскопы показали свою неэффективность в связи с необходимостью использования жидкости для контакта датчика с металлом. При проведении обследования участка магистрального газопровода длина, запускаемого в трубу снаряда с разделительными поршнями составила около 2-х км. Магнитные снаряды, создающие продольную намагниченность, используются только для обнаружения общей коррозии, целостности сварных стыков и «поперечного» КРН.

Основным недостатком метода является невозможность определить КРН на ранних стадиях, когда глубина трещины не превышает 0,2·? (? – толщина стенки трубы). Хотя имеются сообщения об обнаружении трещин глубиной 1,0·?.

Наружная дефектоскопия

Наиболее трудоемким методом обнаружения очагов КРН является наружная дефектоскопия. Это связано с вскрытием трубопровода и проведения контроля в шурфе в нижней части трубы. До реализации программы по полной переизоляции отдельных участков газопроводов данный метод использовался только при выборочных шурфовках, проводимых после обследований газопроводов или при осмотре участков, прилегающих к разрушившимся в результате аварий.

Трещины выявляются с помощью вихретокового, магнитного, капиллярного и визуального методов. Наибольшее распространение получил вихретоковый метод, позволяющий обнаруживать трещины даже не снимая противокоррозионную изоляцию с трубы.

Электрометрический метод обнаружения очагов растрескивания

Электрометрический метод, предложенный УГНТУ в начале 90-х годов XX века, основан на изучении электрохимического поведения стали в очаговой зоне КРН. Для этого метода отсутствует минимальный предел определения глубины трещины. С его помощью определяются все места, где возникли условия, необходимые для развития растрескивания. Он может применяться как дополнение к плановым электрометрическим обследованиям трассы и не требует применения дополнительного оборудования. Результаты используются при планировании переизоляции участков и проведения наружной дефектоскопии. Метод показал свою эффективность на Урале, Западной Сибири и Казахстане.

Прогнозирование времени до разрушения газопроводов, подверженных КРН

Для прогнозирования времени до разрушения газопроводов, подверженных КРН используются вероятностные зависимости, а также соотношения, которые могут быть получены только после разрушения конкретного участка газопровода. Время до разрушения может быть определено через эффективную скорость растрескивания v_эфф по формуле, предложенной А.Г. Гареевым в начале 90-х годов XX века.

где T - абсолютная температура;

R - универсальная газовая постоянная;

k - предэкспоненциальный нормирующий множитель;

?- толщина стенки трубы;

а - эмпирический коэффициент, характеризующий параметры КРН;

t - время до отказа газопровода;

b - длительность стадии образования приэлектродной среды;

? - напряжение;

?_0,2 – предел текучести стали.

Указанная зависимость получена на основании обработки статистики отказов магистральных газопроводов, проложенных в различных регионах.