МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

ВНИИСТ

УКАЗАНИЯ

ПО ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ИЗМЕНЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ И ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВОК КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

ВСН 1-53-74 Миннефтегазстрой

Москва 1974

МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

ВНИИСТ

УКАЗАНИЯ

ПО ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ИЗМЕНЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ И ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВОК КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

ВСН 1-53-74 Миннефтегазстрой

ЦНТИ ВНИИСТа Москва 1974

2.15. Время t_m , в течение которого величина переходного сопротивления труба-земля снизилась до определенной, наперед заданной величины R_n (t_mj, определяется выражением:

- in R„h~ biR_n(t_m) _ле_ ^с ~^Rn(K,)-ёлй_Пк

2Л6* Прогнозирование изменения состояния изоляционного покрытия во времени по изменении средней величины переходного сопротивления труба-земля(по длине защитной зоны) производится в соответствии с выражением:

ущ- ^0м‘^,‘²’    ⁽⁹⁾

где U - среднее значение наложенной разности потенциалов труба-земля на участке трубопровода, равной длине _ защитной зоны одной УН8, В; j fc) - среднее значение плотности тока на этой участке, А/м^.

2.17. Среднее значение наложенной разнооти потенциалов труба-земля при работе двух смежных установок катодной защиты (УКВ) равно

<¹>

Um

где U₀ и - наложенная разнооть потенциалов труба-земля

соответственно в точке дренажа и в конце плеча защитной зоны (минимальное по абсолютной величине значение наложенной разности потенциалов труба-земля между этими УИЗ), В.

2.18. Плотность тока определяется из данных измерений силы тока УНЗ и длины защитной зоны

А/и²,    Ш)

о XUL '    *

где J - сила тока УКЗ, А;

L - длина защитной зоны, к.

2.19. изменение средней плотности тока во времени с иомен-укладки трубопровода и до 20 лет описывается следующим уравнением регрессии

А/И²,    ■    (12)

где J_H - средняя плотность тока в начальный период эксплуатации (после эавероения_влагонасыцения покрытия), А/и². При t = О, }(0)=±_н ;

/ - коэффициент, характеризующий скорость изненения плотности тока во времени, 1/год.

Коэффициент J2 принимает значения от 0,118 до 0,133 1/год. Для приближенных расчетов величину Jb следует принта» равной 0,125 1/год.

2.20.    Для прогнозирования изменения плотности тока на действующих трубопроводах в формулу (12) вместо J._ri достаточно подставить значение средней плотности тока в любой ыомевт времени J ( t_m), тогда величина j, ( t ) будет равна

^(в)

где t_m - момент семени измерения (определения) плотности тока J (t_m), годы.

2.21.    Величина J3 может бы» скорректирована по данным

измерения силы |ока и длины защитной зоны катодных установок по формуле _ⁿt¹ ~    .    Для    этого    строится    график    зави

симости плотности *тока от времени в координатах €nj.*t . Точки измерений осредняются прямой линией (рис.2).

2.22.    Прогнозирование ианенения переходного сопротивления труба-земля на действующих трубопроводах в период от I до 20 лет может осуществляться по формуле

^Rn(t}-R_nH^^t Ом.м².    (14) ²

Рис.2, Пример определения коэффициента fi по результатам измерения плотности тока на действующем трубопроводе

3 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВОК КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ

3.1.    Основными параметрами установок катодной (электрохимической) защиты являются сила защитного тока и длина защитной зоны, которые определяются величиной переходного сопротивления.

В зависимости от значения этих параметров при проектировании решается вопрос о выборе мощности электрохимических установок, типе и количестве анодных заземлений, длине дренажных проводов, а также о размещении электрозащитных установок по трассе магистрального трубопровода.

3.2.    Основные параметры электрохимической защиты зависят ³

от целого ряда исходных данных, из которых только переходное сопротивление труба-земля существенно изменяется во времени, 3.3* Изменение переходного сопротивления труба-земля во времени в первую очередь сказывается на изменении входного сопротивления трубопровода и постоянной распространения тока вдоль трубопровода* Эти два параметра в свою очередь определяют изменение во времени силы тока и длины защитной зоны установок катодной защиты*

3*4. Входное сопротивление трубопровода как функцию времени Z (-Ь) следует определять из выражения

ИЛИ

Z(l)=Z_HOD(t)_t

где R_T - продольное сопротивление трубопровода, Ом/м*

Величина Ц_т определяется в соответствии с требованиями п* 2.7 настоящих Указаний;

2_Н - входное сопротивление трубопровода в начальный период эксплуатации, Ом;

со (t) - коэффициент, характеризующий изменение защитных свойств покрытий (безразмерная величина)

CjftJRj*.) ^ZlT°^+t) '    (17)

' ^ ПН I

При использовании данных вероятностно-статистического анализа при времени, меньшем 20 лет

со[±) = е    ^г •    (18)

3.5. Постоянную распространения тока вдоль трубопровода (t ) как Функцию времени следует определять из выражения:

(19)

13

где oi_H - посгояннаа распространения тока вдоль трубопровода в начальный период эксплуатации трубопровода

(20)

3.6.    Прогнозирование изменения силы тока и длины защитной зоны следует производить по соответствующим расчетным методикам, изложении! в "Инструкции по расчету и проектированию катодной защиты трубопроводов от подземной коррозии", ВСН 2-19-70 [2]. В расчетные выражения подставляют значения переходного сопротивления труба-зеыля или нходного сопротивления трубопровода и постоянной распространения тока как функций времени,определяемые в соответствии с настоящими Указаниями (пп.2.22,

3.4 и 3.5).

3.7.    Прогнозирование изменения силы тока £f (t) во времени для приближенных расчетов при заданном и неизменном интервале расстановки катодных станций следует производить по формуле

(21)

где 3 (t) - сила тока в момент времени Ь ,

З_н - начальная сила тока защитной установки, А;

£    -    момент времени определения силы тока, годы.

3,8. Прогнозирование изменения длины защитной зоны во времени для приближенных расчетов следует производить по фор-

муле

(22)

где L (£) - длина защитной зоны в момент временя £ , м;

L_H - начальная длина защитной зоны, к.

3,9. Прогнозирование изменения параметров электрозащиты параллельных трубопроводов следует производить по вышеприведенным вцэажевиям. Сила тока в трубопроводе при этой определяется в соответствии с методикой (приложение 4).

14

Приложение 1

LL_e - естественная разность потенциалов труба-земля в точке Xi $

U_T3 - определяется аналогично U_ra .

Примечание. При проведении измерений необходимо соблюдать следующие условия:

1)    должна работать только одна УКЗ, а две соседние с УКЗ должны быть выключены;

2)    точки измерений с целью исключения влияния поля анодного заземления должны находиться на расстоянии 2*2=5 у ( у - расстояние от трубопровода до анодного заземления при этом t_1z -x_z-x_t< );

2)/и_иич1>1ицзм_г1 и они должны отличаться друг от друга и от величины &_ене менее чем на 0,05 В;

4) не рекомендуется точки измерений выбирать на трубопроводе в местах, где j U_TJ < ОД в.

УДК 622.692 .47.620 • 197( 083 .96)

Настоящие Оказания разработаны сотрудниками ВНИИСТа А.М. Зиневичеы, В.И. Глазковым, Н.П. Глазовым, А.М. Калашниковой и В.В.Глазковым на основании обобщения исследований характера старения изоляционных покрытий и изменения параметров катодной защиты во времени#

Указания предназначены для организаций Министерств нефтяной и газовой промышленности*

Замечания и предложения следует направлять по адресу: Москва, 105058, Окружной проезд, 19, ВНИИСТ, лаборатория электрозащиты.

! Ведомственные строи-Министерство стро-i тельные нормы ительства предпри-1 ■ ■ ■ ■    ■■■    —    ■■■■

ятий нефтяной и ! Указания по прогнозиро-газовой промышлен-i ванию изменения защит-ности    1    ных свойств изоляцион-

! ник покрытий и парамет-! ров установок катодной ! защиты магистральных ! трубопроводов

I ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Магистральные стальные трубопроводы защищаются от подземной коррозии комплексно, т.е. изоляционндаи покрытиями и средствами электрохимической защиты.

1.2.    В качестве изоляционных покрытий магистральных трубопроводов в настоящее время применяют покрытия на основе битумных мастик (нормальная изоляция толщиной 4,0 мм и усиленная -6,0 мм) и полимерных материалов.

На трубопроводах, построенных до 1965 г., применялись в основном битумные изоляционные покрытия трех типов: нормальные - толщиной 3,0 мм,усиленные - 6,0 мм и весьма усиленные -9,0 мм.

1.3.    Изоляционные покрытия со временем стареют, в связи

с чем ухудшаются их защитные свойства; число и размер дефектов в покрытии растет, увеличивая оголенность трубопровода.

Старение покрытий вызывает необходимость (для поддержания защитной плотности тока на данном участке сооружения в течение всего периода эксплуатации) 'либо увеличивать защитные токи катодных станций и их количество,либо ремонтировать изоляцию на данном участке.

!    Утверждены Министерством    !    Срок введения

Внесены    1    нефтяной промышленности    !    I января 1975    г.

ВШШСТон    I 23 апреля 1974 г.    !    Срок действия    до

!    !    замены новда доку-

I    !    ментом

1.4.    При проектировании комплексной защиты магистральных трубопроводов необходимо располагать информацией об изменении во времени состояния изоляционных покрытий и параметров электрозащиты.

1.5.    Настоящие Указания предназначены для прогнозирования во времени свойств изоляционных покрытий и параметров электрозащиты на участках магистральных трубопроводов с катодной защитой.

1.6.    При составлении настоящих Указаний были использованы результаты научно-исследовательских работ ВНШСТа по выявлению закономерности изменения параметров защиты во времени, подученные на основе анализа статистических данных действующих трубопроводов и моделей, а также разработанных "Рекомендаций по прогнозированию эффективности защитного действия и долговечности изоляционных покрытий подземных магистральных трубопроводов" [i].

1.7.    Прогнозирование изменения защитных свойств изоляционных покрытий, а следовательно, и параметров электрозащиты позволит:

сравнивать эффективность изоляционных покрытий с целью выбора наиболее оптимальных для конкретных условий эксплуатации;

оценивать состояние изоляционных покрытий на действующих трубопроводах в любой период эксплуатации;

планировать потребные мощности средств электрозащиты и затраты на их эксплуатацию,

1.8.    Указания не распространяются на трубопроводы, уложенные илщ прокладываемые в районах многолетней мерзлоты и в горных условиях.

2 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

2.1. Защитные свойства иаоляционвых покрытий магистральных трубопроводов со временем изменяются (снижаются) под влиянием многих факторов, вызванных условиями строительства и эхе-пдуатацяи трубопроводов.

4

2.2.    Защитные свойства изоляционных покрытий уагиотральных трубопроводов наиболее полно характеризуются переходным сопротивлением труба-земля.

2.3.    Изменение переходного сопротивления труба-зэмля во времени характеризуется в общем случае кривой, представленной на рис.1. С течением времени переходное сопротивление изолиро

ванного трубопровода Л/* (6/ стремится к переходному сопротивлению неизолированного трубопровода

2.4. Переходное сопротивление труоа-земля изменяется во времени при t 5= I года, т.е. при покрытии, поры которого насыщены электролитом, по следующей закономерности:

5

гдо    R„_K - конечное переходное сопротивление труба-земля,Ом.м²;

R_nH - начальное переходное сопротивление труба-земля, Ом.м²;

t - время определения переходного сопротивления,гиды;

Т_с - постоянная времени старения покрытия» годы.

2.5. Конечное переходное сопротивление труба-земля определяют как сопротивление растеканию неизолированного трубопровода Rpi

где А “ удельное электрическое сопротивление грунта на глубине залегания трубы» Ом.и;

Л    - диаметр трубопровода, м;

Н    - глубина залегания трубопровода,    м;

К-т - продольное сопротивление трубопровода, Ом/м.

Величина R_nK определяется по номограмме (приложение I) в зависимости от удельного электрического сопротивления грунта, диаметра трубопровода при глубине его залегания I м до верхней образующей.

2.6.    Величина удельного электрического сопротивления грунта определяется путем измерений с помощью четырехэлектродной симметричной установки. Методика измерений и обработки результатов изложена в "Инструкции по расчету и проектированию катодной защиты трубопроводов от подземной коррозии" Ы .

2.7.    Продольное сопротивление трубопровода определяется

где 0_Т - удельное электрическое сопротивление трубной ста-ли,

сГ* - толщина стенки трубопровода, м.

Таблица 2

Тип изоляционногогДределы изменения постоянной времени ста-покрытия :    рения    покрытия    для    грунтов_____

:    песчано-глинистых_:солончаковых

_1    ^.slO-50    Ом*и;J2=2Q-2QQ Ом«м: fl.sI-10 Ом» и

Битумное:

нормальное ( ОЦ - ^ мм) усиленное 8-16 16-30 4-8 ( §и = 6 мм) Полимерное пленочное: 12-20 20-40 8-16 однослойное 12-25 25-45 6-12 двухслойное 20-40 40-50 10-20

2Л0. При прогнозировании изменения переходного сопротивления во времени на действующих магистральных трубопроводах постоянная времени старения Т₀ определяется из следующего выражения:

T=f    ~    tflRnK

' ' e«*„„ - Mntu)

где t₁ - время измерения переходного сопротивления (время отсчитывается с момента укладки трубопровода в грунт), годы;

переходное сопротивление труба-земля на рассматриваемом участке трубопровода в момент времени

t, ,

R_nH - переходное сопротивление труба-земля на том же участке в начальное время ( t = 0), Ом.м^*

Примечание. Интервал времени ( 0-£*) должен быть больше времени, при котором выполняется условие:

8

1

2

3