1.1. Масштаб и история изучения проблемы стресс-коррозии (КРН)

Проблема стресс-коррозии в технике известна более 60 лет [174, 199, 216].

Первые зарегистрированные описания разрушений вследствие КРН относятся к первой половине 60-х годов. Это явление на газопроводах высокого давления было обнаружено во мно­гих странах и климатических зонах: США, Австралии, Канаде и др.

В общем случае, в отечественной терминологии, КРН (стресс-коррозионным растрески­ванием, стресс-коррозией, коррозией под напряжением) называют специфическое явление мак- рохрупкого разрушения сталей и сплавов при одновременном воздействии коррозионной среды и растягивающих напряжений (рисунок 1.1). Понятие включает в себя широкий спектр разруше­ний различных материалов в разнообразных коррозионных средах [39, 99, 150, 164].

Рисунок 1.1 - Пример коррозии под напряжением (КРН): а - вид со стороны стенки;

б - вид в образце, вырезанном из трубы

Для конкретизации механизма, из общего круга явлений КРН, вводятся специальные тер­мины, в основном, акцентирующие внимание на типе коррозионной среды, в контакте с которой находится оборудование. Таковыми являются «щелочное охрупчивание» (котельных сталей), «сульфидное растрескивание» (для газонефтяного оборудования), «хлоридное растрескивание нержавеющих сталей» и т.п. В связи остротой проблемы аварийных разрушений катоднозащи- щаемых труб из конструкционных сталей с нарушенной изоляцией по причине КРН (изготовлен-

ных из конструкционных сталей, и проложенных подземным способом), в отечественной нефте­газовой терминологии общеупотребим термин «стресс-коррозия» [90]. Этот термин является си­нонимом «карбонатное растрескивание» (в работах 70х-80х-90х годов) или просто «коррозион­ное растрескивание под напряжением» (наиболее широкая формулировка). В зарубежной лите­ратуре по этой тематике используются термины high pH SCC или «КРН при высоком pH» (име­ется в виду первый «анодный» тип КРН труб) и near neutral (low) pH SCC или «КРН вблизи нейтральных (или низких) значений pH» (имеется в виду «водородный» тип КРН труб с нару­шенной изоляцией) [99].

Впервые работы по изучению особого вида коррозии - КРН проводили: Институт Баттела («Баттелес Колумбус») (США), металлургические концерны «НКК Копорейшн» (Япония), «Ман­несманн» (Германия), а также газотранспортные компании - «Бритиш Газ» (Великобритания), «Рургаз» (ФРГ), «Газ де Франс» (Франция), «Трансканада» (Канада) и др. организации. Методо­логические основы отечественных исследований проблем стресс-коррозии газопроводов были заложены в работах ведущих специалистов академических институтов (ИФМ Уро РАН, ИЭС им. Е. О. Патона НАН, ИМЕТ им. А. А. Байкова, Украины, ФГБУН ИМАШ им. А. А. Благонравова РАН ), кафедр высших учебных заведений (РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, ФГБОУ ВПО УГНТУ), отраслевых институтов (ООО «ВНИИСТ», ОАО «ГИПРОТРУБОПРОВОД», ГУП «ИПТЭР» РБ, ООО «ТюменНИИгипрогаз», ООО «Газпром ВНИИГАЗ», РосНИТИ), специали­стов компаний ПАО «АК «Транснефть» и ПАО «Газпром», ООО «Газпром Газнадзор», ДОАО «Оргэнергогаз», ИТЦ «Оргтехдиагностика», ЦСЛ «Трубнадзор», Центра технической диагно­стики ПАО «Диаскан» и других организаций.

Основополагающими исследованиями КРН по заграничным источникам считаются ра­боты: Volmer L. M. (1952), Hoar Т. Р. (1954), Hin I. G. (1956), Long L. M. (1964), Uhliq H. H. (1965), Kamachik, Migata S. (1972), Parkins R. N. (1972), Wenk R. L., Fessler R. R. (1974), Schwenk W. (1981), Leis B. N. (1984), Christman T. K. (1987).

Анализ проблемы стресс-коррозии, методов и средств обеспечения надёжности и безопас­ности трубопроводов, подверженных КРН, а также современные методы диагностирования и оценки фактического технического состояния газопроводов проводились отечественными иссле­дователями: И. Г. Абдуллиным, С. В. Алимовым, А. Б. Арабеем, Х. А. Азметовым, М. З. Асадул­линым, P. M. Аскаровым, В. Л. Березиным, Р. И. Богдановым, A. C. Болотовым, П. П. Бородав­киным, Л. И. Быковым, Г. Г. Васильевым, Н. И. Волгиной, Г. В. Ворониным, З. Т. Галиуллиным,

A. Г. Гареевым, H. A. Гаррис, В. А. Горчаковым, А. Г. Гумеровым, К. М.

B. Э. Игнатенко, О. М. Иванцовым, C. B. Карповым, Г. В. Карпенко, Р. В. Кашковским, К. Л. Коттреллом, М. И. Королевым, А. Б. Куслицким, В. И. Кучерявым, А. П. Лубенским,

A. И. Маршаковым, Ю. Г. Матвиенко, Н. А. Махутовым, Н. П. Михайловым, Г. И. Насыровой, К. Ф. Оттом, Ю. И. Пашковым, С. Н. Перовым, H. A. Петровой, B. Bi Притулой, В. Г. Рыбалко, И. В. Ряховских, Т. К. Сергеевой, М. Х. Султановым, Ю. П. Сурковым, А. Ю. Сурковым,

B. Н. Сызранцевым, Ю. Л. Тарасовым, Е. П. Турковской, Ф. Г. Тухбатуллиным, Н. Х. Халлы- евым, В. В. Харионовским, Ф. К. Фатрахмановым, К. В. Черняевым, В. Швенком, Ю. А. Шульте, К. М. Ямалеевым, Э. М. Ясиным и другими ведущими учеными.

В СССР первые публикации о внешнем КРН труб, имеющем коррозионно-усталостную природу, появились в конце 70-х годов [84]. Проблему КРН на магистральных газопроводах под­няли специалисты Уфимского государственного нефтяного технического университета, публи­кации которых относятся к началу 80-х годов [110].

В восьмидесятых годах XX века проблеме КРН магистральных газопроводов уделялось значительное внимание вследствие увеличения аварийности. Ведущими организациями, прово­дившими расследования аварий, были Институт физики металлов Уральского отделения АН СССР и Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов - ВНИИГАЗ. Начи­ная с середины восьмидесятых, исследованиями также занимаются Уфимский нефтяной инсти­тут, ТюменНИИгипрогаз, Уральский НИИ трубной промышленности, Трубнадзор и Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных газопроводов [134, 161, 169, 170].

Внешний вид самого протяжённого разрушения магистрального газопровода в бывшем СССР (около 0,5 км), вследствие КРН на плато Устюрт приведён на рисунке 1.2 а. На рисунке 1.2 б приведено разрушение магистрального газопровода на Уфимском плато [72, 54].

а

Рисунок 1.2 - Разрушение магистрального газопровода по причине КРН: а — спиралешов­ная труба, сталь 17Г1С, плато Устюрт; б — прямошовная труба, сталь Х70, Уфимское

плато

За 1992-2001 гг.

Большое количество аварий по причине КРН и их тяжёлые последствия заставили при­знать эту проблему одной из наиболее опасных в газотранспортной отрасли и способной нару­шить функционирование основного оборудования. Ответственные за состояние трубопроводов организации принимали меры по диагностике и ремонту дефектов (выявлению и замене повре­ждённых труб), что привело к значительному уменьшению числа аварий [17, 44]. Но, несмотря на все компенсационные и организационные меры, с 2001 г. и по сегодняшний день стресс-кор­розия, как причина аварий на магистральных газопроводах Российской Федерации, имеет самый большой удельный вес. Согласно статистическим данным, более трети (36 %) аварий происходит в результате КРН [155]. Таким образом, и по сей день задача предотвращения стресс-коррозион- ной повреждаемости подземных трубопроводов является одной из наиболее важных для отече­ственной и мировой нефтегазотранспортной индустрии [153, 154, 155].