Коррозия под изоляцией

Коррозия - причины появления и методы защиты

Коррозия под изоляцией трубопроводов (CUI, corrosion under insulation) — это серьёзнейшая проблема для нефтяной, газовой и химической промышленности. Затраты владельцев трубопроводов на ежегодные восстановительные работы и устранение последствий аварий, причиной которых стала коррозия, огромны!  И всё потому, что развитие коррозионных поражений не было своевременно обнаружено. Появление коррозии и её разрушающее воздействие на металлические трубопроводы неминуемо, его нельзя избежать, можно лишь предупредить неблагоприятные последствия.

Трубопроводы, находящиеся в агрессивных средах, зонах высоких или низких температур, практически всегда покрываются изоляцией, которая обеспечивает их герметичность и позволяет минимизировать энергетические потери. Изоляция так же позволяет обеспечить безопасность людей, находящихся рядом. Основным материалом при производстве труб является углеродистая сталь, которая при всех её преимуществах имеет один главный недостаток – низкая стойкость к коррозии.

Причины возникновения и развития коррозии

• влагонасыщение материала изоляции при неправильном хранении труб;
• стыковые соединения защитной облицовки (кожухов) могут иметь микро щели, через которые попадает и накапливается влага в материале изоляции;
• пробоины, вмятины и растрескивания облицовки (кожухов) в процессе эксплуатации;
• скопление жидкости в низинах, в месте расположения участков трубопровода;
• при резких перепадах температуры образуется конденсация;
• низкая культура производства труб с изоляцией и трубопроводов;
• химическая коррозия, например, гальваническая коррозия, коррозия хлором, кислотная и щелочная коррозии и другое.

В зависимости от степени поражения, результатом может стать как временная приостановка работы трубопровода для выполнения ремонтных работ, так и аварийное разрушение трубопровода в результате «раскрытия» в наиболее корродированных зонах. Это ведёт к колоссальным убыткам.

Чтобы минимизировать потери от разрушений и простоев, связанных с коррозией, владельцы трубопроводов производят целый комплекс мер по её предотвращению и своевременному диагностированию. Однако на практике никакие меры предосторожности не помогают полностью застраховаться от коррозии. Под воздействием внешних факторов, жидкость всё равно просачивается под изоляцию, и начинает развиваться очаговое поражение. Со временем это поражение может полностью разрушить материал трубы и привести к утечке продукта.

Мировая статистика показывает, что около 60% утечек в трубах происходит в результате коррозии.

Существуют методы неразрушающего контроля, которые позволяют выявлять коррозию на этапе зарождения и оценить площадь её распространения под изоляцией. Ниже приведены наиболее популярные из них, со своими преимуществами и недостатками.

Визуальный контроль (ВК)

Визуальный контроль (ВК) - это наиболее простой, однако, вместе с тем  и наиболее длительный и трудоёмкий метод. Для проведения ВК с трубопровода нужно полностью удалить слой изоляции. Обнаруженные очаги коррозии измеряют ручным инструментом, либо оцифровывают 3D-сканером, который помогает максимально точно определить площадь и глубину дефектов. В дальнейшем принимается решение о необходимости замены или ремонта дефектного участка трубы. После завершения контроля изоляция восстанавливается, и объект вновь запускается в работу.

Удаление изоляции связано не только с дороговизной процесса, но и с достаточно высокой трудоёмкостью. Так же в процессе работ могут появиться и другие сложности, например, в некоторых видах изоляции применяется асбест, который является канцерогеном первой категории по классификации Международного Агентства по Изучению Рака (МАИР).

Видео: оценка состояния трубопровода при помощи 3D сканера

Метод нейтронного рассеяния

Метод нейтронного рассеяния применяется для выявления зон изоляции, пропитанных влагой. Нейтроны используются для выявления зон изоляции пропитанных влагой.

Принцип работы основан на облучении изоляции радиоактивным источником нейтронов. При нахождении в изоляции влаги ядра водорода в молекулах воды ослабляют энергию заряда нейтронов. Детектор оборудования по нейтронам с низким зарядом рассчитывает пропорциональное количество воды в зоне контроля. Чем больше влаги скопилось в изоляции, тем большая вероятность обнаружения зон с высоким уровнем влагонасыщения.

Ультразвуковой контроль (УЗК)

Ультразвуковой метод основан на измерении времени прохождения ультразвуковой волны в твёрдом теле. Ультразвуковой метод используется уже в течение 50 лет и характеризуется высокой точностью измерений и с его помощью можно выявить коррозионные поражения, находящиеся на внутренней поверхности стенки трубы. Ультразвук проникает глубоко в материал и определяет дефекты или потери металла, связанные с коррозией или эрозией.

УЗК может проводиться как точечно, так и покрывать значительные площади, что возможно благодаря устройствам различной степени механизации. Самые распространённые приборы ультразвукового контроля применяемые для обнаружения повреждений металла коррозией — это УЗК толщиномеры и дефектоскопы.

Механизированный контроль толщины

Толщинометрия с применением средств механизации значительно ускоряет процесс сбора данных и увеличивает эффективную площадь сканирования.  Наличие энкодера (датчика пути) позволяет автоматически формировать карту коррозии объекта контроля. В процессе сканирования контактная жидкость подается с помощью автономного насоса. Изоляция с контролируемых зон должна быть удалена.

Видео: система картографии коррозии

Коррозионный сканер — ультразвуковая система отображения коррозии, которая может проверить стальные конструкции и трубопроводы с минимальным диаметром шесть дюймов. Система может работать на высокой скорости и способна интерпретировать ультразвуковые сигналы со скоростью 730 мм в секунду при установленном разрешении в 2 мм или более. Минимальное разрешение системы, которое может быть проверено составляет 0,5 мм.

Пакет программного обеспечения управления сочетает в себе ультразвуковую установку, сбор данных, анализ и отчетности для системы. Предназначена для быстрого, крупномасштабного инспектирования стальных конструкций, таких как резервуары, трубопроводы, баки под давлением, стояки и другого критически важного оборудования.

Программное обеспечение позволяет измерять и классифицировать выявленные дефекты, архивировать данные контроля по каждому объекту, а также создавать отчеты.

Технология направленных ультразвуковых волн

В основе метода лежит использование нескольких видов волн (в т.ч. Лэмба) на частотах 20-400КГц, которые генерируются и направляются кольцом с датчиками по трубе, вдоль оси. Метод позволяет контролировать участки трубопроводов от 5 до 200м в каждую сторону за один раз. Удаление изоляции необходимо только в месте установки сканирующего кольца с датчиками. Результат напрямую зависит от общего состояния трубы и квалификации оператора.

Wavemaker — инструмент для быстрого скринингового контроля состояния труб, основанный на технологии направленных ультразвуковых волн, которая сводит к минимуму необходимость очистки труб. Специально разработанный ультразвуковой  преобразователь, возбуждающий направленные волны, размещается на свободном от изоляции участке трубы и излучает направленные УЗ волны. Ультразвуковые направленные волны распространяются вдоль трубы, отражаются от дефектов и неоднородностей конструкции трубопровода.

Эти эхосигналы регистрируются этим же ультразвуковым преобразователем и обрабатываются для отображения результатов в виде визуально понятных индикаций для данной трубы, по которой могут быть идентифицированы дефекты. Главным достоинством этого подхода является быстрый отсев бездефектных труб, позволяя сосредоточиться на контроле только дефектных с использованием метода, позволяющего более точно определять размеры дефектов.

Высокая информативность данных благодаря сплошной развертке (С-скан) всего участка трубы.

Компьютерная радиография (DR и CR)

Для контроля коррозии под изоляцией применяются методы на основе рентгеновского излучения. Оборудование имеет сходство с традиционной радиографией. Для создания изображения облучаемой зоны объекта контроля вместо пленки используется плоскопараллельные рентгеновские детекторы (компьютерная радиография) и фосфорные пластины (цифровая радиография).

Это класс рентгеновских устройств, схожий по принципу с технологией цифровой фотографии. Оборудование имеет матрицу-детектор, которая работает в рентгеновском спектре излучения. Лучи, проходящие через материал объекта контроля, улавливаются с обратной стороны матрицей, которая по степени остаточного излучения формирует изображение в различных градациях оттенков серого. Уровень чувствительности метода позволяет снизить ионизирующее излучение без потери качества изображения.

Рентгеновские детекторы располагаются с обратной стороны объекта контроля, синхронизируются с компьютером с помощью высокоскоростного Ethernet кабеля. Оборудование мобильное и легкое. Результат контроля выводятся на экран ПК в режиме реального времени.

Фосфорные пластины (CR)

Использование многоразовых фосфорных пластин схоже с использованием рентгеновской пленки, но из процесса исключается процесс проявки и сушки. Реагенты вроде проявителя и фиксажа не требуются. Во время экспозиции рентгеновские лучи, проходя через объект, попадают на фосфорную пластину, формируя в них скрытое изображение по степени остаточного излучения.

После экспозиции пластина помещается в специальный лазерный сканер, после чего изображение оцифровывается и выводится на экран компьютера. Пластины являются многоразовыми, предыдущее скрытое изображение стирается перед проведением очередной экспозиции.

Цифровое изображение можно обрабатывать с помощью ПО, увеличивать контрастность, яркость, накладывать фильтры и масштабировать.

Импульсный вихретоковый метод

Импульсный вихретоковый метод (PEC, pulsed eddy-current) определяет толщину стенки электропроводных материалов через любую изоляцию, даже минеральную вату. Современный вихретоковый дефектоскоп — один из самых эффективных инструментов выявления коррозии под изоляцией на трубопроводах.

Преобразователь создает магнитное поле, которое проникает сквозь слой изоляции и намагничивает трубу. Далее электрический ток в катушке возбуждения прекращается, вызывая резкое падение первичного магнитного поля. В результате электромагнитной индукции возникают вихревые токи на конкретном участке стенки трубы. Вихревые токи проникают вглубь стенки трубы, постепенно теряя мощность.

Интенсивность потерь мощности вихревых токов в различных точках зоны контроля фиксируется оборудованием и используется для расчета толщины стенки объекта контроля. Чем толще стенка трубы, тем больше времени нужно вихревым токам, чтобы затухнуть до нуля.

Вихретоковый метод контроля позволяет получать усредненные значения, которые отображаются на С-скане в виде цветовых индикаций. Поэтому он пригоден для общего контроля состояния трубы без снятия изоляции, и не предназначен для точного измерения толщины стенки.

Видео: как вихретоковый дефектоскоп определяет коррозию через изоляцию трубопровода

Заключение

Процедура контроля труб с изоляцией и выявление очагов зарождающейся коррозии связано с высокими затратами средств и времени:

• удаление изоляции;
• проведение контроля;
• восстановление изоляции.

Контроль без удаления изоляции значительно снижает стоимость сопутствующих работ и сроки их выполнения, но для этого требуется современное оборудование, которое стоит дороже стандартных приборов.

У всех описанных методов имеются свои преимущества и недостатки. Безусловно, ни один из методов не может рассматриваться как самостоятельный, и для объективного и качественного контроля необходимо использование нескольких взаимодополняющих методов контроля.