Шурфовое обследование подземных стальных газопроводов

В. А. Вершилович, ПАО «Газпром газораспределение Нижний Новгород»

Мониторинг газопроводов необходим для определения их технического состояния в процессе эксплуатации. Техническое обследование подземных газопроводов выполняется с поверхности земли, без раскопок. Оно позволяет выявить утечки газа и повреждения изоляционного покрытия, то есть отвечает на вопрос, есть проблема или ее нет. Для того, чтобы выявить причины повреждения газопровода, проводится шурфовое обследование, которое дает наиболее полную и достоверную информацию о состоянии изоляции, металла, эффективности работы средств ЭХЗ. Удаляется грунт и получается доступ для визуального и приборного контроля трубы.

Шурфовое обследование необходимо выполнять во всех шурфах, выполняемых в процессе эксплуатации, а также для технического обследования на участках, где использование приборов для выявления мест повреждения изоляции без вскрытия грунта технически затруднено. Также его проводят при техническом диагностировании.

Рис.. 1. Шурф фундамента

Слово шурф имеет немецкое происхождение: Schurf — «колодец, яма», производное от schürfen — «копать землю». Обозначает неглубокую вертикальную или наклонную горную выработку. Изначально шурфы предназначались для разведки ископаемых. В настоящее время кроме геологов шурфы выполняют археологи, палеонтологи, а также работники различных коммунальных служб для обследования подземных коммуникаций и фундаментов зданий (рис. 1).

Состав работ

С 1 июня 2022 года в силу вступает ГОСТ 34741-2021 «Системы газораспределительные. Требования к эксплуатации сетей газораспределения природного газа». В таблице 1 приведен установленный стандартом объем работ при шурфовом обследовании, выполняемом при ремонте дефектов изоляции и коррозионных повреждений.

Таблица 1

Объект контроля Состав работ
Металл трубы Определение количества, глубины, площади и расположения коррозионных повреждений

Измерение толщины стенок трубы

Грунт Определение коррозионной агрессивности грунта, включая биокоррозионную агрессивность
Электрохимическая защита Определение наличия блуждающих токов

Измерение потенциала металла трубы при включенной и отключенной ЭХЗ

Изоляционное (защитное) покрытие Визуально-измерительный контроль состояния и сплошности

Определение переходного сопротивления, адгезии, толщины

Определение характера, размеров и расположения повреждений

Фактически в шурфах проверяется:

Также проводятся коррозионные исследования грунта. По результатам шурфового обследования составляется акт, в который вносят результаты визуального контроля и измерений, а также предлагают противокоррозионные мероприятия.

Про коррозию

Наличие сквозных повреждений стенки трубы является одной из главных причин утечек газа. Большинство происходят из-за механических повреждений при земляных и строительных работах, выполняемых сторонними организациями. Газораспределительные организации ведут планомерную работу, направленную на уменьшение числа подобных происшествий. Но здесь много зависит от сознательности и добросовестности строителей и коммунальщиков. Если они не придут за разрешением на земляные работы, повлиять на ситуацию никак не удастся.

Другое дело — коррозионные повреждения. Ответственность за них целиком лежит на газовиках. Обнаружение коррозии, тем более сквозной — событие, требующее всестороннего анализа, определения причин и разработки мероприятий с тем, чтобы не допустить повторения.

Рис. 2. Вороненый нож

При коррозии происходит самопроизвольное разрушение стали в результате химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. Железо с кислородом образует окислы, часто именуемые ржавчиной. Интересный факт: не всякие окислы вредны. Если они получены в результате воронения стали, то служат надежной защитой от внешних воздействий на металл. И согласитесь, это красиво (рис. 2).

Для подземных стальных газопроводов наиболее характерна электрохимическая коррозия в почвенно-грунтовых водах и грунтах. Также возможны биокоррозия и коррозия, вызванная блуждающими токами.

При электрохимической коррозии происходит взаимодействие металла с водными растворами электролитов с возникновением электрического тока, сопровождающееся перемещением электронов и ионов от одного участка металла к другому. Чаще коррозия происходит неравномерно, на поверхности образуются каверны, пятна, язвы, которые со временем увеличиваются вплоть до сквозного разрушения стенки трубы.

При биокоррозии металл разрушается под действием биологических факторов, в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Чаще всего происходит бактериальная коррозия. Бактерии стремительно размножаются и легко приспосабливаются к самым разным условиям окружающей среды.

Рис. 3. Схема возникновения блуждающих токов

Коррозия блуждающими токами происходит в местах, где имеются электрифицированные железные дороги, трамвайные пути, метро. Рельсы входят в состав цепи, по которой ток протекает от подстанции по контактной сети к трамваю, а далее по рельсам возвращается назад, на подстанцию (рис. 3). Блуждающий ток с рельс стекает в грунт и попадает на металлические коммуникации, например, газопровод. В результате на нем образуется катодная зона, где ток натекает на трубу, и анодная, где он сходит с трубы. В месте выхода тока и происходит коррозия. А в месте схода на рельсах появляется анодная зона, где также идет их разрушение.

Коррозионные повреждения газопроводов приводят к экономическим потерям газораспределительных организаций. Они включают в себя прямые расходы, связанные с ремонтом поврежденного участка и косвенные, связанные с потерями газа, работами по пуску и отключению потребителей, а также недопоставкой топлива. Для сведения: в развитых странах экономические потери от коррозии металлов составляют от 3 до 4 % валового внутреннего продукта.

Визуальный контроль металла трубы

 При шурфовом обследовании сначала осматривают наружную поверхность трубы для выявления повреждений изоляции. Далее проверяют наличие продуктов коррозии на трубе как под защитным покрытием, так и в местах его повреждения. Определяют цвет ржавчины и ее характер: бугристая, сплошная, легко или трудноотделимая от трубы.

Рис. 4. Определение положения коррозии в сечении трубы

При визуально-измерительном контроле измеряют размеры обнаруженных язв и определяют их местоположение на поверхности трубы. Для записи результатов сечение трубы представляют как циферблат часов от 12 до 24 часов. Например, изображенная на рисунке 4 язвенная коррозия будет внесена в акт шурфового обследования как находящаяся между 13 и 14 часами.

Рис. 5. Шаблон сварщика УШС-3

Для определения глубины коррозионных повреждений обычно используется универсальный шаблон сварщика УШС-3 (рис. 5). Его основное предназначение — контроль трещин, кратеров, подрезов, зазоров, притупления и иных параметров сварочных швов при комплексной оценке их качества. Но УШС-3 также вполне подходит для измерения глубины коррозии на теле трубы. Это важный параметр, влияющий на порядок ремонта газопровода. В соответствии с пунктом 6.4.4 ГОСТ 34741—2021 ремонт каверн глубиной свыше 30 % толщины стенки трубы проводят врезкой катушек или установкой усилительных муфт. Меньшие повреждения исправляют наплавкой. Но чтобы высчитать эти 30 %, необходимо знать толщину стенки.

Измерение толщины стенки трубы

Трубы, применяемые для строительства газопроводов, имеют определенный сортамент, устанавливаемый нормативными документами: ГОСТами или техническими условиями. Длительное время самыми востребованными для наружных газопроводов были трубы электросварные прямошовные, сортамент которых соответствует ГОСТ 10704. Для газовиков цифры 57 х 3,5 ГОСТ 10704-91 расшифровываются легко: 57 — наружный диаметр в мм, 3,5 — толщина стенки. Эти данные имеются в проектной и исполнительной документации, но при шурфовом обследовании проводится измерение.

Ультразвуковая толщинометрия основывается на отражении ультразвукового импульса от противоположной поверхности объекта контроля. Ультразвук имеет частоту выше 20 кГц и не воспринимается человеческим ухом. Известный факт: многие животные — дельфины, киты, летучие мыши, — используют ультразвук для ориентации в пространстве.

Рис. 6. Ультразвуковой толщиномер А1209

Ультразвуковой толщиномер А1209 (рис. 6) измеряет толщину стенок труб, котлов. баллонов и других изделий из черных и цветных металлов, с гладкими или грубыми и корродированными поверхностями. Прибор имеет цветной дисплей и энергонезависимую память на 50 000 измерений. Возможна передача данных на персональный компьютер через USB кабель. Пределы измерений толщины стальных стенок — от 0,7 до 300 мм.

Определение характеристик грунта

В шурфе визуально определяются характеристики грунта на глубине заложения газопровода: наличие загрязнений и грунтовой воды, увлажненность. Отдельно в акт шурфового обследования вносится тип грунта: глина, песок, суглинок, торф, известняк, чернозем, гравий, щебень и т. д. Работник, выполняющий шурфовое обследование, способен увидеть влагу или загрязнения. Но по внешним признакам определить тип грунта может не каждый. В соответствии с ГОСТ 25100-2020 «Грунты. Классификация» устанавливаются следующие классы грунтов: скальные, дисперсные и мерзлые. При этом среди скальных грунтов выделяют 18 подвидов, а среди чаще всего встречающихся дисперсных — 8: различные пески, крупнообломочные грунты, глины, торфы, сапропели и т. д. А кроме подвидов есть еще разновидности… Интересный факт: возникновение современного почвоведения, одного из направлений грунтоведения, связано с именем Василия Васильевича Докучаева, профессора Санкт-Петербургского университета.

 Определение коррозионной агрессивности грунта

Различные грунты вызывают коррозию стали разной интенсивности. Пески в коррозионном отношении практически инертны. Почвенная влага ускоряет коррозию. Глины удерживают влагу, поэтому они агрессивны в коррозионном отношении. Торфяные и болотные почвы содержат органические кислоты и также оказывают сильное воздействие на сталь.

Коррозионную агрессивность грунта характеризуют удельное электрическое сопротивления грунта, средняя плотность катодного тока и наличие биокоррозии. Для оценки коррозионной агрессивности определяют удельное электрическое сопротивление грунта и среднюю плотность катодного тока (таблица 2). Если при определении первого показателя установлена высокая коррозионная агрессивность грунта, то плотность катодного тока не измеряют.

Таблица 2

Коррозионная агрессивность грунта Удельное электрическое сопротивление грунта, Ом·м Средняя плотность катодного тока, А/м2
Низкая Св. 50 До 0,05
Средняя Св. 20 до 50 Св. 0,05 до 0,20
Высокая До 20 Св. 0,20


Определение удельного электрического сопротивления грунта и
 плотности катодного тока

При шурфовом обследовании коррозионную агрессивность грунта измеряют в полевых условиях или в лаборатории. Пробу отбирают на глубине прокладки газопровода на расстоянии 0,5 — 0,7 м от боковой стенки трубы.

Рис. 7. Анализатор коррозионной агрессивности грунта АКАГ

Для определения удельного электрического сопротивления грунта и средней плотности катодного тока в лаборатории служит анализатор коррозионной агрессивности грунта АКАГ (рис. 7). Анализатор проводит измерения согласно ГОСТ 9.602-2016 «Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии». Определение удельного электрического сопротивления грунта проводится по четырехэлектродной схеме на постоянном токе. Диапазон измерений удельного сопротивления грунта составляет от 5 до 999,9 Ом·м.

Плотность тока определяется как его величина, протекающая через участок поверхности единичной площади. Прибор АКАГ определяет среднюю плотность катодного тока, необходимую для смещения потенциала стали в грунте на 100 мВ отрицательнее потенциала коррозии. Диапазон измерений находится в пределах от 0,005 до 0,499 А/м2. Анализатор имеет встроенное программное обеспечение AKAGK, которое предназначено для преобразования и обработки полученных данных.

Выявление признаков биокоррозии

Наибольшую опасность биокоррозии представляют сульфатредуцирующие бактерии. Их активное воздействие определяется:


Измерение защитного потенциала

Коррозионные повреждения газопровода выявляются не в каждом шурфе. В процессе технического обследования чаще всего выявляется повреждение изоляции. При этом в случае отсутствия блуждающих токов при наличии нормируемой величины защитного потенциала выраженной коррозии обычно не бывает. Собственно, для того и нужна катодная защита. Она уменьшает коррозионное воздействие на металл в местах повреждения защитного покрытия.

Рис. 9. Медно-сульфатный электрод сравнения

Для измерения защитного потенциала газопровода в шурфах применяют переносные медно-сульфатные электроды сравнения (рис. 9). Основа конструкции — диэлектрический стакан, в котором в водный насыщенный раствор медного купороса погружен медный стержень, отделенный от грунта наконечником. В нем имеется множество пор, через которые медный купорос просачивается к наружной поверхности, создавая гальванический контакт между стержнем и грунтом. Электрод не подвержен поляризации — ток, проходя через него, не изменяет потенциал.

После установки электрода в грунт между ним и газопроводом вольтметром измеряется потенциал, по которому судят о защищенности сооружения от коррозии. Операции проводят при включенной и отключенной электрохимической защите.

Выявление опасного влияния блуждающих токов

Выявление наличия и источников блуждающих токов является важнейшей задачей шурфового обследования. Газовикам понятна опасность этого явления. Например, в соответствии с пунктом 6.4.3 ГОСТ 34741-2021 ремонт повреждений изоляции проводят в течение месяца в зонах влияния блуждающих токов или в течение года при обеспечении средствами ЭХЗ нормируемой величины защитного потенциала (вне зависимости от коррозионной агрессивности грунта). Сравните: 1 месяц и 1 год.

Понятно, что на межпоселковом газопроводе, вокруг которого в радиусе 5 километров нет железных дорог, вряд ли будет блуждающий ток. Но если труба проложена в 20 метрах от трамвайных путей, контроль наличия анодных и знакопеременных зон должен проводиться с особой тщательностью.

Опасное влияние блуждающего постоянного тока выявляют, определяя изменение потенциала газопровода под действием блуждающего тока по отношению к стационарному потенциалу.

Читайте в следующей статье

Обследование в шурфах металла трубы, характеристик грунта и параметров работы средств ЭХЗ позволяет выявить причины возникновения коррозии и разработать дополнительные меры по недопущению подобных повреждений. Но кроме коррозии, бывают еще повреждения изоляции. И здесь важно понять, почему они происходят. Одно дело, когда при строительстве или в процессе эксплуатации содрали часть качественного покрытия и закопали без ремонта. И иная ситуация, когда идет деструкция изоляции. На обследовании защитных покрытий, выполняемых в шурфе, подробно остановимся в следующей статье.

Добавить в закладки
Поделиться
Читайте также
Контроль защитных покрытий газопроводов при шурфовом обследовании
Отечественная новинка «УПКТ-30У» на службе делу газификации
Обозначение трасс подземных газопроводов
Использование трассопоисковых комплексов при обследовании газопроводов