Підвищення техногенно-екологічної безпеки трубопровідного транспорту

Вступ. Техногенні аварії, що обумовлюють екологічну небезпеку на трубопровідному транспорті (ТПТ), безпосередньо пов’язані з техногенним забрудненням довкілля (повітряного та водного басейнів, ґрунту), що пришвидшує корозійні ураження та корозійно-механічне руйнування (КМР) наземних, підземних, підводних трубопроводів [1-6]. Серед обмежено розв’язаних задач підвищення техногенно-екологічної безпеки ТРТ актуальними є заходи щодо запобігання прискорюючого впливу на КМР негативного диференц-ефекту (НДЕ), з врахуванням забруднення ґрунту важкими металами, з одного боку, та забруднення трубної сталі неметалевими включеннями (НМВ) – з другого [2-5, 7].
Мета роботи – розробка синергічних захисних металохелатуючих композицій та модифікованих ними захисних покриттів (МЗП) для запобігання негативного впливу НДЕ на пришвидшення КМР (малоциклову втому (МЦВ), корозійне розтріскування (КР)) трубної сталі 20, 12Х18Н10Т – основної причини техногенних аварій та екологічної небезпеки ТПТ.

Методичні аспекти. Характеристикою НДЕ (при DV<0, DV=V0-V1, V0,V1 – кількість виділеного водню в 0.5М NaCl, підкисленому до рН3, без зовнішнього струму та при анодній поляризації) вважали величину «ефективної валентності» – nеф, що визначали за законом Фарадея [6-8] на зразках трубної сталі, витриманих протягом 30 діб в ґрунті (Zc=41), взятого з рівня прокладки трубопроводу. В ґрунті виявлено також СРБ-бактерії (106/г), що вказує на його агресивність, корозійну активність та небезпечність. Вплив НДЕ оцінювали коефіцієнтами: b=Nп/Na (Nп,Na – число циклів до руйнування зразків на машині ІП-2) та b=t/ta (t, ta – час до появи тріщини на зразку (e=0.4 %) без та при анодній поляризації) [2, 5, 7, 8].
Результати експериментів та їх обговорення. Експериментальні дані, після обробки методами математичної статистики, з визначенням стандартної похибки S, яка становила при n=6, t=2.75 й довірчій ймовірності 0.95: S=+5…10 %, представлені в табл. 1, 2 та на рис. 1, 2. Дослідження проведені на модельних плавках трубної сталі, технологія шихтовки, виплавки, розкислення та розливки яких обумовлювала превалюючий вміст одного з НМВ (табл. 1).

Таблиця 1 – Характеристика трубної сталі


а. Хімічний склад сталі, мас. %

Сталь 20

НМВ

С

Mn

Cr

Cu

P

Al,´104

Гази, ´104

Si

Ni

S

Ti,´104

O

N

H

Пластичні силікати (ПС)

0.19

0.17

220

80

1.5

Оксиди (О)

0.20

0.18

107

80

2.0

Нітриди (Н)

0.19

0.17

43

200

1.1

Сульфіди (С)

0.18

0.17

40

80

3.4

12Х18Н10Т

НМВ

С

Mn

Cr

Ti

Al

P

Гази, ´104

Si

Ni

Cu

S

O

N

H

O

0.11

0.21

56

9

0.2

H

0.11

0.10

11

56

0.1

C

0.10

0.10

14

2

0.3

б. Забрудненість сталі модельних плавок

Сталь 20

12Х18Н10Т

НМВ

Вміст, об. %

в тому числі

Вміст, об. %

в тому числі

ПС

О

Н

С

О

Н

С

ПС

170

105

40

25

О

138

4

110

24

159.9

140.4

6.8

6.7

Н

136

7

28

76

25

161.0

9.2

144.9

6.9

С

170

18

36

10

106

160.5

4.9

9.7

145.9

в. Фізико-механічні властивості сталей

Сталь 20

12Х18Н10Т

sв, МПа

sт, МПа

d, %

y, %

sв, МПа

sт, МПа

d, %

490…520

236…320

32…36

63…65

520…530

210…230

43

Термообробка – нормалізація, 1173 К

Термообробка – загартування 1233 К, відпуск 933 К

Таблиця 2 – Характеристика впливу НДЕ на МЦВ (b) й КР (b)


НМВ

Без захисту

При обробці ґрунту СЗК

Сталь 20

12Х18Н10Т

Сталь 20

12Х18Н10Т

b

b

nеф

b

b

nеф

b`

nеф`

b`

nеф`

C

4.31

5.5

1.45

4.35

9.2

1.40

1.43

1.88

2.2

1.88

O

4.12

4.8

1.55

4.42

9.6

1.38

1.35

1.93

2.5

1.86

H

3.52

3.4

1.81

3.68

5.6

1.62

1.23

2.00

1.5

1.97

ПС

3.90

2.2

1.67

1.26

1.98

х/ Штрих – із СЗК (на вторинній сировині)

Рис. 1 – Кореляційні залежності:
1,2,4 – bаN=f(nеф),    3,5,6 – bаt=f(nеф), 1,3,6 – 12Х18Н10Т,   2,4,5 – сталь 20, 1-3,5 – без СЗК,   4,6 – з СЗК (штрих)
 – O;    – C;    – ПС;    – Н.

Рис. 2 – Зміна nеф при обробці ґрунту СЗК:
 та без захисту  за даними bаN на сталі 20
(пунктир – з МЗП)

З табл. 2 видно, що НМВ суттєво впливають на НДЕ: максимальний НДЕ (мінімальний nеф) спостерігався на сталі 20 з С-НМВ, а на сталі 12Х18Н10Т – з О-НМВ. Мінімальний вплив (nеф,max) був на сталі з Н-НМВ. Це пов’язано із збільшенням виходу за струмом водню, що активізує прояв водневої втоми, крихкості, як в умовах малоциклового навантаження (МЦВ), так і статичного (КР) [3-7]. Таким чином, НДЕ сприяє не тільки розтріскуванню неіржавіючих сталей [3], але й малоцикловій втомі, що пришвидшує корозійне руйнування ТПТ. Значення nеф нижче за одержані раніше дані, без витримки у ґрунті [7], за рахунок впливу СРБ та важких металів (Cu, Ni, V, Cr та ін.) [1, 10]. Після обробки ґрунту СЗК nеф підвищується (знижується вплив НДЕ). Так, на сталі 20 з Н-НМВ НДЕ повністю подавлюється (nеф=2.0). СЗК подавлює також дію СРБ, діючи як бактерицид: вміст СРБ знижується в 104…105 раз (<102/г). Грунт стає менш агресивним до ТПТ: b знижується в 2.8…3, b – в 3.7…4.2 рази. Додаткова обробка зразків МЗП помітно зменшує НДЕ (пунктир, на рис. 2).
Висновок. Встановлено суттєвий вплив НМВ на прояв НДЕ на трубній сталі 20 та 12Х18Н10Т. Показано, що обробка ґрунту СЗК знижує вплив НДЕ на МЦВ та КР, підвищує екологічну безпеку ТРТ та його експлуатаційну надійність.
Список літератури
1. Екологічна безпека техноприродних екосистем в умовах техногенного впливу важких металів /В.Г. Старчак, О.І. Бондар, І.Д. Пушкарьова та ін. //Фіз.-хім. механіка матер. – 2010. – Спецвип. №8. – Т. 2. – С. 815-821.
2. Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии. – М.: Физматлит, 2002. – 334 с.
3. Фокин М.Н., Старосветский Д.И., Бару Р.Л., Тимонин В.А. Отрицательный дифференц-эффект на Сr-Ni сталях, склонных к хлоридному КР //Докл. АН СССР. – 1980. – Т. 251. – №5. – С. 1182-1185.
4. James W.Y., Straumanis M.E., Bhatia B.K., Johnson J.W. About PDE under in the time of metal dissolution //J. Electrochem. Soc. – 1963. – V. 110. – P. 1147.
5. Колотыркин Я.М., Флорианович Г.М. Аномальное растворение металлов. Экспериментальные факты и их теоретическое толкование //Защита металлов. – 1984. – Т. 20, №1. – С. 14-24.
6. Комплексная система контроля и оценки эффективности защиты сталей от КМР в наводороживающих средах. – Чернигов: ВСНТО, 1983. – 69 с.
7. Олексієнко С.О. Вплив неметалевих включень на підвищення довговічності конструкційних матеріалів поверхневою модифікацією: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: спец. 05.02.01 – Матеріалознавство. – К., 2007. – 22 с.
8. Старчак В.Г., Цыбуля С.Д., Алексеенко С.А. Повышение долговечности материалов наномасштабным металлохелатированием //Современное материаловедение: Достижения и проблемы. – Киев: ИПМ НАНУ, 2005. – С. 540-541.
9. Патент України №66437, 25.03.2011. Композиція для зменшення забрудненості ґрунту важкими металами як небезпечними еколого-корозійними агентами /В.Г. Старчак, С.Д. Цибуля, І.Д. Пушкарьова, Г.М. Мачульський. – Бюл. №1. – 2012. – 8 с.
10. Давыдова С.Л., Тагасов В.И. Тяжелые металлы как супертоксиканты ХХI века. – М.: РУДН, 2002. – 140 с.

Підвищення техногенно-екологічної безпеки трубопровідного транспорту [Електронний ресурс]  / [Цибуля С.Д., Старчак В.Г., Буяльська Н.П., Костенко І.А., Іваненко К.М.] // Режим доступу: http://eco.com.ua/content/pidvyshchennya-tehnogenno-ekologichnoyi-bezpeky-truboprovidnogo-transportu

Оцінка: 
0
No votes yet