Способ оценки опасности биокоррозионных процессов подземных стальных сооружений

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта, в частности к исследованиям биокоррозии в лабораторных и промысловых условиях на наружной поверхности трубопроводов и оценки биокоррозионной агрессивности почвогрунтов в зонах прокладки магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов (МНПП), учитывающего наиболее значимые факторы внешней среды, влияющие на формирование микробиоценоза.

Данные отечественных и зарубежных исследователей показывают, что до 50% случаев коррозионных повреждений при эксплуатации трубопроводов в условиях грунта может быть отнесено за счет жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Повреждения материала, вызванные микроорганизмами, называются биоповреждениями или биокоррозией.

На данный момент сложная цепочка взаимодействия бактерий почвенного микробиоценоза не изучена в достаточной степени, чтобы классифицировать механизмы биокоррозии. Для исследования данных процессов в реальных условиях возникает необходимость применения специального оборудования для контроля локальной и общей коррозии в грунтах.

Разрушению металла труб по ведущему механизму коррозии сопутствуют те или иные осложняющие факторы или их суммарное воздействие. Осложняющие факторы могут приводить к значительному ускорению коррозионных процессов. Кроме того, основной причиной коррозионных разрушений могут являться одновременно несколько механизмов в равной степени.

Известен способ испытания сталей на стойкость к микробиологической коррозии, который предусматривает отбор проб с количественным определением четырех групп коррозионно - опасных бактерий: сульфат - восстанавливающих (СВБ), тионовых (ТБ), железоокисляющих (ЖБ) и углерод-окисляющих бактерий (УОБ) [патент RU 2432565 С1, дата публикация 27.08.2010].

Однако данный метод разработан для определения коррозионной агрессивности микроорганизмов различных классов в промысловых жидкостях, т.е. относится к исследованиям внутренней коррозии. Таким образом, недостатками данного способа являются исследование процесса только внутренней коррозии, отсутствие сведений о возможности прогнозирования развития коррозионных процессов, отсутствие метода исследования биокоррозии на наружной поверхности трубопроводов.

Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании способа оценки биокоррозионной агрессивности почвы (грунтов) в зонах прокладки магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов (МНПП), учитывающего наиболее значимые факторы внешней среды, влияющие на формирование микробиоценозов - состава и структуры почвы, биозараженности, рН почвы, электросопротивления и окислительно - восстановительный потенциал грунта ОВП.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в обеспечении оценки биокоррозионной агрессивности грунтов в зоне прокладки подземных трубопроводов на основе комплексного анализа биозараженности грунта и его минерального состава.

Технический результат достигается за счет того, что способ оценки опасности биокоррозионных процессов подземных стальных сооружений характеризуется тем, что определяют влажность в почве, минеральный состав почвы, удельное электросопротивление грунта (УЭС), окислительно - восстановительный потенциал грунта (ОВП), рН почвы, общее количество аэробных бактерий (АБ), общее количество микрогрибов (микромицетов) (ГР), отдельные классы микроорганизмов - сульфатвосстанавливающих (СВБ), железобактерий (ЖБ), после чего рассчитывается коэффициент агрессивности грунта (БАГ) по формуле:

К_БАГ=К_М*К_Б*К_ЭХ*К_ЭС,

где К_М - коэффициент, учитывающий минеральный состав грунта, который рассчитывается по формуле:

K_M=K_SO4*K_CO3*K_Cl*K_S*K_Fe,

где K_SO4 - коэффициент, учитывающий содержание ионов сульфата; K_CO3 - коэффициент, учитывающий содержание ионов карбоната; K_Cl - коэффициент, учитывающий содержание ионов хлора; K_S - коэффициент, учитывающий содержание сульфидов; K_Fe - коэффициент, учитывающий содержание железа

где К_Б - коэффициент, учитывающий содержание основных групп микроорганизмов, который рассчитывается по формуле:

К_Б=К_СВБ*К_ЖБ*К_АБ*К_ГР,

где К_СВБ - коэффициент, учитывающий содержание сульфат - восстанавливающих бактерий; К_ЖБ - коэффициент, учитывающий содержание железобактерий; К_АБ - коэффициент, учитывающий содержание аэробных бактерий; К_ГР - коэффициент, учитывающий содержание микрогрибов (микромицетов).

где К_ЭХ - коэффициент, учитывающий электрохимические показатели грунта, который рассчитывается по формуле:

К_ЭХ=К_рН*К_ОВП*К_В,

где К_рН - коэффициент, учитывающий влияние показателя рН; К_ОВП - коэффициент, учитывающий величину ОВП; К_В - коэффициент, учитывающий величину влажности почвы:

где К_ЭС - коэффициент, учитывающий величину удельного электросопротивления грунта,

при этом каждому из коэффициентов К_М, К_Б, К_ЭХ, К_ЭС, K_SO4, K_CO3, K_Cl, K_S, K_Fe, К_СВБ, К_ЖБ, К_АБ, К_ГР, К_рН, К_ОВП, К_В в зависимости от величины измеренных показателей присваивается значение от 1 до n, а опасность биокоррозионной агрессивности грунта определяют по величине коэффициента К_БАГ.

По результатам всех экспериментов составляется итоговая таблица исследований, и на основе рейтинговой системы определяется уровень коррозионной агрессивности грунтов на различных объектах (участках).

Способ оценки опасности биокоррозионных процессов подземных стальных сооружений включает в себя исследование состава почвы следующими методами:

1. Химическими методами исследования, при которых определяют влажности в почве по ГОСТ 28268-89 «ПОЧВЫ. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений»; минеральный состав почвы, причем особое внимание уделяется содержанию сульфатов по ГОСТ 26426-85, карбонатов по ГОСТ 26424-85, хлоридов по ГОСТ 26425-85, суммарного содержания двух- и трехвалентного железа ГОСТ 27395-87 «Почвы. Метод определения подвижных соединений двух- и трехвалентного железа по Веригиной-Аринушкиной» и сульфидов в почвенных образцах.

Прямое определение сульфидов может быть осуществлено на лабораторной установке (на чертежах не показана), включающей штатив, магнитную мешалку с подогревом, коническую или круглую плоскодонную колбу объемом 250 мл, перемешивающее устройство, воздушный капилляр, газоотводную трубку, индикаторную трубку на H₂S. В колбу помещают навеску грунта определенной массы (1-5 г) и соответствующее количество 15-17% соляной кислоты (30-100 мл). При постепенном нагревании (до 80°C) и интенсивном перемешивании суспензии выделяется газообразный сероводород (H₂S), количество которого можно измерить при помощи индикаторных трубок (если одной трубки недостаточно, последовательно устанавливаются вторая, третья и т.д.).

2. Электрохимическими методами исследования, при которых определяют удельное электросопротивление грунта (УЭС) и рН по ГОСТ 26423-85 «ПОЧВЫ. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки», окислительно - восстановительного потенциала (ОВП) по «Руководству по эксплуатации Мультитест ИПЛ НПКД.421598.100 РЭ».

3. Микробиологическими методами исследования, при которых определяют количество железобактерий и общее количество аэробных бактерий (АБ), КОЕ/г почвы по ГОСТ 10444.15-94; общее количество микрогрибов (микромицетов); отдельные классы микроорганизмов - сульфатвосстанавливающих (СВБ), железобактерий (ЖБ) и т.д., КОЕ/г почвы по РД 39-3-273-83 «Методика контроля микробиологической зараженности нефтепромысловых вод и оценка защитного и бактерицидного действия реагентов».

Далее рассчитывают коэффициент биологической агрессивности грунта (БАГ), рассчитывается по формуле:

К_БАГ=К_М*К_Б*К_ЭХ*К_ЭС,

где К_М - коэффициент, учитывающий минеральный состав грунта:

K_M=K_SO4*K_CO3*K_Cl*K_S*K_Fe;

K_SO4 - коэффициент, учитывающий содержание ионов сульфата;

K_CO3 - коэффициент, учитывающий содержание ионов карбоната;

K_Cl - коэффициент, учитывающий содержание ионов хлора;

K_S - коэффициент, учитывающий содержание сульфидов;

K_Fe - коэффициент, учитывающий содержание железа.

В зависимости от величины измеренных показателей коэффициентам K_SO4, K_CO3, K_Cl, K_S, K_Fe присваиваются значение от 1 до n в соответствии с Таблицей 1.

Где К_Б - коэффициент, учитывающий содержание основных групп микроорганизмов:

К_Б=К_СВБ*К_ЖБ*К_АБ*К_ГР;

К_СВБ - коэффициент, учитывающий содержание сульфат - восстанавливающих бактерий;

К_ЖБ - коэффициент, учитывающий содержание железобактерий;

К_АБ - коэффициент, учитывающий содержание аэробных бактерий;

К_ГР - коэффициент, учитывающий содержание микрогрибов (микромицетов).

В зависимости от величины измеренных показателей коэффициентам К_СВБ, К_ЖБ, К_АБ, К_ГР присваиваются значение от 1 до n в соответствии с Таблицей 2.

Где К_ЭХ - коэффициент, учитывающий электрохимические показатели грунта:

К_ЭХ=К_рН*К_ОВП*К_В;

К_рН - коэффициент, учитывающий влияние показателя рН:

К_ОВП - коэффициент, учитывающий величину ОВП:

К_В - коэффициент, учитывающий величину влажности почвы:

В зависимости от величины измеренных показателей коэффициентам К_рН, К_ОВП, К_В присваиваются значение от 1 до n в соответствии с Таблицей 3.

Где К_ЭС - коэффициент, учитывающий величину удельного электросопротивления грунта.

В зависимости от величины измеренных показателей коэффициенту К_ЭС присваивается значение от 1 до n в соответствии с Таблицей 4.

Оценка опасности биокоррозионных процессов подземных стальных сооружений осуществляется по величине К_БАГ в соответствии с Таблицей 5.

Пример расчета коэффициента биологической агрессивности грунта К_БАГ на конкретном участке трубопровода в соответствии с заявляемым способом представлен в Таблице 6.