Анализ причин возникновения и развития стресс-коррозионных дефектов в процессе длительной эксплуатации подземных трубопроводов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт природных ресурсов

Направление подготовки (специальность)21.04.01 «Нефтегазовое дело» профиль «Надежность и долговечность газонефтепроводов и хранилищ»

Кафедра транспорта и хранения нефти и газа

МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ

Тема работы

«анализ причин возникновения и развития стресс-коррозионных дефектов в процессе длительной эксплуатации подземных трубопроводов»

УДК 621.643:620.193

Томск - 2016 г.



Планируемые результаты обучения магистрантов

№	Результаты обучения	Требования ФГОС, критериев и/или заинтересованных сторон
1	2	3
Р1	Применять естественнонаучные, математические, гуманитарные, экономические, инженерные, технические и глубокие профессиональные знания в области современных нефтегазовых технологий для решения прикладных междисциплинарных задач и инженерных проблем, соответствующих профилю подготовки (в нефтегазовом секторе экономики)	ОК-1; ОК-2; ОК-3, ОПК-1; ОПК-2; ОПК-4; ОПК-5; ОПК-6; ОПК-7, ОПК-8, ПК-1; ПК-2; ПК-3; ПК-4; ПК-6; ПК-7; ПК-9; ПК-10; ПК-11; ПК-14; ПК-16; ПК-17; ПК-19; ПК-20; ПК-21; ПК-23
Р2	Планировать и проводить аналитические и экспериментальные исследования с использованием новейших достижений науки и техники, уметь критически оценивать результаты и делать выводы, полученные в сложных и неопределённых условиях; использовать принципы изобретательства, правовые основы в области интеллектуальной собственности	ОК-1; ОК-2; ОПК-2; ОПК-4; ОПК-6; ПК-1; ПК-2; ПК-3; ПК-4; ПК-5; ПК-6; ПК-7; ПК-8; ПК-9; ПК-10; ПК-11; ПК-14; ПК-15; ПК-17; ПК-18; ПК-19; ПК-20; ПК-22; ПК-23
Р3	Проявлять профессиональную осведомленность о передовых знаниях и открытиях в области нефтегазовых технологий с учетом передового отечественного и зарубежного опыта; использовать инновационный подход при разработке новых идей и методов проектирования объектов нефтегазового комплекса для решения инженерных задач развития нефтегазовых технологий, модернизации и усовершенствования нефтегазового производства.	ОК-1; ОК-2; ОПК-1; ОПК-2; ОПК-3; ОПК-6; ОПК-7, ОПК-8, ПК-1; ПК-2; ПК-3; ПК-4; ПК-5; ПК-6; ПК-7; ПК-8; ПК-9; ПК-11; ПК-13; ПК-14; ПК-15; ПК-18; ПК-20;ПК-21; ПК-22; ПК-23
Р4	Внедрять, эксплуатировать и обслуживать современные машины и механизмы для реализации технологических процессов нефтегазовой области, обеспечивать их высокую эффективность, соблюдать правила охраны здоровья и безопасности труда, выполнять требования по защите окружающей среды.	ОК-2; ОПК-1; ОПК-2; ОПК-7, ОПК-8, ПК-1; ПК-3; ПК-6; ПК-9; ПК-10; ПК-11; ПК-14; ПК-16; ПК-17; ПК-18; ПК-19; ПК-21; ПК-22;
Р5	Быстро ориентироваться и выбирать оптимальные решения в многофакторных ситуациях, владеть методами и средствами математического моделирования технологических процессов и объектов	ОК-2; ОК-3; ОПК-1; ОПК-2; ПК-4; ПК-5; ПК-6; ПК-7; ПК-8; ПК-9; ПК-10; ПК-11; ПК-17; ПК-20;
Р6	Эффективно использовать любой имеющийся арсенал технических средств для максимального приближения к поставленным производственным целям при разработке и реализации проектов, проводить экономический анализ затрат, маркетинговые исследования, рассчитывать экономическую эффективность.	ОК-2; ОПК-1; ОПК-2; ОПК-4; ОПК-7, ОПК-8, ПК-1; ПК-3; ПК-4; ПК-5; ПК-6; ПК-8; ПК-9; ПК-10; ПК-11; ПК-13; ПК-14; ПК-15; ПК-16; ПК-17; ПК-18; ПК-19; ПК-20; ПК-21; ПК-22; ПК-23
Р7	Эффективно работать индивидуально, в качестве члена и руководителя команды, умение формировать задания и оперативные планы всех видов деятельности, распределять обязанности членов команды, готовность нести ответственность за результаты работы	ОК-1; ОК-2; ОК-3; ОПК-1; ОПК-2; ОПК-4; ОПК-5; ОПК-6; ПК-6; ПК-11; ПК-12; ПК-13; ПК-14; ПК-15; ПК-23
Р8	Самостоятельно учиться и непрерывно повышать квалификацию в течение всего периода профессиональной деятельности; активно владеть иностранным языком на уровне, позволяющем работать в интернациональной среде, разрабатывать документацию и защищать результаты инженерной деятельности	ОК-1; ОК-2; ОК-3; ОПК-2; ОПК-3; ОПК-4; ОПК-5; ОПК-7, ОПК-8, ПК-1; ПК-8; ПК-23



Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт Институт природных ресурсов

Направление подготовки (специальность) Нефтегазовое дело

Кафедра Транспорта и хранения нефти и газа

УТВЕРЖДАЮ:

Зав. кафедрой

_____ _______ __

(Подпись) (Дата) (Ф.И.О.)

ЗАДАНИЕ

на выполнение выпускной квалификационной работы

В форме:

Магистерской диссертации

Тема диссертации:

АНАЛИЗ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ СТРЕСС-КОРРОЗИОННЫХ ДЕФЕКТОВ В ПРОЦЕССЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ



ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ:

Исходные данные к работе
Перечень подлежащих исследованию, проектированию и разработке вопросов (аналитический обзор по литературным источникам с целью выяснения достижений мировой науки техники в рассматриваемой области; постановка задачи исследования, проектирования, конструирования; содержание процедуры исследования, проектирования, конструирования; обсуждение результатов выполненной работы; наименование дополнительных разделов, подлежащих разработке; заключение по работе)	Введение 1 Существующие механизмы разрушения МНГП, анализ разрушений 2 Проблема водородного охрупчивания трубопроводов эксплуатируемых в водородосодержащих средах 3 Механизм и кинетика водородного охрупчивания сталей трубного сортамента. 4 Влияние режимов катодной защиты трубопровода на выделение водорода на внешней катоднозащищенной поверхности 5 Анализ режимов катоднои? защиты на участках аварии?ных разрушении? магистральных нефтегазопроводов по причине коррозионного растрескивания под напряжением 6 Предлагаемый критерий катодной защиты трубопровода исключающий выделение водорода и наводороживание 7 Расчетная часть 8 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 9 Социальная ответственность Заключение
Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)	1. Виды коррозионных повреждений металлов и сплавов 2. Статистика коррозионных отказов в Западной Сибири 3. Схема локального элемента 4. Принципиальная схема коррозионного элемента (по Томашеву) 5. Нормальные электродные потенциалы металлов 6. Зарождение микротрещины 7. Фрагмент развития стресс-коррозионных трещин в стенке трубы стали Х70 8.Фрагмент развития стресс-коррозионных трещин в сварном соединении в стали Х70 9. Влияние различных факторов на скорость коррозии 10. Зависимость частоты коррозионных отказов от удельного электрического сопротивления грунта. 11. Зависимость частоты отказов от расстояния до компрессорной станции (по ходу газа) 12. Зависимость количества отказов от состояния изоляционного покрытия (плотности тока, необходимой для защиты) 13. Нарушение адгезии изоляционного покрытия трубопровода 14. Адсорбция поверхностно-активных элементов на поверхности металла 15. Растворение границ зерен с образованием зародышей трещин 16. Зарождение микротрещины 17. Физико-механическая модель роста трещины 18 Стойкость трубных сталей к охрупчиванию 19 Зависимость плотности поляризующего тока от потенциала на катоде 20 Схема процесса обезуглероживания стали 21 Интенсивность наводороживания образцов из стали 17ГС при различных внутренних напряжениях в зависимости от превышения тока катодной защиты над предельным по кислороду 22 Схема роста пузырьков газа у верхней боковой и нижней образующих трубопровода 23 Катодные поляризационные кривые стального рабочего электрода (сталь 17ГС) в торфяном грунте при польном его влагонасыщении 24 Распределение плотности тока катодной защиты и величины катодной поляризации по окружности трубопровода 25 Распределение максимальной глубины проникновения коррозии по окружности трубопровода 26 Зависимость плотности тока катодной защиты и остаточной скорости коррозии от величины катодной поляризации 27 Соотношение затрат электрической энергии на подавление коррозионного процесса трубопровода и на наводороживание стенки трубы при различных режимах катодной защиты 28 Экспериментальная зависимость величины катодной поляризации dф от соотношения jк.з./jпр 29 Аппаратно-программный комплекс “Магистраль”
Консультанты по разделам выпускной квалификационной работы (с указанием разделов)
Раздел	Консультант
Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение
Социальная ответственность
Раздел ВКР, выполненный на английском языке

Дата выдачи задания на выполнение выпускной квалификационной работы по линейному графику

Задание выдал руководитель:

Должность	ФИО	Ученая степень, звание	Подпись	Дата

Задание принял к исполнению студент:

Группа	ФИО	Подпись	Дата



Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт - Институт природных ресурсов

Направление подготовки - Нефтегазовое дело

Кафедра - Транспорта и хранения нефти и газа

Форма представления работы:

Магистерская диссертация

КАЛЕНДАРНЫЙ РЕЙТИНГ-ПЛАН

выполнения выпускной квалификационной работы

Срок сдачи студентом выполненной работы:

Дата контроля	Название раздела (модуля) /вид работы (исследования)	Максимальный балл раздела (модуля)
Октябрь 2014 г - июнь 2015 г	Подбор теоретической информации по выбранной теме с использованием литературы из фондов НТБ	15
Февраль 2015 г	Рассмотрение различных видов коррозии металла и рассмотрение факторов, влияющих на ее скорость	10
Март 2015 г	Рассмотрение влияния режимов катодной защиты трубопроводов	15
Март 2015 г	Анализ режимов катодной защиты на участках аварийных разрушений	20
Апрель 2015 г	Постановка задач исследования при подготовке магистерской диссертации	5
Июнь 2015 г	Социальная ответственность, финансовый менеджмент	10
Апрель 2016 г	Согласование с научным руководителем структуры и содержания разделов диссертации	10
Апрель - май 2016 г	Написание окончательного варианта диссертации	10
Май 2016 г	Подготовка доклада и презентации для защиты	5

Составил преподаватель:

Должность	ФИО	Ученая степень, звание	Подпись	Дата

СОГЛАСОВАНО:

Зав. кафедрой	ФИО	Ученая степень, звание	Подпись	Дата



ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛА

«ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ»

Студенту:

Группа	ФИО

Институт	ИПР	Кафедра	ТХНГ
Уровень образования	Магистр	Направление/ специальность	«Надежность газонефтепроводов и хранилищ»

Исходные данные к разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»:
1. Стоимость ресурсов научного исследования (НИ): материально-технических, энергетических, финансовых, информационных и человеческих	«Оценка затрат на проведение научно-исследовательской работы «Исследование метода обнаружения возникновения и развития стресс-коррозионных дефектов в процессе длительной эксплуатации трубопроводов»
2. Нормы и нормативы расходования ресурсов	СО 153-34.09.101-94 - «Типовая инструкция по учету электроэнергии»;
3. Используемая система налогообложения, ставки налогов, отчислений, дисконтирования и кредитования	1. Налоговый кодекс РФ 2. ФЗ - 2013 от 24.07.2009 в редакции от 09.03.2016г. № 55-ФЗ
Перечень вопросов, подлежащих исследованию, проектированию и разработке:
1. Оценка коммерческого потенциала, перспективности и альтернатив проведения НИ с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения	Обоснование перспективности разработки в целях повышения технико-экономических показателей
2. Разработать плана научно-исследовательского проекта	Составление календарного плана проекта с учетом необходимых временных и трудовых затрат
3. Произвести расчет затрат научно-исследовательского проекта	1.Определение основных статей расходов на реализацию проекта 2.Составление сметы затрат
Перечень графического материала
1. Расчетные формулы: Заработная плата, страховые взносы 2. Таблицы: - Матрица SWOT - Оценка степени готовности научного проекта к коммерциализации - Календарный план-график проведения НИОКР

Дата выдачи задания для раздела по линейному графику

Задание выдал консультант:

Должность	ФИО	Ученая степень, звание	Подпись	Дата

Задание принял к исполнению студент:

Группа	ФИО	Подпись	Дата



ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛА

«СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ»

Студенту:

Группа	ФИО

Институт	ИПР	Кафедра	ТХНГ
Уровень образования	Магистр	Направление/ специальность	«Надежность газонефтепроводов и хранилищ»

Исходные данные к разделу «Социальная ответственность»:
1. Характеристика объекта исследования (вещество, материал, прибор, алгоритм, методика, рабочая зона)	Рабочее место трубопроводчика располагается на линейной части трубопровода под открытым небом. В связи со спецификой производства работы ведутся круглосуточно (посменно), без выходных и праздничных дней.
Перечень вопросов, подлежащих исследованию, проектированию и разработке:
1. Производственная безопасность 1.1. Анализ выявленных вредных факторов при разработке и эксплуатации проектируемого решения в следующей последовательности:	К вредным факторам, которым подвергается трубопроводчик линейный относятся: Отклонение показателей климата на открытом воздухе. Превышение уровня шума и уровня вибрации. Тяжесть и напряженность физического труда, эмоциональные стрессы.
1.2. Анализ выявленных опасных факторов при разработке и эксплуатации проектируемого решения в следующей последовательности:	К опасным факторам, которым подвергается оператор по добыче нефти и газа относятся: Движущиеся машины и механизмы. Электрический ток. Пожаровзрывобезопасность.
2. Экологическая безопасность:	Анализ воздействия объекта на атмосферу: Строительство и эксплуатация объектов нефтедобычи связаны с выделением загрязняющих веществ в атмосферный воздух; анализ воздействия объекта на гидросферу: Опасных воздействий не обнаружено; анализ воздействия объекта на литосферу: ликвидация всех замазученных участков, прежде всего, в водоохранных зонах рек и озер;вырубка лесов; выбор специальных мест для захоронения отходов (например, отработанные карьеры);
3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях:	Оценка и прогнозирование чрезвычайных ситуаций. Описание возможных аварийных ситуаций на скважине Характеристика мероприятий по защите персонала промышленного объекта в случае возникновения ЧС.
4. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности:	Характерные для проектируемой рабочей зоны: Рабочая смена не более 12 часов, выдача каждому трубопроводчику линейному по пол литра молока в день. Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны: Содержание рабочего места в порядке, проверка заземлений, проверка состояния оборудования и своевременное устранение дефектов; применение исправного электрооборудования и эксплуатация его в соответствии с требованиями технических паспортов, правил устройства электроустановок.

Дата выдачи задания для раздела по линейному графику

Задание выдал консультант:

Должность	ФИО	Ученая степень, звание	Подпись	Дата

Задание принял к исполнению студент:

Группа	ФИО	Подпись	Дата



ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛА ВКР,

ВЫПОЛНЕННОГО НА ИНОСТРАННОМ ЯЗЫКЕ

Приложение А

Раздел:

______________Mechanisms of Stress-Corrosion Cracking_____

Студенту:

Группа	ФИО	Подпись	Дата

Институт	ИПР	Кафедра	ТХНГ
Уровень образования	Магистр	Направление/специальность	Надежность газонефтепроводов и хранилищ

ЗАДАНИЕ:

Перечень подлежащих исследованию, проектированию и разработке вопросов	1 The Phenomenon of SCC 2 Overview of SCC Mechanisms 3 Controlling parameters 4 Important fracture features 5 Phenomenology of Crack-initiation processes

Дата выдачи задания для раздела по линейному графику

Задание выдали консультанты:

Консультант кафедры ТХНГ ИПР:

Должность	ФИО	Ученая степень, звание	Подпись	Дата



Консультант - лингвист кафедры ИяПР ИПР:

Должность	ФИО	Ученая степень, звание	Подпись	Дата

Задание принял к исполнению студент:

Группа	ФИО	Подпись	Дата



РЕФЕРАТ

Объектом исследования является применение современных методов технической диагностики электрохимической защиты от коррозии трубопроводов.

Цель работы - анализ эффективности электрохимической защиты от коррозии трубопроводных систем позволяющие прогнозировать и предотвращать коррозионный износ трубопроводов.

В работе приведены существующие механизмы разрушения магистральных нефтегазопроводов, основные условия возникновения коррозии, влияние различных факторов на скорость коррозии, а так же проблема водородного охрупчивания.

Проведен анализ причин возникновения и развития стресс-коррозионных дефектов в процессе длительной эксплуатации подземных трубопроводов. Описаны условия формирования коррозионных трещин. Исследован режим катодной защиты трубопровода исключающий выделение водорода и наводороживание.



АННОТАЦИЯ

Выпускная квалификационная работа состоит из 158 страниц, 29 рисунков, 26 таблиц, 52 источника литературы.

Ключевые слова: НЕФТЕГАЗОПРОВОД, КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ, ВОДОРОДНОЕ ОХРУПЧИВАНИЕ, ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА, СТРЕСС-КОРРОЗИЯ, НАВОДОРОЖИВАНИЕ, КАТОДНАЯ ЗАЩИТА, КОРРОЗИОННОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ.

Работа содержит введение, заключение, перечень использованной литературы, одного приложения и восемь разделов основной части диссертации.

В первой главе приведены основные понятия коррозии металлов. Описаны виды коррозионных повреждений металлов и сплавов. Приведена статистика коррозионных отказов Западной Сибири. Раздел содержит условия возникновения коррозии, а так же основные теории, описывающие природу возникновения склонности материалов к коррозионному растрескиванию.

Вторая глава содержит информацию о проблеме водородного охрупчивания трубопроводов эксплуатируемых в водородосодержащих средах. В данной главе содержится информация о влиянии низкотемпературного наводороживания на механические характеристики материалов, вызывающее коррозионное растрескивание.

В третьей главе описаны механизм и кинетика водородного охрупчивания сталей трубного сортамента. Глава так же содержит описание механизма воздействия водорода по Арчакову Ю.И.

Четвертая глава посвящена влиянию режимов катодной защиты трубопровода на выделение водорода на внешней катоднозащищенной поверхности. Представлен анализ режимов катодной защиты на участках аварийных разрушений магистральных нефтегазопродов по причине коррозионного растрескивания под напряжением.

В пятой главе выпускной квалификационной работы предложен критерий катодной защиты трубопровода исключающий выделение водорода и наводороживание. Приводятся значения величины катодной поляризации при различных соотношениях между плотностью тока катодной защиты и плотностью предельного тока по кислороду. В разделе приведена информация о аппаратно-программном комплексе для определения плотности предельного тока по кислороду и плотности тока катодной защиты на трубопроводах при транспорте нефти и газа.

В шестой главе выполнена расчетная часть.

В главе финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение путем SWOT-анализа и расчета затрат по проекту на диагностирование трубопровода.

Заключительная глава содержит информацию о социальной ответственности трубопроводчика линейного, анализ вредных и опасных факторов производственной среды, приводятся сведения об экологической безопасности и безопасности в условиях чрезвычайных ситуаций.

В заключении приводится ряд выводов полученных в результате проведения работы, приложение к ВКР, выполненное на английском языке.



ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

КЗП - катодно-защищаемая поверхность;

КРН - коррозионное растрескивание под напряжением;

МНГП - магистральный нефтегазопровод;

УКПГ - установка комплексной подготовки газа;

ГЦК - гранецентрированная кубическая решетка;

МСЭ - медно-сульфатный электрод сравнения;

КС - компрессорная станция;

СКЗ - станция катодной защиты;

ЭХЗ - электрохимическая защита;

ОАО - открытое акционерное общество;

СНиП - санитарные нормы и правила;

ВСН - ведомственные строительные нормы;

ЧС - чрезвычайная ситуация.



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ РАЗРУШЕНИЯ МНГП, АНАЛИЗ РАЗРУШЕНИЙ

1.1 Основные понятия коррозии металлов

1.2 Статистика коррозионных отказов в Западной Сибири

1.3 Механизмы разрушения

1.3.1 Электрохимическая теория

1.3.2 Основные условия возникновения коррозии

1.4 Основные теории, описывающие природу возникновения склонности материалов к коррозионному растрескиванию

1.5 Условия формирования коррозионных трещин

1.6 Влияние различных факторов на скорость коррозии

1.7 Механизм образования стресскоррозионных трещин

2. ПРОБЛЕМА ВОДОРОДНОГО ОХРУПЧИВАНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В ВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ СРЕДАХ

3. МЕХАНИЗМ И КИНЕТИКА ВОДОРОДНОГО ОХРУПЧИВАНИЯ СТАЛЕЙ ТРУБНОГО СОРТАМЕНТА

3.1 Механизм водородного охрупчивания стали

3.2 Механизм воздействия водорода по Арчакову Ю. И.

3.3 Кинетика катодного наводорожания трубнои? стали

4. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДА НА ВЫДЕЛЕНИЕ ВОДОРОДА НА ВНЕШНЕЙ КАТОДНОЗАЩИЩЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

4.1 Анализ режимов катоднои? защиты на участках аварии?ных разрушении? магистральных нефтегазопроводов по причине коррозионного растрескивания под напряжением

5. ПРЕДЛАГАЕМЫЙ КРИТЕРИЙ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДА ИСКЛЮЧАЮЩИЙ ВЫДЕЛЕНИЕ ВОДОРОДА И НАВОДОРОЖИВАНИЕ

5.1 Аппаратно-программныи? комплекс для определения плотности предельного тока по кислороду и плотности тока катоднои? защиты на трубопроводах при транспорте нефти и газа

6. Рассчетная часть

6.1 Рассчет коэффициента полезного использования тока катоднои? защиты.

6.2 Рассчет катодной защиты трубопровода

7. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ

7.1 Потребители результатов исследования

7.2 SWOT-анализ.

7.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации

7.4 Организационная структура проекта

7.4.1 План проекта

7.4.2 Бюджет научного исследования

7.4.3 Риски проекта

8. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ПРИ ВНУТРЕННЕЙ И ВНЕШНЕЙ ДИАГНОСТИКЕ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ, ПРОЛОЖЕННЫХ НА УЧАСТКАХ С МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫМ ГРУНТОМ

8.1 Профессиональная социальная безопасность

8.1.1 Анализ вредных производственных факторов и обоснование по их устранению

8.1.2 Анализ опасных производственных факторов и обоснование сероприятий по их устранению

8.2 Экологическая безопасноть

8.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях

8.4 Законодательное регулирование проектных решений

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А



ВВЕДЕНИЕ

Коррозионное трубопроводов под (стресс-коррозия) в время основнои? аварии?ных преимущественно на газопроводах, так как газа при высоких по с нефтепроводами. В пятнадцать лет из-за растрескивания труб под происходят на больших и в стране. За 1986-1999 г.г. в СССР и произошло 73 по этой на предприятии «Уралтрансгаз», «Баштрансгаз», «Волготрансгаз», «Лентрансгаз», «Томсктрансгаз». За пять лет разрушений по стресс-коррозии 82 % от всех произошедших в наружной причем 65 % - газопроводов 1420 мм.

Первая авария от стресс-коррозии в системе магистральных нефтепроводов, по данным Гумерова К.М. с сотр. (ИПТЭР, г. Уфа), произошла в 2002 году на нефтепроводе диаметром 1220 мм Нижневартовск - Курган - Куи?бышев. При этом металл трубопровода неравномерно охрупчивается и растрескивается, в большинстве случаев начиная с наружной поверхности. На некоторых участках трубопроводов за 20 - 25 лет эксплуатации трещины достигают середины толщины стенки, что соответствует исчерпанию всех предусмотренных проектами запасов прочности. После этого происходит разрыв трубы, выброс газа под большим давлением, самовозгорание с высотой пламени на десятки метров. Как правило, фрагменты трубопровода оказываются раскрытыми и выброшенными на несколько десятков метров от места разрыва.

Все коррозийного под были на трубопроводах, значение потенциала с составляющеи? от 1,2 до 3,5 В по В ряде в и за работ что при потенциалах защиты в и грунтах развитие коррозийного ферритно-перлитных при воздеи?ствии напряжении?. анализа вырезанных из труб, где стресс-коррозионные подтверждают это Вблизи поверхности в на 0,1...0,3 мм, повышенная водорода: до 1,7 г, при («родословном») 0,18...0,23 г. систематических по режимов защиты на коррозионных под до времени не Не минимальная удельного стальных различных приводящая к в трубы продольных

Колонии трещин КРН выявляются путем пропуска специальных внутритрубных ультразвуковых и магнитных дефектоскопов. Последующая расшифровка результатов дает возможность определить степень опасности обнаруженных дефектов и принять решение о деи?ствиях ремонтных служб. При этом до настоящего времени отсутствует инструментальныи? метод, позволяющии? прогнозировать появление трещин КРН в зависимости от степени электролитического наводороживания, вызываемого недопустимо высокои? плотностью тока катоднои? защиты и воздеи?ствием высоких механических напряжении?, вызываемых давлением транспортируемого по трубопроводу продукта. В области потенциалов катоднои? защиты от 0,85 до 2,5 В по м.с.э. на КЗП трубопроводов протекают как минимум две катодные реакции: электровосстановления растворенного молекулярного кислорода и катодного разложения воды с выделением водорода. Протекание реакции на КЗП приобретает значение, так как вопрос о атомарного в трубнои? При выделении адсорбированныи? на КЗП атомарныи? H_адс как продукт, из по Геи?ровского молизуется и в грунт электролит), часть, в виде и внедряется в трубы: Н_адс>Н_абс. В трубнои? Набс собои? протоны (Н+)_абс, а их входят в газ катоднозащищаемого При в трубнои? вблизи КЗП трубопровода (ловушек) в трубы рекомбинация (Н+)_абс и с незаряженного Н_абс, при вблизи КЗП микропустот, к рекомбинации с Н₂, которого при когда тока защиты в раз плотность тока по jпр, что к ованию на КЗП надреза», появление трещин. j_к.з.<j_пр, скорость катоднозащищаемого превышает значения, что к коррозионных

Указанные трубопроводного определяют темы связанной с методов диагностики защиты от современных систем, позволяющих определять высокий износ и появление КРН на катодно поверхности подземных трубопроводов.

Цели выпускной работы в

1. Изучить и механизм и особенности факторов сталь - - на подземных трубопроводов диффузионное кислорода в вытяжка имеет или к ней (рН в проложено российских стальных

2. Разобрать новые инструментальные методы количественного определения остаточной скорости коррозии в сквозных дефектах изоляции подземных стальных трубопроводов при различных потенциалах катодной защиты в трассовых условиях.

3. Изучить степень электролитического наводороживания напряженно-деформированных образцов ферритно-перлитных сталей трубного сортамента при различных соотношениях между плотностью тока катодной защиты и плотностью предельного тока по кислороду .

4. Выбрать критерий и установить методику определения степени электролитического наводороживания напряженно-деформированных трубопроводов при различных потенциалах катодной защиты.

5. Разработать систему прогнозирования инкубационного периода образования стресс-коррозионных трещин на внешней катодно защищаемой поверхности напряженно-деформированных трубопроводов в зависимости от давления транспортируемого продукта и соотношения между плотностью тока катодной защиты и плотностью предельного тока по кислороду.



1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ РАЗРУШЕНИЯ МНГП, АНАЛИЗ РАЗРУШЕНИЙ

1.1 Основные понятия коррозии металлов

Коррозиеи? металлов называется разрушение их поверхности в результате окисляющего химического или электрохимического воздеи?ствия окружающеи? среды. Иногда так же называют и сам результат деи?ствия коррозии, т.е. разрушение металла. Поэтому для разграничения обоих понятии? рекомендуется применять для самого процесса термин «коррозионныи? процесс», а для результата процесса термин «коррозионное разрушение». Иногда под этим термином неправильно подразумевают продукты коррозии.

Коррозию относят к поверхностным явлениям и классифицируют по тем изменениям, которые происходят с поверхностью материала в результате протекания процесса коррозии. При взаимодействии всей поверхности материала с окружающей средой наблюдается общая или сплошная коррозия, при взаимодействии части поверхности - местная или локальная коррозия. Принято различать два вида общей коррозии. При равномерной коррозии вся поверхность металла равномерно разъедается внешней средой без изменений в топографии поверхности. К такой коррозии, например, относится коррозия углеродистой стали в растворах серной кислоты (рис. 1, а). Второй тип общей коррозии - неравномерная коррозия, когда поверхность металла под слоем продуктов коррозии носит «изрытый» характер, т. е. на поверхности возникают места более глубоких повреждений - коррозионные каверны (например, коррозия углеродистой стали в морской воде - рис. 1, б).

К неравномерной коррозии относится структурно-избирательная коррозия, когда одна из фаз или структурных составляющих сплава растворяется с большей скоростью, чем остальные, например процесс обесцинкивания латуней (рис. 1, в).

Рисунок 1 - Виды коррозионных повреждений металлов и сплавов:

а-в) общая коррозия: а) равномерная коррозия, б) неравномерная коррозия, в) избирательная коррозия; г-м) местная коррозия: г) коррозия пятнами, д) язвенная коррозия, е) питтинговая коррозия, ж) сквозная коррозия, з) нитевидная коррозия, и) подповерхностная коррозия, к) межкристаллитная коррозия, л) ножевая коррозия, м) транскристаллитное коррозионное растрескивание

1.2 Статистика коррозионных отказов в Западной Сибири

Оценивая особенности коррозии стали в Западнои? Сибири согласно табл. 1, следует отметить следующее:

1. Скорость коррозии в условиях эксплуатации подземных трубопроводов достигает 0,45 мм/год. В условиях циклически знакопеременных температур она со временем затухает, снижаясь в среднем до 0,2 мм/год.

2. Большое влияние на увеличение скорости коррозии оказывают техногенные или антропогенные факторы:

· отказ в Медвежьем - сточные воды УКПГ-2;

· отказ на трубопроводе на Игрим-Серов - сточные воды со свалки увеличение в грунте концентрации минеральных солеи? до 2 г/л из-за разгерметизации промысловых водоводов, что явилось причинои? уменьшения толщины стенки трубы на 1,5 - 3,5 мм.

3. Ряд промысловых трубопроводов, эксплуатировавшихся долгое время без защиты, тем не менее, не имеет существенных коррозионных разрушении?.

4. Возрастающии? объем выкачиваемои? из продуктивного пласта высокоминерализованнои? воды и плохая ее утилизация, а также положительные температуры эксплуатации трубопроводов резко изменяют внешнюю среду, усиливая ее коррозионную активность.

5. Наибольшие коррозионные поражения на трубопроводах обнаружены в зоне контакта грунт (вода) - воздух.

6. В большинстве случаев для защиты от подземнои? коррозии трубопроводов в Западнои? Сибири необходима комплексная защита, сочетающая изоляционные покрытия и катодную поляризацию.

7. На трубопроводах, температура стенок и грунта вокруг которых в процессе эксплуатации не превышает минус 5°С, в грунтах невысокои? коррозионнои? активности электрохимическую защиту можно не осуществлять (СНиП 2.05.06-85).

8. Противокоррозионную защиту промысловых трубопроводов осуществляют со стороны поверхности (внутреннеи? или внешнеи?), которая корродирует с наибольшеи? скоростью. При условии обеспечения проектного срока службы противокорррзионную защиту промысловых трубопроводов можно не осуществлять (BСH 51- 2.38-85 Миннефтепром).

Таблица 1 - Статитстика коррозионных отказов трубопроводов в Западной Сибири

1.3 Механизмы разрушения

1.3.1 Электрохимическая теория

Теория коррозионных процессов и разрушении? достаточно хорошо изучена и с успехом применяется для выбора и использования различных методов защиты. Общепризнанной и хорошо подтвержденнои? в настоящее время является электрохимическая теория, основанная на законах электрохимии [1-11]. Электрохимическая теория коррозии основана на положении, что при всех условиях работы металлических сооружении?, соприкасающихся с электролитом, на поверхности металла вследствие ряда причин возникает большое количество мелких коррозионных гальванических элементов, аналогичных обычным гальваническим элементам. Возникновение таких коррозионных элементов обусловлено прежде всего тем, что отдельные участки поверхности металла имеют самые различные величины потенциалов.

Это различие потенциалов на поверхности металла обусловливается как внутренними, так и внешними факторами. К числу внутренних факторов относятся: природа металла, его кристаллическое строение, наличие внутренних напряжении?, температура, различныи? характер обработки поверхности металла. Схема работы такого элемента показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема локального элемента (стрелками показан путь тока) загрязнении? в металле (сегрегации, шлак и т. д.).

К числу внешних факторов, влияющих на возникновение различных потенциалов на поверхности металла, относятся: природа и концентрация электролита, его температура, скорость движения, доступ кислорода к поверхности металла. В результате наличия разных потенциалов на поверхности металла образуется коррозионныи? электрическии? элемент (называемыи? также локальным элементом, гальваническои? парои?, местным элементом), в цепи которого возникает электрическии? ток. Как видно из рисунка 2, часть поверхности имеет более положительныи? потенциал, чем включение в металле с более отрицательным потенциалом. Так как обе части соприкасаются с электролитом, то в результате на поверхности металла создается коррозионныи? элемент, в котором возникает ток, направление которого показано стрелками. В создавшеи?ся цепи ток будет выходить из включения в окружающии? электролит на участке с более положительным потенциалом, называемым анодом, и переходить из электролита на металл на более положительных участках, называемых катодом. В результате движения тока на анодных поверхностях будет происходить разрушение металла с переносом его ионов в раствор электролита.

Этот анодныи? процесс может быть характеризован следующим образом:

На катоде протекает другои? процесс, сводящии?ся к ассимиляции избыточных электронов каким-либо деполяризатором раствора D, т. е. атомом или ионом, способным восстанавливаться (поглощать электрон):

Катодныи? процесс протекает одновременно и параллельно с анодным процессом, что и обеспечивает возможность непрерывного протекания процесса коррозии.

Практически наиболее важными процессами катоднои? деполяризующеи? реакции являются: катодная реакция восстановления иона водорода в газообразныи? водород, носящая название водороднои? деполяризации, имеющая следующую схему:

Катодная реакция восстановления кислорода с превращением его в ион гидроксила, носящая название кислороднои? деполяризации:

Схематически оба эти процесса изображены на рисунке 3. Как можно видеть, кроме анодного и катодного процессов важным явлением при коррозии является протекание тока между анодом и катодом. Это протекание осуществляется в металлическом соединении анода с катодом движением электронов, происходящим от катода к аноду, а в растворе электролитаь - движением катиона от анода к катоду и движением аниона от катода к аноду.

Рисунок 3 - Принципиальная схема коррозионного элемента

Важнои? особенностью коррозионного процесса является то, что разрушения при электрохимическои? коррозии происходят только на анодах, в то время как на катодах происходит процесс деполяризации и разрушение металла не имеет места. Однако для некоторых металлов, например таких, как свинец, на катодах могут возникать условия, вызывающие химическую коррозию и вызываемое ею разрушение металла.

В зависимости от условии? различают несколько видов коррозии. Как возникновение, так и развитие коррозии имеют свою специфику в зависимости от того, в какои? среде они происходят. Поэтому часто различают отдельные виды коррозии, обусловленные средои?, в которои? находится металлическое сооружение. Так различают:

1) Подземную коррозию, происходящую в условиях заложения металла в почву;

2) Морскую коррозию, протекающую в условиях погружения металла в морскую воду;

3) Коррозию в водных растворах, имеющую место при соприкосновении металла с пресными водами и водными растворами.

4) Атмосферную коррозию, происходящую в условиях влажного воздуха;

5) Химическую коррозию, имеющую место в различных кон- центрированных специфических химических средах;

6) Газовую коррозию, происходящую в условиях сухих горячих газов в отсутствии влажности;

7) Коррозию в неэлектролитах, возникающую в условиях контакта с различными неэлектролитами - нефтепродуктами.

Помимо перечисленных выше видов коррозии, существуют факторы, которые могут существовать параллельно с перечисленными выше видами коррозии. К ним относится, в частности, коррозия блуждающими токами, которая может сопутствовать как морокои? коррозии, так и подземнои? и химическои? коррозии в водных растворах, и микробиологическая коррозия.

1.3.2 Основные условия возникновения коррозии

Основные условия возникновения коррозии, как следует из теории коррозии и краткого описания ее основных процессов, приведенного выше, характеризуются необходимостью наличия следующих факторов:

1) Наличие двух разнородных металлов или участков одного и того же металла с различными значениями потенциала;

2) Контакт обоих металлов или обоих участков металла с общим электролитом;

3) Металлическое соединение этих отдельных участков металла между собои?, например телом самого объекта или сооружения;

4) Наличие диссоциированных ионов в электролите.

Перечисленные условия почти всегда имеют место на металле, соприкасающемся с различными водными растворами, в том числе хотя бы периодически смачивающемся, например, атмосфернои? влагои?. Таким образом, условия для возникновения коррозии существуют почти всегда. Поэтому степень опасности коррозии обычно оценивают не по вероятнои? возможности возникновения коррозии, но по ее ожидаемои? скорости и величине разрушения металла.

В дополнение к перечисленным выше условиям необходимо еще раз отметить существенную особенность процессов коррозии, а именно: разрушение металла только на поверхности анодных участков. Эта особенность коррозии и используется при осуществлении электрических методов защиты.

Склонность различных металлов к коррозии определяет элек- трохимическии? ряд напряжении?. Хотя на величину возникающего потенциала какого-либо металла заметно влияют также природа и концентрация соприкасающегося с ним электролита, однако величина этого потенциала в первую очередь зависит от природы самого металла. На основании природы самого металла можно достаточно точно определить, какои? из двух соприкасающихся металлов будет играть в создавшемся коррозионном элементе роль анода и какои? роль катода. Для такого определения может служить электрохимическии? ряд электродных потенциалов металлов, приведенныи? в таблице 2.

При соединении в гальваническую пару двух разнородных металлов более отрицательныи? из них будет являться анодом коррозионного элемента, а более положительныи? - катодом. Если потенциалы двух металлов близки друг к другу, то в этом случае природа и концентрация электролита могут иногда изменить значение потенциалов настолько, что их относительное расположение в ряду напряжении? перестанет быть определяющим фактором.

Таблица 2 - Нормальные электродные потенциалы металлов при 25°С.

Металл	Потенциал, н.в.э.	Металл	Потенциал
Li Li++e- Ca Ca++e- Rb Rb++e- K K++ e- Sr Sr+++2e- Ca Ca+++2e- Na Na++e- La La++++3e- Mg Mg+++2e- Tl Tl+++2e- Be Be+++2e- Al Al++++3e- Mn Mn+++2e- Zn Zn+++2e- Cr Cr++++3e- Ga Ga++++3e- Fe Fe+++2e- Cd Cd+++2e-	-3,02 -3,02 -2,99 -2,92 -2,89 -2,87 -2,71 -2,37 -2,34 -1,75 -1,70 -1,67 -1,05 -0,762 -0,71 -0,52 -0,440 -0,402	Ia Ia+++3e- Tl Tl++e- Co Co+++2e- Ni Ni+++2e- Sa Sa+++2e- Pb Pb+++2e- Fe Fe++++3e- D 2D++2e- H 2H++2e- Cu Cu+++2e- Cu Cu++e- 2Hg Hg2++2e- Ag Ag++e- Pd Pd+++2e- Hg Hg+++2e- Pt Pt+++2e- Au Au++++3e- Au Au++e-	-0,340 -0,336 -0,277 -0,250 -0,136 -0,126 -0,036 -0,0034 -0 0,345 0,522 0,7985 0,7995 0,83 0,854 1,2 1,42 1,68

*Примечание: н.в.э. - по нормальному водородному электроду

Особую опасность представляет разрушение конструкций по причине коррозионного растрескивания под напряжением, причем на трубопроводах диаметром 1220, 1420 мм. Выход из строя трубопровода во время эксплуатации может приводить к большому материальному ущербу, загрязнению окружающей среды, человеческим жертвам, так как зона распространения разрушения может простираться на расстояния от сотен метров до нескольких километров. Поэтому обеспечение технической и экологической безопасности нефтегазопроводов является актуальной задачей.

1.4 Основные теории, описывающие природу возникновения склонности материалов к коррозионному растрескиванию

К настоящему времени сформировалось несколько основных теорий, описывающих природу возникновения и развития процесса коррозионного растрескивания. Выдвигаемые различными научными школами предложения можно обобщить в несколько основных моделей, которые с большим или меньшим уровнем приближения, с большей или меньшей степенью достоверности описывают коррозионные процессы в сталях и сплавах при одновременном воздействии агрессивной среды и деформаций (напряжений), возникающих в материалах.

Адсорбционная теория. Теория основана на открытом в начале двадцатого века эффекте понижения поверхностной энергии в результате адсорбции (эффекте Ребиндера). Согласно этой теории адсорбция типичных поверхностно-активных веществ из окружающей среды вызывает облегчение деформации и разрушения твердых тел, часто в значительно большей степени, чем при химическом воздействии. Эффект адсорбционного понижения прочности, согласно этой теории, обусловлен тем, что поверхностно-активные вещества, понижая поверхностную энергию металлов, способствуют зарождению пластических сдвигов. При этом процесс коррозионного растрескивания протекает не путем химического или электрохимического растворения металла в вершине трещины, а вследствие ослабления межатомных связей в напряженном сплаве при адсорбции специфических компонентов раствора. Благодаря адсорбции снижается поверхностная энергия, что облегчает разрыв межатомных связей металла, находящегося под растягивающим напряжением. Уменьшение сродства между атомами на поверхности металла происходит при наличии одного адсорбционного монослоя, при этом наиболее эффективно действуют частицы, проявляющие специфическую адсорбцию. Инициирование трещины стресс-коррозии вызывается адсорбционным снижением сил взаимодействия между смежными атомами в вершине надреза материала, подвергающегося действию высоких растягивающих напряжений.

При коррозионном растрескивании материалов анионы адсорбируются преимущественно на подвижных дислокациях или других несовершенствах структуры, выходящих на подвергающуюся агрессивному воздействию поверхность. Так как адсорбция протекает с конечной скоростью, дефекты кристаллической решетки на поверхности, которые могли бы служить зародышем стресс-коррозионной трещины, должны существовать в течение определенного времени. Примеси в сплаве могут оказывать сильное влияние на время жизни поверхностных дефектов. Атомы примесей, скапливаясь вокруг дислокаций, образуют облака Коттрелла, тормозящие движение дефекта. Такое торможение увеличивает время жизни дислокации, которое становится достаточным для хемосорбции нитрат- или гидроксид-иона на активных плоскостях скольжения сталей. Если же поверхностные дефекты успевают мигрировать с поверхности сплава до того, как завершится процесс адсорбции аниона, склонность к коррозионному растрескиванию не наступает.

Водородная теория. В процессе наводороживания аустенитных сталей наблюдается увеличение параметров решетки аустенита, а, следовательно, дополнительно возрастает растворимость водорода в ГЦК решетке. В сплавах, подверженных коррозионному растрескиванию в процессе наводороживания, возникает ферритная фаза, которая получила название «деформированный феррит», или ОЦК мартенситная фаза. После насыщения сталей водородом их структура представляет собой смесь фаз - исходный стабильный аустенит, и метастабильные фазы - аустенит с повышенным параметром решетки и деформированный водородом феррит. Изменение параметров кристаллических решеток исходной - аустенитной фазы и вновь образующихся метастабильных фаз вызывает появление в сталях значительных внутренних напряжений, провоцирующих стресс-коррозионные процессы. После непродолжительного старения при комнатной температуре происходит распад метастабильных фаз на исходный аустенит и гексагональную гидридную фазу.

Таким образом, наводороживание способствует объемным изменениям и возникновению внутренних напряжений в сталях, приводит к увеличению дефектов структуры и зарождению микротрещин на вновь образованной межфазной границе.

Дислокационная теория. Коррозионное растрескивание с точки зрения дислокационного строения металла хорошо объясняет взаимосвязь между величиной приложенного напряжения и склонностью материала к стресс-коррозионному растрескиванию. Увеличение приложенных растягивающих напряжений до определенных значений повышает скорость образования и развития стресс-коррозионной трещины в материале, что связано с возникновением дислокаций в процессе деформирования, их движением и образованием плоских скоплений. Если упорядочение выражено не слишком сильно, приложенные высокие напряжения могут вызвать поперечное скольжение и снизить восприимчивость металла к стресс-коррозии. Поэтому в ряде случаев склонность материалов к коррозионному растрескиванию после значительных степеней пластической деформации оказывается ниже, чем у слабодеформированных сталей и сплавов. Это не относится к аустенитным сталям, где при значительных степенях пластической деформации возможно протекание структурных (? > ? и ? > ? ) мартенситных превращений, резко повышающих склонность этих материалов к коррозионному растрескиванию, что объясняется перестройкой кристаллической решетки сплава, в результате которой на границе раздела фаз возникает скопление дислокаций, которые становятся зародышами микротрещин.

Механохимическая теория. В этой теории предпринята попытка количественно связать напряжения, возникающие в материалах, и скорость развития стресс-коррозионного дефекта с помощью термодинамики необратимых процессов. Деформация металла рассматривается на стадии линейного упрочнения, когда дислокации выстраиваются и двигаются в системе параллельных плоскостей скольжения при отсутствии поперечного скольжения. Из математических построений этой теории вытекает ряд феноменологических уравнений, указывающих на взаимосвязь процессов пластической деформации и стресс-коррозии в металлах, которые при одновременном процессе деформирования и электрохимической коррозии принимают следующий вид:

N = L_a • A + L_b • Ю; (5)

I = L_с + L_d • Ю, (6)

Где N - плотность потока дислокаций (дислокационный ток);

I - плотность тока при коррозии;

А - обобщенная сила - химическое сродство процесса образования и движения дислокаций;

Ю - перенапряжение;

Феноменологические коэффициенты:

L_a - коэффициент, регулирующий проводимость;

L_d - характеризует поляризуемость электрода;

L_с = L_b регулируют степень взаимного влияния деформации и электрохимической коррозии и выражают количественно явление механохимического эффекта. Физический смысл этого коэффициента заключается в изменении химического потенциала металла в результате его пластического деформирования, которое связано с ослаблением межатомных связей в местах скопления разрежающих дислокаций.

Пленочная теория. Согласно этой теории при пластической деформации металла у концентратора напряжения разрушается защитная оксидная пленка значительно более хрупкая, чем основной металл. При этом поверхность металла-анода по отношению к покрытой пленкой поверхности обнажается, а процесс коррозионного растрескивания ускоряется. На основании этой теории был сформулирован ряд условий, необходимых для развития стресс-коррозии. Для образования трещины стресс-коррозии необходимо, чтобы в материале, в ходе пластической деформации, образовывались широкие ступени скольжения; металл должен обладать способностью образовывать на поверхности защитную пленку (для того, чтобы образовалась пара металл-пленка); необходима среда, в которой участки поверхности металла с дефектами кристаллической решетки не смогли бы полностью репассивироваться.

Электрохимическая теория. Идея, положенная в основу этой теории, заключается в признании того, что существует разница в электродных потенциалах в пластически деформированном - напряженном металле (вершина трещины) и ненапряженной боковой поверхности трещины. Роль растягивающих напряжений при этом сводится главным образом к созданию разности потенциалов между отдельными участками поверхности и образованию электрохимических пар, являющихся ответственными за процесс зарождения коррозионной трещины. Таким образом, в деформированном металле создается активно-пассивное состояние, причем в активном состоянии находится деформированный металл, в пассивном - недеформированный. Разница, возникающая в скорости растворения деформированного и недеформированного металлов, приводит к возникновению локальных процессов, способствующих возникновению коррозионной трещины.