Факторы, влияющие на скорость разрушения изоляционных покрытий в подземных условиях

Срок службы покрытия начинается с момента нанесения его на трубопровод и кончается временем его разрушения, когда покрытие полностью перестает эффективно выполнять защитные антикоррозионные функции. Его можно разделить на два периода – строительный и эксплуатационный.

Строительный период начинается с момента нанесения покрытия на трубы и заканчивается засыпкой трубопровода в траншее. Его продолжительность от нескольких минут до нескольких месяцев.

Изолированный газопровод при укладке в траншею подвергается изгибу в вертикальном и горизонтальном направлениях, трению и ударам о стенки и дно траншеи. Кроме того, покрытие подвергается термическим нагрузкам и атмосферным воздействиям. При стационарном (в том числе заводском) способе изоляции добавляются транспортные и погрузочно-разгрузочные операции, приводящие к дополнительным механическим воздействиям на покрытие. Следовательно, в этот период изоляционное покрытие подвергается удару, растяжению, сжатию, изгибу и сдвигу. Если указанные воздействия превосходят определенные для данного вида покрытия нагрузки, то они вызывают его повреждение или разрушение. Таким образом, в строительный период особенно важна устойчивость покрытия к сдвигу и растяжению. В этот момент могут изменяться и физико-химические свойства покрытия в результате воздействия атмосферных факторов.

Эксплуатационный период начинается с момента после засыпки газопровода грунтом и заканчивается разрушением защитного покрытия. Продолжительность этого периода – несколько лет. В эксплуатационный период покрытие испытывает одновременное воздействие многих факторов как со стороны окружающего грунта, так и со стороны трубы. Рассмотрим влияние некоторых из них.

Влияние давления грунта и газопровода на битумно-резиновое покрытие. В результате давления грунта и веса трубы происходит сдвиг покрытия, вследствие чего толщина покрытия в местах наибольшего давления уменьшается, а в местах наименьшего давления увеличивается. Сдвиг покрытия в отдельных местах может достигать 15...20 % от начальной толщины. Причем максимальная скорость сдвига наблюдается в период стабилизации грунта и зависит от структуры грунта и климатических условий. Сдвиг покрытия происходит между двумя поверхностями: трубы и окружающего грунта. Наибольшему смещению подвергаются верхние слои покрытия.

Влияние перемещений газопроводов в грунте. Участки газопровода в период эксплуатации испытывают перемещения в продольном и поперечном направлениях. При этом в изоляционном покрытии также возникают местные сдвиговые деформации, которые приводят к нарушению его сплошности. Результаты экспериментальных исследований показали, что влияние сдвигающих сил грунта при полиэтиленовой изоляции гораздо меньше, чем при битумной. Поэтому вероятность разрушения полиэтиленовой изоляции при механических воздействиях подобного рода оказывается небольшой.

Влияние объемного изменения грунтов. Механическое воздействие грунтов различное и зависит от их структуры. Грунты, не связанные или обладающие постоянным объемом при увлажнении и высыхании, действуют на защитное покрытие в основном весом, вызывая его сдвиг и продавливание. Связанные же грунты (глины) при увлажнении и высыхании изменяют свой объем и действуют на покрытие не только своим весом, но и обладая высокой липкостью, они в период усадки и набухания развивают сдвиговые деформации. При этом покрытие может разрушаться или отрываться от трубы. Влияние указанного фактора на покрытие на битумной основе намного сильнее, чем на покрытие из полимерных лент.

Влияние температурного режима грунта. Длительная эксплуатация газопровода при повышенных температурах увеличивает склонность к оплыванию и выдавливанию защитного покрытия на участках наибольшего давления грунта, а в ряде случаев и к перфорации его твердыми составляющими грунта. В условиях меняющегося температурного режима наблюдается растрескивание битумного покрытия и ослабление адгезии.

Влияние биологических факторов. Проведенные эксперименты показывают, что битумно-резиновые мастики, бризол, гидроизол и крафт-бумага поражаются бактериями и грибками. Изоляция же из полиэтиленовых пленок оказывается устойчивой к ним.

Повреждение покрытий грызунами и растениями. Опыты показывают, что изоляционные материалы на битумной основе повреждаются грызунами и корнями растений, а стабилизированные полиэтиленовые и полихлорвиниловые пленки с отталкивающими добавками не повреждаются грызунами. Пластмассовые пленки не повреждаются корнями растений.

Влияние коррозионной среды. Поглощение воды в условиях непосредственного контакта покрытия с водной средой протекает неравномерно во времени. В начальный период степень и скорость насыщения покрытия водой высоки. Затем наступает условно равновесное состояние насыщения и общее влагосодержание покрытия изменяется во времени очень медленно. Изменение же степени насыщения оказывает влияние на изменение переходного сопротивления R_п покрытия (рис. 1.4.2).

В начальный период t₁ помещения покрытия в электролит грунта начинается процесс адсорбции электролита покрытием. В этот период переходное сопротивление изменяется незначительно (можно принять R_п = const, область I). По мере заполнения микропор и трещин электролитом и развития процессов адсорбции и диффузии электролита сопротивление изоляции в течение времени t₁...t₂ резко снижается (область II), а затем при t₂...t₃, медленно изменяется во времени (область III).

В эксплуатационных условиях покрытия на газопроводах изменяют свои защитные свойства под влиянием множества совокупных факторов, воздействующих на них. Поэтому изоляционные покрытия должны обладать необходимыми физико-химическими и физико-механическими свойствами. Они должны быть достаточно жесткими, способными выдерживать длительное давление грунта и в то же время достаточно гибкими и эластичными, чтобы сопротивляться растягивающим усилиям при изгибах газопроводов и другим изменениям геометрических размеров участков газопроводов.