Следующий вопрос: почему стресс- коррозия развивается с наружной по верхности газопровода? Действительно, как видно на рисунке 1, где показаны изломы стенки МГ по сле разрушения от стресс-коррозии, металл стенки трубы охрупчен и рас трескан со стороны наружной поверх ности. Металл со стороны внутренней поверхности сохранился в пластиче ском состоянии.
В этом можно убедиться и по результа там испытаний образцов, вырезанных из стенки трубы. На по верхности образцов до испытаний не было видно трещин. Они появились на внешней поверхности при испытании на растяжение.
Если бы стресс-коррозия определялась только уровнем меха нических напряжений (которые одинаковы по толщине стенки трубы),то охрупчивание и растрескивание происходили бы одинаково интенсивно по всей толщине стенки трубы. То, что процесс развивается только со стороны внешней поверхности, дает повод предположить, что на внешней поверхности трубопровода происходит какой-то отличительный процесс, а стресс-коррозия является только следствием этого процесса. Если разобраться с этим процессом,™, возможно, сумеем по лучить способ управления стресс-коррозией, следовательно, способ тормозить процесс.
Тот факт, что металл охрупчивается, приводит к мысли, что в металл проникают какие-то элементы (атомы, молекулы, что-то еще) со стороны внешней поверхности и блокируют дислокации (известно, что пластичность металлов обеспе чивается подвижностью дислокаций). Проникать в металл другие элементы (углерод, азот, водород и др.) могут только при высоких температурах, сопоставимых с температурой плавления. При обычных температурах, при которых про исходит эксплуатация МГ, никакие молекулы не могут про никать в металл (во всяком случае, скорости возможного проникновения молекул не сопоставимы с теми явлениями, которые наблюдаются при стресс-коррозии). Проникающей способностью обладают элементарные части цы: протоны, нейтроны, а-частицы и другие. Но таких частиц много, и они везде существуют в виде радиационного фона, а стресс-коррозия происходит не везде. Следовательно, надо искать источники элементарных частиц на поверхности подземных трубопроводов (кстати, описанный вид.стресс- коррозии происходит только на подземных участках МГ). Такой источник существует, и он связан с электрохимической защитой трубопроводов.
Как известно, подземные трубопроводы находятся под двой ной защитой от коррозии: изоляционное покрытие плюс электрохимическая защита. Последняя состоит в том, что тру бопровод поддерживается под электрическим потенциалом порядка - 1-3 вольт по отношению к грунту. Это замедляет электрохимические процессы, приводящие к растворению металла в местах с нарушенной изоляцией. Но это - по норме; фактически картина несколько другая. Большинство МГ имеет пленочную изоляцию, нанесенную в полевых условиях. При укладке и засыпке трубопровода в траншее пленочное покрытие сползает вниз вместе с грунтом и образует множество гофр на уровне ниже горизонтально го диаметра сечения. Кроме того, клеящий слой в течение короткого времени теряет адгезионные свойства, и пленка отслаивается от поверхности трубопровода. Таким образом, пленочное покрытие превращается в своеобразную оболочку, внутри которой находится трубопровод, а между трубой и оболочкой находится грунтовая вода. Распределение элек трического потенциала в такой системе будет совершенно отличаться от той, которая должна быть по норме. В грунтовой воде много всяких ионов, в том числе катионов водорода (Н+), которые окружены полярными молекулами воды. Эти образования имеют общий положительный заряд и поэтому притягиваются к отрицательно заряженной поверх ности трубы. Там катион водорода получает недостающий электрон от металла, становится атомом, освобождается от своего окружения. При этом единствен ный электрон атома водорода, будучи валентным, продолжает входить в состав электронного облака металла, а оставшееся ядро представляет не что иное, как протон, то есть элементарную ча стицу. Далее эта элементарная частица (протон) можетлегко проникать вглубь металла, создавая новые объединения с другими элементами. Наиболее веро ятны объединения с атомами углерода, водорода, кислорода. Все такие объеди нения приводят к искажениям кристал лической решетки металла, которые и являются причиной блокировки дисло каций. Снижение подвижности дислокаций приводит к снижению пластичности металла, то есть к охрупчиванию. Кроме того, накапливаясь в металле,такие об разования приводят к росту внутренних напряжений, которые складываются с внешними напряжениями и приводят к растрескиванию.
Другие элементы (кроме водорода) не могут привести к такому результату, так как ни один из них при потере валентного электрона не становится элемен тарной частицей, способной проникать в металл при обычной температуре. Таким образом, вторым обязательным условием протекания стресс-коррозии, на наш взгляд, является наличие ис точника атомарного водорода на по верхности металла труб. Кроме рассмотренного источника (грун товая вода + ЭХЗ) могут быть другие источники атомарного водорода, на пример, сероводород или продукты жизнедеятельности бактерий (био коррозия). |
