Методика для досліджень особливостей взаємодії деформованих поверхонь металу трубопроводів з воденьвмісними середовищами

Abstract

Запропоновано нову методику та технічні засоби для досліджень особливостей наводнювання та визначення об’ємної концентрації водню у трубопровідних сталях, яка базується на використанні динамічної електрохімічної лабораторії VoltaLab40 виробництва Radiometer Analytical SAS (Франція). Досліджувався процес наводнюванню конструкційних сталей трубопроводів, що використовуються для транспортування воденьвмісних продуктів, під якими розуміється, в першу чергу, газоподібний водень, а також потенційно воденьвмісні середовища, тобто такі, які за певних умов у разі взаємодії з деформованим металом можуть виділяти водень як продукт відповідних фізико-хімічних реакцій (наприклад, водні середовища, нафтопродукти тощо). Запропонована методика має ряд особливостей. В першу чергу це моделювання ситуації вільно кородуючої системи, яка відображає процес наводнюванню досліджуваних конструкційних сталей у реальних умовах експлуатації. Оскільки досягти стабільних (усталених) умов наводнювання при потенціалі корозії складно, було використано наступну процедуру. Спочатку зразки наводнювали за деякого постійного потенціалу поляризації Ecath = const, який є дещо негативніший, ніж потенціал вільної корозії для даної сталі. Після цього наводнений метал окислювали в 0,2 M розчині NaOH (pH 12,4) за анодного потенціалу Eanodic = +168 мВ (SCE) впродовж визначеного проміжку часу τdis , і на підставі одержаної кривої розраховували загальну кількість абсорбованого металом водню. Приклад реалізації запропонованої методики проілюстровано на зразках зі сталі 20. Дослідження проведено у спеціальному водному розчині NS4, що моделює підземні води в умовах нейтральних ґрунтів (pH 6,7). Наведено опис розробленої методики та технічних засобів для дослідження процесів наводнювання конструкційних сталей. Запропоновано та апробовано нові спеціальні зразки для досліджень наводнювання металу в умовах прикладення механічних напружень розтягу σ = σexp , які виникають в стінці труби під час її експлуатації з внутрішнім тиском Рexp.

The new technique and technical means were applied to study hydrogenation peculiarities and determination of hydrogen volume concentration in pipe steel; the volume concentration study is performed on the basis of dynamic electrochemical laboratory VoltaLab40 (manufacturer – Radiometer Analytical SMS, France). The hydrogenation process of pipeline structural steels, used for transmission of hydrogen-containing products, was studied. This is gaseous hydrogen and other potentially hydrogen-containing media, able to generate hydrogen when interacting with deformed metal; hydrogen becomes the result product of physical-chemical reactions (for example, aqueous media, oil products, etc.). The proposed method is characterized by a few special features. First of all, it is modeling of a free corroding system, which reflects the hydrogenation process of steels in real operating conditions. As it is difficult to achieve the stable condition of hydrogenation under corrosion potential, the following procedure was employed: first, the samples were hydrogenated at some constant potential of polarization Ecath = const, which is slightly more negative than the corrosion potential. Then the hydrogenated metal was oxidized in 0.2 M solution of NaOH (pH 12.4) under anodic potential Eanodic = +168 mV (SCE) during some defined time τdis . On the basis of the received curve, the total amount of absorbed hydrogen was calculated. An example of the method realization was made on the specimens with steel 20. The study was conducted in special solution NS4, which models the underground water for neutral soils (pH 6.7). The description of the developed method and technical means were presented. New special samples for study of metal hydrogenation under mechanical tensile stress having been applied, were proposed and verified. Such tests reflect the effect of tensile stress σ = σexp , which arises in the pipe wall under operational internal pressure Pexp .