Ochrona antykorozyjna rurociągów
Instalacje rurociągowe biegnące głęboko w ziemi bądź na dnie mórz są wyjątkowo podatne na korozję. A ponieważ ewentualne działania naprawcze – ze względu na ograniczony dostęp do tychże rurociągów – są praktycznie niemożliwe, niezbędne jest zapewnienie im odpowiedniej ochrony antykorozyjnej – i to na lata.
Korozja może negatywnie wpływać na wiele inwestycji, a co za tym idzie – określone gałęzie przemysłu i – szerzej – całe społeczeństwa. Według szacunków sprzed kilku lat rocznie niszczy ona nawet 25 mln ton stali, co przekłada się na ogromne straty finansowe – nie tylko z powodu zniszczeń materiałowych, ale i dużych nakładów na zabezpieczenie wrażliwych powierzchni. Co więcej, ten nieuchronny proces niszczenia materiałów i zasobów nie tylko ma negatywny wpływ na światową gospodarkę, ale również na życie i zdrowie ludzkie oraz otaczające nas środowisko. Zniszczone przez korozję budowle, konstrukcje czy środki transportu grożą tragicznymi w skutkach katastrofami, a korodujące rurociągi mogą prowadzić do trudnych do oszacowania zanieczyszczeń wód, gleby i powietrza. Według ostrożnych szacunków koszty bezpośrednie i pośrednie zjawiska korozji w Polsce sięgają ok. 100 mld zł, a w skali globalnej – nawet 1,8 bln dolarów. O tym, że korozja rzeczywiście jest sporym problemem społecznym, może świadczyć fakt, że przy ONZ powołano swego czasu Światową Organizację Korozji (ang. World Corrosion Organization), której celem jest edukacja oraz promocja działań mających na celu ograniczenie zjawisk korozyjnych.
Ogromna skala zjawiska
Dlatego też coraz większą rolę przy projektowaniu nowych inwestycji zaczyna odgrywać odpowiednie zabezpieczenie antykorozyjne wszelkiego typu rurociągów, którymi transportowane są różne media (m.in. ropa naftowa, gaz ziemny i woda). Ma to szczególne znaczenie w transporcie rurociągowym łatwopalnych lub wybuchowych substancji, ale również w przypadku innych materiałów – właśnie ze względu na wspomniane wcześniej ogromne koszty finansowe.
Wyliczenia dotyczące bezpośrednio gazociągów sporządzone w 2013 r. przez analityków EGIG (ang. European Gas Pipeline Incident Data Group) – stowarzyszenia zrzeszającego 17 głównych europejskich operatorów systemów transportu gazu ziemnego – pokazały, że w latach 2009-2013 w badanych państwach Europy korozja była odpowiedzialna za ok. 26% uszkodzeń gazociągów (Polska nie została objęta badaniem). Do tego należy dodać ok. 8% uszkodzeń o nieznanych źródłach, wśród których również zjawiska korozyjne mogły odegrać znaczącą rolę. To samo badanie wykazało, że w nieco dłuższym okresie czasu (lata 2004-2013), korozja przyczyniła się do 24% uszkodzeń tego typu rurociągów, co pokazuje, że w ostatnich latach zjawisko to nieznacznie się nasiliło.
Zjawisko korozji w rurociągach w zdecydowanej większości (81%) pojawiało się od strony zewnętrznej i w dwóch trzecich przypadków (68%) występowało w postaci niewielkich wżerów. W 12% awarii przyczyną była korozja galwaniczna, a w 5% miało miejsce pękanie korozyjne.
Działania już od fazy projektowania
Problematyka korozji w rurociągach doczekała się w wielu państwach odrębnych przepisów, standardów i norm, które w szczegółowy sposób regulują kwestię ich zabezpieczania. Działania antykorozyjne stają się obowiązkowym elementem inwestycji, w których transport realizowany jest przez sieci rurociągów. Wstępne działania przeciwkorozyjne są najczęściej podejmowane jeszcze na etapie przygotowywania takich sieci. Ważny jest bowiem już sam wybór odpowiednich materiałów konstrukcyjnych (np. stali kwasoodpornej), dopasowanych do środowiska, w którym będzie usytuowany rurociąg i odpornych na niszczące działanie niektórych związków (np. soli morskiej, zanieczyszczonej gleby, gazów przemysłowych czy nawet powietrza). Kolejnym ważnym elementem jest odpowiedni przebieg rurociągu, jego konstrukcja i sposób łączenia poszczególnych fragmentów.
Równie istotne jest podejmowanie odpowiednich działań także na etapie eksploatacji rurociągu (tam, gdzie jest to możliwe), np. oczyszczanie i osuszanie narażonych na korozję powierzchni, odnawianie powłok izolacyjnych bądź wręcz wpływanie na skład środowiska.
Powłoki izolacyjne
Nawet najlepiej zaplanowane działanie prewencyjne nie wystarczy, aby uchronić rurociąg przed korozją. Dlatego równolegle stosuje się również inne, bardziej konkretne formy zabezpieczenia sieci rurociągowych. Najczęściej stosowanym dziś zabezpieczeniem antykorozyjnym są zewnętrzne powłoki izolacyjne nakładane bezpośrednio na rury stalowe już w trakcie budowy sieci.
Wymagania względem powłok mogą być bardzo różne – w zależności od rodzaju rurociągu, a przede wszystkim miejsca jego przebiegu. Zdecydowanie ostrzejsze są normy dotyczące tych sieci, które biegną pod ziemią albo na dnie mórz czy innych zbiorników wodnych niż te odnoszące się do konstrukcji na wolnym powietrzu. Przyjmuje się, że w trudno dostępnych miejscach (nikt raczej nie będzie wykopywał rur, by naprawić uszkodzenia spowodowane korozją, a jeśli już – wiąże się to z bardzo dużymi kosztami) izolacja antykorozyjna powinna być równie trwała jak żywotność danego rurociągu.
Stosowane na przestrzeni ostatnich lat zabezpieczenia przeciwkorozyjne – w zależności od materiału izolacji – można podzielić na trzy zasadnicze grupy: asfaltowe i ze smoły węglowej, taśmowe z tworzyw sztucznych oraz zabezpieczenia z żywic syntetycznych, w tym epoksydowe, polietylenowe, polipropylenowe i poliuretanowe.
Z wieloletnich doświadczeń w eksploatacji rurociągów oraz prowadzonych badań wynika, że najlepsze zabezpieczenie przed korozją zapewniają powłoki z trzeciej grupy. W Europie (w tym i w Polsce) najczęściej stosowanymi dziś powłokami ochronnymi są te wykonane z tworzyw poliolefinowych w postaci trójwarstwowych izolacji polietylenowych (3LPE) oraz trójwarstwowych izolacji polipropylenowych (3LPP). Zaletą tych materiałów jest nie tylko dobra ochrona przed rdzą i uszkodzeniami mechanicznymi, ale także duża odporność na działanie szkodliwych dla rurociągów agresywnych czynników korozyjnych (chemicznych, promieniowania UV, wilgoci) oraz mikrobiologicznych (działanie organizmów żyjących w wodzie czy glebie).
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Liczba i grubość nakładanych warstw powłoki uzależniona jest od warunków zewnętrznych. Jeszcze przed samym zasypaniem w ziemi lub położeniem na dnie zbiornika wodnego za pomocą odpowiednich czujników kontrolowana jest jakość oraz szczelność nałożonej izolacji.
Ochrona katodowa
Choć stosowane dziś powłoki antykorozyjne są coraz lepszej jakości, nie zapewniają one 100-procentowej ochrony przed korozją. Powodem są możliwe uszkodzenia mechaniczne izolacji na etapie transportu czy układania rurociągu w ziemi, a także nieszczelności powstałe w trakcie nakładania samej powłoki. Nawet niewielkie defekty mogą z czasem powodować postępujący proces degradacji prowadzący do uszkodzenia rurociągu.
Dlatego na całym świecie – obok ochrony za pomocą powłok izolacyjnych – stosuje się równolegle tzw. ochronę katodową (w niektórych przypadkach i państwach jest ona wręcz obowiązkowa), której zadaniem jest zabezpieczenie przed korozją elektrochemiczną, do której może dojść na niechronionej powierzchni rur stalowych. Jej stosowanie ograniczone jest wyłącznie do metalowych elementów, które narażone są na stały kontakt z elektrolitycznym środowiskiem korozyjnym (ochronę taką stosuje się nie tylko wobec rurociągów, ale również np. w zbiornikach wodnych i na kadłubach okrętów), a więc znajdujących się pod ziemią bądź pod wodą. Poprawnie działająca ochrona katodowa zapewnia 100-procentową ochronę przed korozją.
Funkcjonowanie tego typu zabezpieczenia opiera się na wzajemnym oddziaływaniu anody (zewnętrznego obiektu) oraz katody (metalowej powierzchni rurociągu). Zachodzące w takim układzie reakcje chemiczne powodują wytworzenie prądu elektrycznego płynącego do metalu. Ma on właściwości przeciwutleniające, dzięki czemu hamuje procesy korozyjne, a w niektórych przypadkach całkowicie je eliminuje.
Rolę anod pełnią elementy umieszczone w tym samym środowisku, które można podzielić na dwa typy: pierwszym są trwałe obiekty zasilane prądem z zewnętrznego źródła (np. prostownika), drugim zaś wymienne elementy (tzw. anody galwaniczne) wykonane najczęściej z metali o niskim potencjale. W tym drugim przypadku ograniczeniem jest konieczność istnienia środowiska dobrze przewodzącego prąd. O wyborze rodzaju anod, ich liczbie i rozmieszczeniu decyduje się w każdym przypadku indywidualnie – w zależności od szeregu warunków zewnętrznych. Generalnie jednak powinny one zapewniać równomierny dopływ prądu do wszystkich potencjalnie zagrożonych powierzchni.
Ochrona katodowa działa wyłącznie w tych miejscach, w których nie ma już powłoki izolacyjnej. Tam, gdzie powłoka wciąż istnieje, powierzchnia rury nie ma kontaktu z czynnikami zewnętrznymi i nie zachodzą procesy korozyjne.
Żaden rurociąg – bez względu na to, czy mówimy o potężnej sieci biegnącej przez cały kontynent, czy o małych, lokalnych rozwiązaniach – nie może właściwie funkcjonować bez odpowiedniej ochrony przeciwkorozyjnej. To od niej zależy żywotność i bezawaryjna praca całej sieci. Dlatego już w momencie jej tworzenia ważną rolę w tym procesie powinni odgrywać eksperci od zabezpieczenia antykorozyjnego.
