W artykule przedstawiono rezultaty przeprowadzonych badań hydraulicznych oraz badań stanu technicznego rurociągu solanki, użytkowanego od ponad 40 lat. Opisano szereg zagadnień związanych z jego pogarszającym się stanem technicznym i zmniejszającą się przepustowością. Wskazano czynniki wpływające na postępującą korozję oraz scharakteryzowano przyczyny zwiększania się z upływem czasu oporu hydraulicznego rurociągu.

Zgromadzone dane posłużyły do porównania zastosowania w przemyśle chemicznym rurociągów stalowych i polietylenowych do transportu solanki w aspekcie techniczno-ekonomicznym. Analiza porównawcza rurociągu stalowego i polietylenowego wykazała zalety wykorzystania rurociągów wykonanych z PE.

Badania stanu technicznego rurociągu stalowego 

Przedmiotem omówionych niżej badań i analiz jest eksploatowany od ponad 40 lat stalowy rurociąg solanki DN 500 (508x11) o długości około 28 km, transportujący solankę o gęstości 1260 kg/m3 (wartość podana przez użytkownika/inwestora) z kopalni soli do zakładów chemicznych. Obszar badań obejmował dwa główne kierunki prac:

•    badania stanu technicznego rurociągu ze szczególnym uwzględnieniem wpływu korozji na dopuszczalne ciśnienia [4],

•    badania i obliczenia hydrauliczne mające na celu określenie możliwości zwiększenia przepustowości rurociągu [1].

Metodyka badawcza stanu technicznego rurociągu [4]

Zakres badań obejmował wykonanie pomiarów w warunkach terenowych oraz laboratoryjnych. W badaniach wykorzystano następujące techniki badawcze:

•    ocena wizualna,

•    pomiar grubości ścianki rurociągu,

•    pomiar grubości powłoki izolacyjnej,

•    badania oddziaływania prądów błądzących na rurociąg,

•    pomiar odczynu gruntu w pobliżu rurociągu,

•    pomiar rezystywności gruntu w pobliżu rurociągu,

•    badania laboratoryjne i ocena wpływu szybkości korozji oraz prędkości przepływu solanki na trwałość instalacji.

Wyniki badań stanu technicznego rurociągu solanki [4] Ocena wizualna

W trakcie prac stwierdzono, że w części komór studni spustowych istnieją duże ubytki zarówno materiału izolacyjnego, jak i ścianki komory. W studniach występuje wyciekanie solanki z zaworów i złącz kołnierzowych. Dostająca się do wnętrza studni woda z opadów atmosferycznych lub woda gruntowa prowadzi do jej rozcieńczenia i tym samym do zwiększenia jej agresywności w stosunku do stali. Jest to przyczyną silnej korozji rurociągu od strony zewnętrznej, która jest widoczna na zamieszczonych zdjęciach (fot. 1 i fot. 2). Korozji ulegają wszystkie elementy znajdujące się w studni spustowej: zawór odcinający, zawory spustowe oraz kompensatory montażowe.

Pomiar grubości ścianki rurociągu

Na podstawie przeprowadzonych ultradźwiękowych pomiarów grubości ścianek rurociągu solanki w wybranych miejscach (we wszystkich 49 studniach spustowych oraz w 60 wykopach odkrywających odcinki proste i łuki) stwierdzono, że najmniejsze grubości ścianek występują w studniach spustowych. Nie stwierdzono istotnego zmniejszenia grubości ścianek na łukach i odcinkach prostych, poza miejscami zlokalizowanymi w bezpośredniej bliskości studni spustowych.

Spośród wszystkich mierzonych grubości ścianek rurociągu w tabeli 1 przedstawiono wartości najniższe, zmierzone w komorach spustowych. W tabeli 1 podano miejsce, grubości ścianki i wartość średnią grubości ścianki dla danej lokalizacji.

Pogrubioną czcionką oznaczono wartości mniejsze niż wyliczona minimalna (bez uwzględnienia naddatków na korozję) grubość ścianki 6,79 mm dla ciśnienia 2,5 MPa.

W większości studni zaobserwowano bardzo silną korozję rurociągów od strony zewnętrznej. Związane jest to z obecnością rozcieńczonej wodą solanki, która w dużo bardziej agresywnym stopniu działa napowierzchnię metalu niż stężona solanka wewnątrz rurociągu. Występuje także naturalne pełzanie solanki na połączeniach kołnierzowych znajdujących się w komorach, o czym świadczą wykwity solne na armaturze (fot. 1).

Pomiar grubości powłoki izolacyjnej

Badania izolacji w każdym z wykopów wskazały, że stan izolacji jest ściśle związany z rodzajem gruntu, w którym rurociąg jest posadowiony. Grunty piaszczyste, o stosunkowo grubym ziarnie, które są dobrze natlenione, stwarzają warunki do utleniania izolacji. Utlenianie masy bitumicznej, która stanowi bazę pokrycia ochronnego, nie zachodzi w całej masie izolacji, ale ma charakter powierzchniowy. Izolacja w tych warunkach staje się krucha i bardzo łatwo można ją zdejmować z powierzchni rurociągu. Zupełnie inna sytuacja występuje, gdy rurociąg posadowiony jest w gruncie o charakterze gliniastym. Słaby dostęp tlenu do powierzchni izolacji sprawia, że warstwa chroniąca rurociąg jest praktycznie niezmieniona. W najgorszym stanie izolacja znajduje się w studniach spustowych solanki oraz w ich sąsiedztwie.

Na odcinkach rurociągu, w wykopach usytuowanych bezpośrednio przy studni, obserwuje się obniżoną przyczepność izolacji (lub nawet jej całkowity brak) na skutek korozji powodowanej solanką ze studni (fot. 3). Problem dotyczy wszystkich – bez wyjątku – studni, które badano. Fot. 4 obrazuje stan przy wyjściu rurociągu z ziemi, na granicy ośrodków ziemia – powietrze. Powłoka uległa praktycznie całkowitej degradacji. Może być to związane z wyciekami solanki i nasycaniem terenu wodą z solą, co prowadzi do przyspieszonej degradacji powłoki malarskiej.

Na degradację izolacji rurociągu należy zwrócić szczególną uwagę w okolicy zbiorników wodnych, gdzie awaria rurociągu może znacząco oddziaływać na środowisko.

Badania oddziaływania prądów błądzących na rurociąg

Badania oddziaływania prądów błądzących (tzw. interferencji) wykonano na odcinku rurociągu znajdującym się w pobliżu zelektryfikowanej trakcji kolejowej. Miejsca pomiarów wybrano na podstawie analizy sytuacji terenowej, dokonanej pod kątem usytuowania źródła prądów błądzących i badanego obiektu.

Analiza sytuacji terenowej oraz uzyskane wyniki pomiarów wskazują, że w kilku rejonach prądy błądzące, wpływające do rurociągu w pobliżu trakcji kolejowej, mogą z niego wypływać do ziemi w miejscach defektów izolacji zewnętrznej i prowadzić do korozji elektrolitycznej.

Cały artykuł został opublikowany w nr 1/2019 magazynu Pompy Pompownie.