Bratislava 1. februára 2018 – Protikorózna ochrana oceľových úložných zariadení je podmienkou pre zabezpečenie požadovanej životnosti, bezpečnej a spoľahlivej prevádzky. Dnes používané prostriedky protikoróznej ochrany sú zaraďované do dvoch skupín.
Prvú skupinu predstavuje pasívna protikorózna ochrana (ochranné povlaky a nátery). Druhú, doplnkovú ochranu reprezentuje aktívna protikorózna ochrana (katódová ochrana). Faktom je, že tieto dva typy ochrany sa vzájomne dopĺňajú. Ak uvažujeme v teoretickej rovine, potom pri ideálnych podmienkach zabezpečenia plnohodnotnej protikoróznej ochrany potrubia uloženého v pôde by mal postačovať kvalitný neporušený ochranný povlak.
V reálnych podmienkach je splnenie podmienky neporušenosti ochranného povlaku problematické. Prirodzené starnutie, poškodenia pri výstavbe alebo následnej prevádzke znižujú kvalitu ochranných povlakov, a tak na rad prichádza aktívna ochrana, ktorá dokáže významnou mierou eliminovať poškodenia ochranného povlaku. Existujú však situácie, pri ktorých ani kombináciou pasívnej a aktívnej ochrany nie je možné koróznym procesom zabrániť.
Odhalenie koróznych poškodení
SPP – distribúcia, a.s., (SPP-D) prevádzkuje rozsiahlu sieť oceľových VTL, STL a NTL plynovodov. Okrem štandardne vykonávaných údržbových činností, je časť aktivít zameraná aj na inšpekčné činnosti (vnútorná a vonkajšia inšpekcia), ktorých cieľom je odhalenie a následne včasné odstránenie potenciálnych rizík. Vnútorná inšpekcia – umožňuje vyhľadať materiálové defekty, chybné zvary, deformácie, ale aj miesta korózne napadnuté. Základným predpokladom výkonu vnútornej inšpekcie je priechodnosť potrubia pre inšpekčný valec. Priechodnosť je podmienená konštantným priemerom potrubia a absenciou reštrikčných prvkov.
Vonkajšia inšpekcia – je vykonávaná na zasypanom plynovode, a je zameraná na vyhľadanie defektov ochranného povlaku, zhodnotenie koróznych vplyvov a posúdenie účinnosti katódovej ochrany. V rámci pravidelných inšpekčných aktivít bola v roku 2015 vykonaná vnútorná re-inšpekcia VTL plynovodu DN300 s dĺžkou približne 45 km. Tento plynovod bol uvedený do prevádzky v roku 1992, čiže ide o pomerne krátkodobo prevádzkovaný plynovod. Výsledky reinšpekcie poukázali na pomerne závažné korózne poškodenia v oblasti zvarov. Od prvej vnútornej inšpekcie realizovanej v roku 2006 boli výpočtom stanovené priemerné úbytky hrúbky steny pohybujúce sa až na úrovni 0,25 mm/rok.
Na základe týchto zistení bolo nevyhnutné pristúpiť k opravám. Podľa závažnosti a rozsahu poškodenia steny potrubia boli opravy rozdelené na etapy. V roku 2016 sme sa zamerali na miesta s indikovanými najzávažnejšími poškodeniami. Už prvé výkopy potvrdili negatívne zistenia vnútornej inšpekcie. Jedno z opravovaných koróznych poškodení (box koróznych defektov) je zobrazené na obr. 1.
Znázorňuje porovnanie výstupu z vnútornej inšpekcie (vľavo), korózne napadnutie pred odstránením koróznych splodín (v strede) a stav povrchu potrubia po odstránení koróznych splodín (vpravo).
Stanovenie príčin
Pri závažných koróznych poškodeniach je nevyhnutné zistiť príčinu, a to najmä v prípade, ak ide o potrubie s funkčnou katódovou ochranou. Poznať príčinu je dôležité aj vo vzťahu k prijatiu následných opatrení pri oprave a prevádzkovaní plynovodu.
Vonkajšia inšpekcia na tomto plynovode bola realizovaná v roku 2014. Tá neodhalila rozsiahle poškodenie ochranného povlaku (na 45 km bolo lokalizovaných 120 malých defektov – podľa klasifikácie DCVG), respektíve zníženej účinnosti katódovej ochrany.
Plynovod je od výstavby chránený katódovou ochranou (systém staníc katódovej ochrany s vonkajším zdrojom ochranného prúdu) a nie je ovplyvňovaný bludnými prúdmi. Z pohľadu zisteného stavu ochranného povlaku a funkčnosti katódovej ochrany sa javil výskyt korózneho poškodenia ako málo pravdepodobný.
Prvou indíciou k odhaleniu príčiny korózie bola skutočnosť, že poškodenia sa nachádzali v oblasti zvarov. Podozrenie teda padlo na nekvalitne vykonané izolatérske práce pri ich doizolovaní, čo sa následne pri výkopoch aj potvrdilo.
Na doizolovanie zvarov bol použitý páskový PE izolačný systém (obr. 2), časť zvarov bola doizolovaná asfaltovými natavovacími pásmi (obr. 3). O nízkej kvalite vykonaných izolatérskych prác svedčia priložené fotografie. Už pri vizuálnej kontrole boli badateľné miesta s nízkou (žiadnou) priľnavosťou – tzv. kapsy. Počas odstraňovania izolácie vytekala spod nej voda. Oproti tomu, továrenský povlak (zosilnený asfaltový s PVC výstužnou fóliou), bol veľmi kvalitný s výbornou adhéziou.
Je potrebné poznamenať, že začiatkom 90. rokov 20. storočia sa pri výstavbe plynovodov stále používali rúry s továrenským asfaltovým povlakom. Povrch asfaltových povlakov nie je hladký, a ani pri nahriatí a dodatočnom vyhladzovaní ho nedokážeme v terénnych podmienkach úplne vyhladiť. Na doizolovanie zvarov by preto mali byť použité izolačné systémy, ktoré sa dokážu vyrovnať s nerovnosťami asfaltových povlakov. To znamená, že izolačný systém musí mať dostatočne hrubú a lepivú spodnú vrstvu, čo pri použitom PE izolačnom systéme nebolo splnené.
Ďalším predpokladom správnej aplikácie PE páskového izolačného systému je dodržanie konštantného predpätia pásky, rovnomerné prekrytie jednotlivých vrstiev, ale v prvom rade kvalitné očistenie povrchu potrubia od hrdze a nečistôt. O „kvalite“ prípravy povrchu svedčí obr. 4, kde je evidentné, že sa nekládol dôraz na očistenie povrchu potrubia pred aplikáciou izolačného systému.
Korózne zasiahnuté oblasti potrubia sa nachádzali v polohách od 3. do 9. hodiny, čiže miesta, kde sa vytvorili podmienky na hromadenie natečenej vody. Charakter koróznych splodín, korózneho poškodenia steny, ale najmä prítomnosť biofilmu naznačovali, že ide s najväčšou pravdepodobnosťou o mikrobiologicky asistovanú koróziu (Microbiologically Influenced Corrosion, skrátene MIC) – obr. 5.
Na potvrdenie tejto hypotézy (MIC) boli z potrubia odobrané vzorky koróznych splodín a tie následne odovzdané pracovníkom Ústavu materiálov a inžinierstva kvality Fakulty materiálov, metalurgie a recyklácie TU v Košiciach, ktorí na dodaných vzorkách vykonali tri rôzne testy:
1) SEM (Scanning Electron Microscopy) a EDX (Energy – dispersive X-ray Spectroscopy) analýza koróznych produktov – EDX analýza potvrdila zvýšený obsah síry (3,6 hm. %) v analyzovanej oblasti. Pri mapovaní koncentrácie sa našli miesta s lokálne vyšším obsahom síry (obr. 6). Na obr. 7 je dokumentovaný výber spektier z analyzovaných lokalít.
2) FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) analýza koróznych splodín (infračervená spektroskopia) – preukázala, že k zvýšenému koróznemu napadnutiu došlo za asistencie SRB (síran redukujúce baktérie), pretože vo vrstve koróznych produktov sa nenachádzali zoxidované formy sírnatých zlúčenín ako sírany a siričitany, pretože tie sú premenené na elementárnu síru a sulfidy metabolickými cestami SRB baktérií.
3) Test pomocou bio-detektora na síran redukujúce baktérie (SRB) – reakcia roztoku (sčernenie číreho roztoku) prebehla na 3. až 4. deň, čo predstavuje veľmi vysokú aktivitu SRB baktérií (obr. 8).
Mikrobiologicky asistovaná korózia – mikrobiologicky asistovaná korózia (tiež nazývaná mikrobiálna alebo biologická) je formou korózie, kde za prítomnosti mikroorganizmov (metabolickými procesmi) dochádza k významnému zrýchleniu koróznych procesov. Na miestach napadnutých mikroorganizmami sa, v závislosti od druhu baktérií, vytvára na povrchu kovu biofilm (obr. 9), ktorý je, v prípade SRB baktérií sprevádzaný charakteristickým zápachom po sírovodíku.
Preverenie účinnosti katódovej ochrany
Korózne poškodenia na katódovo chránených zariadeniach môžu vyvolať diskusiu o účinnosti katódovej ochrany. Súčasťou postupov pri stanovovaní príčin koróznych poškodení bolo aj preverenie účinnosti katódovej ochrany priamo vo výkopoch, ktoré pozostávalo z:
• merania zapínacieho (Eon) a vypínacieho (Eoff) potenciálu – vo všetkých prípadoch bolo splnené potenciálové kritérium,
• merania veľkosti a smeru toku prúdu na skúšobnú vzorku (Ps10Pb) – vo všetkých prípadoch bol smer prúdu z pôdy na vzorku,
• merania rozptylu (stability) zapínacieho potenciálu – výkyvy potenciálu neboli zistené, oblasť bola bez vplyvu jednosmerných bludných prúdov,
• vizuálneho posúdenia defektov, ktorých povrch bol v kontakte s pôdou – všetky takéto miesta mali výrazne mineralizovaný povrch, bez úbytku materiálu (typický príklad je uvedený na obr. 10 a obr. 11).
Z výsledkov meraní realizovaných vo výkopoch a z posúdenia povrchu potrubia v mieste defektov továrenského ochranného povlaku sa dá jednoznačne konštatovať, že účinnosť katódovej ochrany v miestach, kde sú podmienky pre tok ochranného prúdu na povrch kovu (povrch potrubia v mieste defektu je v kontakte s pôdnym elektrolytom), je dostatočná a potenciálne riziko ich korózneho poškodenia je nízke.
Záver
Primárnou príčinou koróznych poškodení sú nekvalitne vykonané izolatérske práce pri výstavbe plynovodu, čím sa vytvorili vhodné podmienky pre koróziu asistovanú mikroorganizmami. Potrubie vo vytvorených dutinách (kapsách) nemá priamy kontakt s pôdnym elektrolytom (izolácia je síce oddelená od povrchu potrubia, ale je pomerne celistvá), preto tok ochranného prúdu na túto časť potrubia je obmedzený.
V rámci plynovodnej siete v správe SPP-D ide o prvý prípad potvrdenej MIC. To však neznamená, že jej výskyt je ojedinelý. Pre prevádzkovateľov môže byť znepokojujúce, že pravdepodobnosť lokalizácie káps bežne používanými metódami kontroly stavu ochranného povlaku je pomerne nízka, čo v konečnom dôsledku môže viesť k nesprávnemu zhodnoteniu technického stavu potrubia. V tejto súvislosti je na mieste vyzdvihnúť význam vykonávaných vnútorných inšpekcií, ale aj zodpovedný prístup k evidencii koróznych poškodení na katódovo chránených potrubiach.
Lektor: doc. Ing. Mária Hagarová, PhD., TU v Košiciach
(Článok bol publikovaný v českom odbornom časopise Plyn)