Почвенно-грунтовые факторы, влияющие на процесс коррозии стальных подземных трубопроводов, и их компьютерное моделирование

Коррозия различных газопроводов, в особенности такая ее распространенная разновидность, как электрохимическая, представляет собой главную угрозу для стальных подземных трубопроводов на стадии эксплуатации. Негативный эффект коррозии заключается в прямых потерях металла, увеличении материальных и трудовых затрат на обслуживание, ремонт и замену трубопроводов, простоях оборудования, ухудшении безопасности и экологической ситуации в случае выхода перекачиваемого продукта (особенно, если это горючий газ или нефть и нефтепродукты) в окружающую среду. В статье приводится анализ комплекса почвенно-грунтовых факторов, влияющих на интенсивность коррозионных процессов, протекающих на подземных стальных трубопроводах, освещены актуальные исследовательские подходы к данному вопросу, отечественные и зарубежные источники. Рассмотрены ключевые параметры, определяющие коррозионную агрессивность грунта, такие как влажность, аэрированность грунта, его физико-механические свойства, химический состав грунтового электролита (в том числе содержание хлоридов и сульфатов), наличие ряда специфических почвенных микроорганизмов. Рассматривается возможность и устанавливается вывод о целесообразности использования методов компьютерного моделирования для оценки воздействия ключевых параметров с применением современных программных средств, в частности программных сред SOLID и ANSYS, а также технологий нейросетевого моделирования. Компьютерное моделирование предоставляет широкие возможности для анализа и предсказания процессов коррозии в зависимости от изменения условий окружающей среды, что может иметь важное прикладное значение для лучшего понимания данных процессов и их влияния на надежность и долговечность стальных подземных трубопроводов в данных конкретных условиях.

1. Струцкий, Н. B. Организация электрохимической защиты стальных подземных трубопроводов от коррозии в газораспределительной отрасли Республики Беларусь / Н. В. Струцкий, В. Н. Романюк // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2024. Т. 67, № 3. С. 257–267.

2. Околелова, А. А. Экологическое почвоведение и законы экологии: учеб. пособие / А. А. Околелова, В. Ф. Желтобрюхов, Г. С. Егорова. Волгоград: ВГАУ-ВолгГТУ, 2017. 216 с.

3. Федорченко, В. И. Коррозия металлов: учеб. пособие / В. И. Федорченко. Оренбург: ГОУ ОГУ, 2009. 127 с.

4. Кулиев, С. И. Физико-химические основы коррозионных процессов: учеб. пособие / С. И. Кулиев, И. С. Борисевич. Витебск: Изд-во ВГУ им. П. М. Машерова, 2002. 71 с.

5. Новгородцева, О. Н. Коррозия металлов и методы защиты от коррозии: учеб. пособие / О. Н. Новгородцева, Н. А. Рогожников. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2019. 162 с.

6. Перелыгин, Ю. П. Коррозия и защита металлов от коррозии: учеб. пособие / Ю. П. Перелыгин, И. С. Лось, С. Ю. Киреев. Пенза: Изд-во ПГУ, 2015. 88 с.

7. Маскаленко, С. С. Особенности коррозии магистральных трубопроводов под действием почв и грунтов / С. С. Маскаленко, Е. С. Куликова // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке. Хабаровск: Дальневосточ. гос. ун-т путей сообщения, 2018. Т. 1. С. 400–404.

8. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава: ГОСТ 12536–2014. Взамен ГОСТ 12536–79; 01.07.2015. М.: Стандартинформ, 2015. 18 с.

9. Statistical Soil Characterization of an Underground Corroded Pipeline Using In-Line Inspections / R. Amaya-Gómez, E. Bastidas-Arteaga, F. Muñoz, M. Sánchez-Silva // Metals. 2021. Vol. 11, No 2. P. 292–314. https://doi.org/10.3390/met11020292.

10. Hamilton, W. A. Sulphate-reducing Bacteria and Anaerobic Corrosion / W. A. Hamilton // Annu. Rev. Microbiol. 1985. Vol. 39. P. 195–217. https://doi.org/10.1146/annurev.mi.39.100185.001211.

11. Factors influencing corrosion of metal pipes in soils / M. Wasim, S. Shoaib, N. Mubarak, Inamuddin, A. Asiri // Environ. Chem. Lett. 2018. Vol. 16. P. 861–879. https://doi.org/10.1007/s10311-018-0731-x.

12. Methods to Evaluate Corrosion in Buried Steel Structures: A Review / L. Arriba-Rodriguez, J. Villanueva-Balsera, F. Ortega-Fernandez, F. Rodriguez-Perez // Metals. 2018. Vol. 8, No 5. P. 334–355. https://doi.org/10.3390/met8050334.

13. Coupled electro-Chemical-Soil Model to Evaluate the Influence of Soil Aeration on Underground Metal Pipe Corrosion / R. M. Azoor, R. N. Deo, N. Birbilis, J. K. Kodikara // Corrosion. 2018. Vol. 74, No 11. P. 1177–1191. https://doi.org/10.5006/2860.

14. Cole, I. S. The Science of Pipe Corrosion: a Review of the Literature on the Corrosion of Ferrous Metals in Soils / I. S Cole, D. Marney // Corrosion Science. 2012. Vol. 56. Р. 5–16. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2011.12.001.

15. Azoor, R. Modelling and Testing of Optimum Soil Moisture Levels in the Corrosion of Underground Pipelines / R. Azoor, R. Deo, J. Kodikara // E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 92. P. 16002. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20199216002.

16. Corrosion Behavior and Mechanism of X80 Steel in Silty Soil under the Combined Effect of Salt and Temperature / X. Bai, B. He, P. Han [et al.] // RSC Advances. 2022. Vol. 12, No 1. P. 129–147. https://doi.org/10.1039/d1ra08249c.

17. Corrosion of API 5L X60 Pipeline Steel in Soil and Surface Defects Detection by Ultrasonic Analysis / F. Benkhedda, I. Bensaid, A. Benmoussat [et al.] // Metals. 2024. Vol. 14, No 4. P. 388. https://doi.org/10.3390/met14040388.

18. Electrochemical Corrosion Behaviour of Four Low-Carbon Steels in Saline Soil / G. Qi, X. Qin, J. Xie [et al.] // RSC Advances. 2022. Vol. 12, No 32. P. 20929–20945. https://doi.org/10.1039/d2ra03200g.

19. The Mutual Influence Between Corrosion and the Surrounding Soil Microbial Communities of Buried Petroleum Pipelines / H. Su, S. Mi, X. Peng, Y. Han // RSC Advances. 2019. Vol. 9, No 33. P. 18930–18940. https://doi.org/10.1039/c9ra03386f.

20. Cervová, J. The Effect of Soil Environment on the Corrosion of Pipeline / J. Cervová, M. Hagarová // Acta Metallurgica Slovaca. 2015. Vol. 21, No 2. P. 102–110. https://doi.org/10. 12776/ams.v21i2.566.

21. Lin, C. Multi-Phase-Field Modeling of Localized Corrosion Involving Galvanic Pitting and Mechano-Electrochemical Coupling / C. Lin, H. Ruan // Corrosion Science. 2020. Vol. 177. Art. 108900. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108900.

22. Моделирование процесса коррозионного растрескивания подземных трубопроводов / С. Н. Кутепов, А. Н. Сергеев, А. Е. Гвоздев [и др.] // Чебышевский сборник. 2021. Т. 22, No 5. С. 374–383. https://doi.org/10.22405/2226-8383-2021-22-5-374-383.

23. Yegorchenko, R. Modeling the Corrosive Destruction of Underground Degassing Pipelines / R. Yegorchenko, A. Yavorskyi, P. Dyachkov // Mining Machines. 2024. No 4. P. 220–230.

24. Овчинников, И. Г. Применение программного комплекса ANSYS к расчету толстостенного трубопровода, подвергающегося высокотемпературной локальной водородной коррозии / И. Г. Овчинников, С. А. Бубнов // Известия Саратовского университета. Сер. Математика. Механика. Информатика. 2011. Т. 11, № 3–2. С. 100–102. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2011-11-3-2-100-102.

25. Predicting Pipeline Corrosion in Heterogeneous Soils Using Numerical Modelling and Artificial Neural Networks / R. Azoor, R. Deo, B. Shannon [et al.] // Acta Geotechnica. 2021. Vol. 17, No 4. P. 1463–1476. https://doi.org/10.1007/s11440-021-01385-5.

26. Chung, N. T. Comparison of Response Surface Methodologies and Artificial Neural Network Approaches to Predict the Corrosion Rate of Carbon Steel in Soil / N. T. Chung, S. R. Choi, J. G. Kim // Journal of The Electrochemical Society. 2022. Vol. 169, No 5. P. 51503. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ac700d.