Mreža cjevovoda u Republici Hrvatskoj je dugačka. Objavljeno je da približno 759 km cjevovoda srednjeg toka prenosi sirovu naftu. Ti se cjevovodi obično strateški vode pod zemljom na velike udaljenosti, nesmetano okolnim zajednicama. Međutim, ovaj siguran i ekološki prihvatljiv način transporta sirove nafte može stvoriti probleme s obzirom na korozivno okruženje kojem su izloženi podzemni cjevovodi.
Podzemni cjevovodi obično su izrađeni od ugljičnog čelika jer je to isplativa legura s poželjnim mehaničkim svojstvima. Međutim, glavni nedostatak ugljičnog čelika u zemlji je njegova ograničena otpornost na koroziju. Prema podacima koje je tijekom posljednjih 14 godina prikupio sustav praćenja izvedbe cjevovoda (PPTS) od Američkog naftnog instituta (API), korozija je prouzročila 24% svih incidenata u podzemnim cjevovodima koji prenose opasne tekućine.
Korozivnost tla
Sastav tla se geografski razlikuje, ali je u osnovi agregat minerala, organskih tvari, vode i plinova. Ovi osnovni sastojci tla objašnjavaju njegova svojstva, uključujući korozivnost. Varijacije korozivnosti tla tijekom putanje cjevovoda mogu dovesti do korozije uslijed diferencijalnog naboja, što je glavni razlog korozije vanjske stjenke ukopanih cjevovoda.
Neke od pokretačkih sila korozije tla uključuju, između ostalog, razinu kisika, koncentraciju elektrolita, sadržaj vlage i mikrobiološke populacije. Voda, u kombinaciji s različitim ionskim vrstama prisutnim u tlu, može dovesti do stvaranja jakih elektrolitskih vodenih otopina, koje smanjuju otpor tla i ubrzavaju brzinu korozije. Kapacitet tla za zadržavanje vode jako ovisi o njegovoj teksturi i veličini čestica. Na primjer, tla koja sadrže grubi pijesak čestica relativno velikog promjera imaju ograničeniju sposobnost nakupljanja vode od tla s velikim udjelom sitnijih čestica, poput sitnog pijeska ili gline. Kako su sitnije čestice obično zasićenije vodom od grubog pijeska, cjevovodi okruženi sitnijim česticama obično će biti izloženi okruženju zasićenom vodom.
Kisika kao oksidirajući agens
Zbog uloge kisika kao oksidirajućeg agensa, stupanj prozračivanja drugi je parametar koji utječe na koroziju tla. Iako je grubi pijesak ograničen u sposobnosti nakupljanja vode, učinkovitiji je u prijenosu kisika od sitnijih čestica u tlu. To povećava stupanj prozračivanja, što rezultira ubrzanom korozijom. Iskopavanja radi inspekcije ili popravaka također će povećati razinu kisika. Kako cjevovod putuje u tlu sa različitim koncentracijama kisika, stvaranje diferencijalnih stanica za prozračivanje gotovo je neizbježno. Pozicije cjevovoda izložene tlu s nedostatkom kisika postaju anodna, dok ona u dodiru s visoko prozračenim tlom postaju katodna.
Prisutnost mikrobioloških populacija u tlu može utjecati na koroziju i daljnje propadanje podzemnih cjevovoda srednjeg toka. Ova vrsta korozije, koja se široko naziva mikrobiološkom korozijom (MIC), povezana je s aktivnošću različitih mikroorganizama u tlu. Tlo štiti mnoštvo različitih vrsta bakterija, koje se mogu prilagoditi različitim pH razinama, koncentracijama kisika i temperaturama. Bakterije mogu utjecati na proces korozije stvaranjem biofilmova na površini cjevovoda i stvaranjem koncentracije diferencijala. Unutar biofilma aerobne bakterije ispuštaju kisik, a bakterije koje proizvode kiselinu smanjuju razinu pH. Ova mikrobna aktivnost stvara anode i rezultira lokaliziranom korozijom nalik jamicama. Neke od ovih bakterija su i bakterije koje reduciraju sulfat (SRB), one mogu reducirati sulfatne ione u sulfide i povećati vjerojatnost pucanja uslijed stres korozije.
Vanjska korozija utječe na sve zakopane cjevovode i moramo se boriti protiv nje primjenom učinkovite zaštitne barijere zajedno s sustavima katodne zaštite. Premazi pružaju barijeru između korozivnog okoliša tla i cjevovoda, ujedno izolirajući i supstrat. Katodna zaštita cjevovoda, s druge strane, čini ga katodnim primjenom istosmjerne struje.
Osmay Oharriz, Belzona voditelj naftne i plinske industrije
Trenutno se koristi velika raznolikost premaza za zaštitu ukopanih cjevovoda od ugljičnog čelika, svaki sa svojim prednostima i ograničenjima. Neki od nedostataka uočenih kod premaza povezani su, između ostalog, s ograničenim temperaturnim rasponom, lošom otpornošću na smicanje i tlačno naprezanje, katodnim odvajanjem i ograničenjima primjene.
Ispitivanje materijala
Otpornost premaza na potapanje u tekućine
Kako su podzemni cjevovodi izloženi vodi i otopljenim solima, odabrani premaz mora biti u stanju izdržati kontinuirano izlaganje vodenim otopinama soli. ISO 2812-2 određuje metodu za određivanje učinaka potpunog ili djelomičnog potapanja vode na premaz. Uključuje potapanje presvučenih ploča od ugljičnog čelika u kupku s morskom vodom na 40 ° C (104 ° F) na šest mjeseci. Po završetku ispitivanja, vizualnim pregledom na pukotine, mjehuriće ili raslojavanje utvrđuje se zadovoljava li premaz ili ne.
Otpornost na visokotemperaturno uranjanje
Izviješteno je da vanjska strana nekih cjevovoda može doseći temperature iznad 50˚C (120˚F). To se obično događa u ljetnim mjesecima kada je temperatura zraka i tla najviša. Stoga premaz mora podnijeti povišene temperature bez značajnih znakova propadanja.
Otpornost na toplinu i propusnost premaza mogže se odrediti atlas cell testom u skladu s TM0174-1991. Ova se tehnika koristi za dobivanje maksimalne temperature pri kojoj premaz može pružiti prikladnu zaštitnu barijeru u uronjenim uvjetima.
Test uključuje uranjanje premazane ploče u kemijsku otopinu temperaturnih uvijeta koji su usporedivi s predviđenim radnim okruženjem.
Deionizirana voda obično se koristi kao otopina za ispitivanje jer pruža najveću moguću razinu koncentracije, promičući prodiranje vode kroz prevlaku. Test traje šest mjeseci. Premazi se pregledavaju nakon prvog, trećeg i šestog mjeseca ispitivanja. Test se smatra uspješnim ako se ne otkriju pukotine, mjehurići ili hrđa.
Elektrokemijska impedancijska spektroskopija (EIS) metoda je ispitivanja impedancije ili otpora protoku električne struje kroz oblogu u skladu s ISO 16773-2. Ova tehnika može se koristiti zajedno uz atlas cell test. Bilo koja voda koja može prodrijeti kroz premaz smanjila bi impedanciju premaza. Usporedbom izmjerenih vrijednosti prije i nakon atlas cell testa može se odrediti kvantitativna propusnost vode.
Otpornost na pritisak
Podzemni cjevovodi izloženi su značajnim tlačnim naprezanjima povezanim s opterećenjima radi težine tla, težine cjevovoda i težine medija u cjevovodu. Ispitivanje u skladu s ASTM D695 ukazuje na sposobnost premaza da se odupre degradaciji kada je aksijalno napregnuto pod tlakom. Ovaj se postupak sastoji od upotrebe tenzometra od 25 kN za vršenje opterećenja na uzorku odljevka sve dok se ne primijeti puknuće.
Otpornost na smicanje
Promjene temperature i tlaka uslijed različitih radnih uvjeta rezultiraju širenjem i skupljanjem cjevovoda od ugljičnog čelika. Relativan pomak između cjevovoda i tla opteretiti će premaz naprezanjima posmaka. Ako adhezija prevlake ne može nadvladati naprezanja posmaka koja djeluje na cjevovod, može doći do odvajanja prevlake.
Ispitivanje prema ASTM D1002 primjenjuje se za utvrđivanje adhezije odnosno prijonjivosti materijala. U ovoj metodi materijal spaja dvije krute metalne pločice. Nakon što materijal potpuno očvrsne, primjenjuje se tenzometar od 25 kN za vlačno opterećenje na obje ploče u suprotnim smjerovima sve dok ne dođe do prekida zaljepnjenog spoja.
Fleksibilnost i otpornost na puknuće
Premazi naneseni na podzemne cjevovode mogu se rastezati kada podloga propada ili se deformira uslijed neočekivanih opterećenja. To je razlog zašto se premazi cjevovoda ispituju na njihovu sposobnost da se odupru pucanju kada je podloga pod opterećenjem. ASTM D522 je metoda ispitivanja koja u tu svrhu koristi cilindrične trnove. Obložena ploča postavlja se na cilindrične trnove različitih promjera, dok je nepremazana strana ploče u dodiru s trnom. Zatim se ploča savija na 180˚ fiksnom brzinom i odmah pregledava ima li znakova pucanja, raslojavanja ili bilo koje druge degradacije.
Otpornost na katodno odvajanje
Kao što je ranije spomenuto, katodna zaštita se može koristiti zajedno sa sustavom premaza. U premazu se mogu pojaviti rupice ili diskontinuiteti te izložiti cijev neželjnim utjecajima iz tla. U tom slučaju primijenjena katodna zaštita može uzrokovati daljnju degradaciju premaza i koroziju. ASTM G8 pruža metodu ispitivanja za simulaciju ovakvog scenarija. Premazani uzorak namjerno je perforiran kako bi se dobio nedostatak fiksne veličine ili rupice. Zatim je uzorak izložen elektrolitu i električnim naprezanjima na sobnoj ili povišenoj temperaturi (ASTM G42). Testiranje se provodi tijekom 30 dana. Nakon izlaganja, uzorak se vizualno pregledava kako bi se utvrdilo da li su se pojavile nove rupice i nedostatci premaza na rubu početne perforacije, te da li ima znakova degradacije, poput balončića ili pucanja. Što je manje novih oštećenja, to je premaz otporniji na katodno odvajanje.
Da bi premaz bio kvalitetno rješenje za vanjsku koroziju podzemnih cjevovoda, mora pokazati izvrsne rezultate gore spomenutih ispitivanja. Premaz bi također trebao biti ekološki prihvatljiv, ekonomičan i imati jednostavan i praktičan postupak nanošenja.
Studija slučaja
Kemijska tvrtka na Tajlandu odlučila je zaštititi vanjsku površinu podzemnog cjevovoda. Cjevovod je prethodno bio premazan polietilenskim premazom i bio je pod jakim utjeajem korozije vanjske stjenke. Podzemna voda visokog saliniteta utjecala je na cjevovod i ubrzala degradaciju i odvajanje prethodne prevlake na određenim područjima. Vlasnik cjevovoda planirao je primijeniti alternativno rješenje premazom. Kupac je proučio sve podatke o ispitivanju i odabrao Belzonu 5811 za zaštitu cjevovoda.
Prije nanošenja sustava zaštitnog premaza cjevovod je opjeskaren prema SSPC-SP 10 standardu čistoće površine. Profil hrapavosti podloge izmjeren je Testex trakom u skladu s NACE SP0287 kako bi se osiguralo 75 μm dubine hrapavosti površine. Površina je očišćena i odmašćena pomoću odgovarajućih kemikalija za čišćenje i odmašćivanje u skladu sa zahtjevima navedenim u SSPC-SP10. Izvođač je za nanošenje koristio Hasco pumpu za bez-zračno sprejanje Belzone 5811. Sustav je nanesen u dva sloja kontrastnih boja i postignuta je minimalna debljina suhog filma od 400 μm.
Stvrdnjavanje premaza bilo je u skladu s Belzoninim uputama za uporabu (IFU). Nakon što se epoksidni materijal stvrdnuo, sustav cjevovoda transportiran je do mjesta ukopa i zatrpan sitnim pijeskom uz primjenjenu katodnu zaštitu.
