ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ ПРОТИВОКОРРОЗИОННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ.

Рассмотрим поставленную задачу на простом примере. Имеется протя-женный трубопровод из металла, заметно коррозирующего в атмосферных условиях: дождевая вода и туман (конденсат атмосферной влаги), насыщен-ные углекислотой и коррозионно-агрессивными соединениями из нашей ре-альной атмосферы. Внутри трубопровода течет также коррозионно-агрес-сивная среда. Известно (из практики), что наружная покраска снижает ско-рость коррозии. Однако окраска только части трубопровода (случай недо-статочного финансирования на противокоррозионные мероприятия) не дает желаемого эффекта: потери на устранение дефектов коррозионного проис-хождения уменьшаются на этой части, но сохраняются на остальной неокрашенной части. Следовательно защищать надо по возможности конст-рукцию в целом.

Если под экономическим эффектом Э_ф внедрения противокоррозионных мероприятий (ПКМ) понимать отношение:

Э_ф = К _э / К_кз ( 2.1 )

где: сумма К_э экономии денежных средств на расходы по ликвидации коррозионных повреждений металла трубопровода, отнесенная к сумме затрат К_кз на ПКМ, то графически это можно изобразить следующим образом (рис 2.1), причем:

Рис 2.1. Экономический эффект от расходов на противокоррозионную защиту

где: Кэ – фактическая экономия денежных средств при внедрении противо-

коррозионной защиты стоимостью Ккз.

Повторная и каждая последующая покраска увеличивают экономииче- ский эффект, однако все в меньшей степени, чем предыдущая.

Дополнительный экономический эффект может дать, например, нанесе-ние полимерной пленки (обычно рулонной самоклеющейся) поверх окраски.

В то же время локальное нарушение покрытия может резко снизить эко-номический эффект. Как правило именно нарушение сплошности покрытия, несвоевременное восстановление покрытия во время эксплуатации и являя-ются причиной аварий, следствие которых – большой экономический ущерб, измеряемый десятками миллиардов рублей. Например – нефтепроводы на Аляске (1986 г.), в Саратовской области ( 1997г.): прямые потери исчисля-ются миллионами долларов.

Дополнительный экономический эффект может дать нанесение покрытий на внутренней поверхности трубопровода, а на внешней – металлические по-крытия. Например, оцинкование углеродистых сталей дает значительно боль-ший эффект, чем лакокрасочное или полимерное.

Большой экономический эффект может дать (в конкретных случаях) применение коррозионно-стойких сплавов. Этот прием требует значительно больших начальных капитальных вложений Ккз, но резко сокращает текущие расходы на коррозионную защиту во время эксплуатации.

Также важно и на этапе проектирования, и на этапе эксплуатации опреде-лить оптимальные затраты на защиту металла от коррозии. Это может быть не только перечисленные ранее средства и методы. Набор мероприятий весьма обширен. Например, установка станций катодной защиты, установка на трубопроводах отсечной арматуры (запорных задвижек) на потенциально опасных участках (заболоченная местность; переходы через реки; ополз-невые участки). Это тоже противокоррозионное мероприятие, уменьшающее экономический и экологический ущерб от повреждения трубопровода.

Не менее важно также получить величину оптимальных затрат на сниже-ние коррозионных потерь.

Для защиты трубопроводов теплосетей, а также технического и бытового водоснабжения с успехом применяется установки импульсной катодной за-щиты. Эти устройства более экономичны в сопоставлении с аналогичными, но с постоянным потенциалом. Они более эффективны в специфических участках: гибах, отводах, тройниках, установки регулирующей и запорной арматуры,

Но применение станций катодной защиты – процедура достаточно про-должительна по времени и решается методом последовательного приближе-ния.

Начальный участок кривой на рис 2.1 может быть математически интер-претирован как одна из функций следующего набора: экспонента (и это представлено в виде формул (1.2а-д)); парабола; гипербола; степенная; пока-зательная и т.д.:

Э=С₁ Ккз^0,5 (1.2а)

Э=С₁ Ккзⁿ (1.2б)

Э=С₁ Ккз^С2 (1.2в)

Э=С₁exp( Ккз/С₂) (1.2г)

Э=С₁С₂^Ккз (1.2д)

где: С₁, С₂ – «подгоночные» коэффициенты для связи между собой дей-ствительной суммы капиталовложений с экономической эффективностью по предложенным зависимостям.

Отраслевые коэффициенты имеют конкретные числовые значения (для каждой отрасли отдельно).

Общими требованиями для таких функций являются: непрерывность, од-нозначность, соответствие начальным условиям (при Ккз=0, Э=0, а также условие о единственном максимуме – рост Ккз ведет к росту Э не бесконе- чно. Есть область насыщения

Граничные условия:

1) При Ккр=0 эффективность Э=0.

2) Ккпо/Ккп =1

Чаше всего используют для описания начального участка экспоненци-альные функции. Другие функции не должны иметь более одного максимума.

Рост затрат на противокоррозионные мероприятия должен приводить к росту экономической эффективности, но не до бесконечности.

Рост функции Ккр не должен приводить к постоянству Э.

На первом этапе задаются структурой функции и устанавливают на-чальные данные. Эти данные фиксируются в виде К_кп0 и К_кз0 – затраты на за-щиту по проекту. Далее дается обоснование и внедряются технические меро-приятия, затраты на внедрение которых суммируются с К_кз0 и сумма всех за-трат составляет последовательный ряд (с интервалом как правило один год ) Ккз1, Ккз2, Ккз3, Ккз4 и т.д. После каждой реализации определяется эко-номический эффект Э по формуле (2.1) и реальным данным (К_кз1, К_кз2, К_кз3, К_кз4 (рис 1.2). Причем в К_кп входят и косвенные потери, торые удалось предотвратить при внедрении очередного ПКМ:

Ккп = Кпкп + Кккп ( 2.3 )

где: индексы «пкп» и «ккп» относят убытки от прямых и от косвенных коррозионных потерь, соответственно.

Для энергетики:

К_ккп / К_пкп » 10 = m_ккп ( 2.4 )

Далее процедура сводится к следующему. Определяются Э₁; Э₂; Э₃; Э₄ и выбирается структура формулы связи Э и Ккз, например экспонента. Далее и составляется система из нескольких несовместных уравнений типа:

Э_ф = К_эфi / К_кзi = [ m₁ · exp( m₂ · К_кзi )] / Ккзi ( 2.5 )

Эта система несовместных уравнений (система, в которой число неизвест-ных: m₁ и m₂ меньше числа уравнений.

В данном случае 2 неизвестных и i = 4 уравнения) решается методом наименьших квадратов относительно средних числовых значений: m₁ и m₂.

Погрешность D методики расчета эффективности внедрения ПКМ рас-считывается следующим образом. Вычисляется для каждого случая К_кзi и d _i как разность между фактическим эффектом Э_фi и расчетным эффектом Э_рi.

Рис 2.2. Графическая интерпретация к обоснованию оптимума противокоррозионных затрат.

где: 1,2 – среднеквадратичная погрешность методики расчета Δ; 3,5 – верх-няя и нижняя граница интервала погрешности методики расчета;

4 – расчетная кривая.

Причем:

Э_рi = [ m₁ · exp( m₂ · К_кзi )] / К_кзi ( 2.6 )

d i = Э_фi– Э_рi ( 2.7 )

D = ( 2.8 )

Затем строятся на графике типа рис 2.2 нижняя и верхняя границы дове-рительного интервала. В первом случае была выбрана экспонента.

Затем процедуру расчетов повторяют для каждого типа перечисленных структур уравнений. Выбирается та структура, которая дает наименьшее значение D.

Эта структура используется в дальнейшем для прогноза Э_р в зависимо- сти от К_кз. Однако критерием прекращения дополнительных капитальных вложений будет резкое снижение величины отношения:

( Эфi+1 - Эфi ) / ( Ккз i+1 - Ккз i ) ( 2.9 )

Это показано на рис 2.2 – малое приращение между Эф4 и Эфi (на этом рисунке), отнесенное к большому приращению между К_кз4 и К_кзi дает малую величину. Что и послужит причиной стабилизации расходов на противокор- розионную защиту.

Здесь продемонстрирован упрощенный подход к оценке эффективности противокоррозионных затрат. Собственно только прямые затраты на возме-щение коррозионных потерь США в энергетике (тепловой и атомной) соста-вили в 1990 году 10 миллиардов долларов.