Контрольная работа №1. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ И ВНУТРЕННИХ ФАКТОРОВ НА СКОРОСТЬ КОРРОЗИИ. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ И ВНУТРЕННИХ ФАКТОРОВ. Лабораторная работа 1 влияние внешних и внутренних факторов на скорость коррозии
 Скачать 0.76 Mb.
|
|
Лабораторная работа № 8 «ПРОТЕКТОРНАЯ ЗАЩИТА ДНИЩА РЕЗЕРВУАРА РВС» Цель работы: 1. Ознакомление с одной из методик определения число протекторов типа ПМ для защиты днища резервуара РВС. 2. Получение навыков в определении срока службы протекторов типа ПМ для защиты днища резервуара РВС. Основные положения Коррозия – естественное явление, определяемое как разрушение веществ, обычно металлов, или ухудшение их свойств из-за воздействия окружающей среды. Подобно другим природным явлениям, типа серьезных природных катаклизмов, коррозия может причинять опасные и дорогостоящие повреждения. В процессе эксплуатации резервуары подвергаются коррозии как с наружной, так и с внутренней стороны. Снаружи цилиндрические резервуары корродируют под действием атмосферной влаги и содержащихся в воздухе паров агрессивных веществ. Внутри резервуаров коррозия зависит в основном от частоты заполнения их нефтепродуктами, химического состава нефтепродуктов, наличия в топливе воды. Скорость и характер коррозионного процесса наиболее ярко выражены на внутренней поверхности резервуаров в местах 43 раздела двух сред; например, нефтепродукт – подтоварная вода, нефтепродукт – паровоздушная смесь. На интенсивность коррозии оказывают влияние влага и температура окружающей среды, а также стойкость стали, из которой изготовлен резервуар, против коррозии. Поверхности резервуарных металлоконструкций, находящиеся на открытом воздухе, должны быть окрашены лакокрасочными материалами. Выбор цвета лакокрасочного покрытия следует производить с учетом коэффициента отражения световых лучей. Состояние антикоррозионной защиты наружной поверхности наземных резервуаров периодически контролируют. В процессе контроля проверяют наличие дефектов в наружном слое защитного покрытия, сплошность антикоррозионных покрытий по всей наружной поверхности, степень адгезии защитного покрытия к металлической поверхности резервуара. Работы по окраске резервуаров снаружи необходимо проводить согласно РД 112-РСФСР-015-89 Основные требования к антикоррозийной защите объектов проектируемых и реконструируемых предприятий нефтепродуктообеспечения, ГКНП РСФСР. Антикоррозийная защита резервуаров – пескоструйная обработка. При подготовке к покраске резервуаров снаружи с их поверхности удаляют ручным или механизированным способом пришедший в негодность защитный слой, следы коррозии, грязь. Коррозию с металла снимают механическим способом, применяя механические шкурки № 25, 16 и 12 и металлические щетки, или химическим способом, используя при этом моечный состав, который состоит из 35 % фосфорной кислоты, 20 % этилового спирта, 5 % бутилового спирта, 1 % гидрохинона и 39 % воды. 44 Моечный состав наносят на корродированную поверхность на 3-5 минут, после чего состав вместе с продуктами коррозии смывают горячей водой и поверхность протирают насухо. Механической очистке и обезжириванию подлежит вся наружная поверхность резервуаров. Подготовленную поверхность тщательно протирают и просушивают. На подготовленную поверхность ровным слоем наносят грунт при помощи пневматического распылителя. При этом большое внимание уделяется исключению образования подтеков. Данная операция направлена на защиту металла от коррозии и сцепляемость лакокрасочных покрытий с металлом. После завершения данных работ на наружную поверхность наземных резервуаров наносят лакокрасочные покрытия светлых типов, обладающие тепло отражательным эффектом и антикоррозионными свойствами. Окончательно окрашенная поверхность должна иметь одинаковую толщину слоя без подтеков и других дефектов. Проблема коррозии днища резервуара весьма серьезна. Например, из- за сквозных коррозионных разрушений днищ резервуаров типа РВС (для отстоя нефти) и промысловых трубопроводов имеют место многочисленные разливы нефти, загрязняющие окружающую среду, а также возникает необходимость в замене днищ резервуаров уже после 5÷6 лет их эксплуатации и это при диаметре днища, составляющего, например для РВС- 20000 почти 50 м. От почвенной коррозии днища резервуаров защищают гидроизоляционным слоем, а также используют электрохимическую защиту, когда к днищу резервуара электрически присоединяют протекторы. Электрохимическая протекторная защита металлов от коррозии основана на использовании замечательного явления – прекращения коррозии металлов под действием постоянного электрического тока. 45 Поверхность любого металла, как известно, гальванически неоднородна, что и является основной причиной его коррозии в растворах электролитов, к которым относятся морская вода, все пластовые и все подтоварные воды. При этом разрушаются только участки поверхности металла с наиболее отрицательным потенциалом (аноды), с которых ток стекает во внешнюю среду, а участки металлов с более положительным потенциалом (катоды), в которые ток втекает из внешней среды, не разрушаются. Механизм действия электрохимической защиты заключается в превращении всей поверхности защищаемой металлической конструкции в один общий неразрушающийся катод. Анодами при этом будут являться подключенные к защищаемой конструкции электроды из более электроотрицательного металла – протекторы. Поэтому такая электрохимическая защита резервуаров от коррозии называется протекторной. Электрический защитный ток при протекторной защите получается вследствие работы гальванической пары: протектор – защищаемая конструкция. При своей работе протекторы постепенно изнашиваются (анодно растворяются), защищая при этом основной металл, поэтому за рубежом протекторы называют «жертвенными анодами». Электрохимическая защита является единственно эффективным средством против наиболее локальных видов коррозии металлов (питтинговой, язвенной, щелевой, контактной, межкристаллитной, коррозионного растрескивания) и при этом предотвращает дальнейшее развитие уже имеющихся коррозионных разрушений, т. е. она одинаково эффективна как для строящихся, так и для находящихся в эксплуатации даже больших резервуаров и другого оборудования. Протекторная защита обычно применяется совместно с лакокрасочными покрытиями. Такое сочетание пассивной защиты, какой является окраска, и активной защиты, к которой относится протекторная 46 защита, позволяет уменьшить расход протекторов и тем самым увеличить срок их службы, обеспечить более равномерное распределение защитного тока по поверхности защищаемых конструкций и, наконец, компенсировать все дефекты покрытия, связанные с неизбежным его разрушением при монтаже, транспортировке и в процессе его эксплуатации, в том числе вследствие естественного старения (набухания, вспучивания, растрескивания, отслаивания). Защитный ток идет именно на те участки поверхности металла, где нарушена плотность покрытия, достигая всех затенѐнных участков, щелей, зазоров и предотвращая коррозию оголившегося металла. При этом следует отметить, что оголенной поверхности металла при его катодной поляризации в пластовой и подтоварной водах выпадает катодный солевой осадок, состоящий из нерастворимых солей кальция и магния и играющий роль дополнительного покрытия. Вместе с тем, протекторная защита резервуаров от коррозии в состоянии обеспечить полную защиту от коррозии стальных сварных сооружений и без их окраски. В этом случае должна быть обеспечена более высокая плотность защитного тока на неокрашенной стальной поверхности, что потребует увеличения количества протекторов и усилит их расход. Однако, принимая во внимание высокую трудоемкость нанесения лакокрасочных покрытий, особенно на резервуарах, уже находящихся в эксплуатации, такой способ противокоррозионной защиты с помощью установки только одних протекторов представляется для них весьма перспективным. Поскольку основная масса металлических конструкций делается, как правило, из стали, в качестве протектора могут использоваться металлы с более отрицательным, чем у стали электродным потенциалом. Из основных их 3 – цинк, алюминий и магний. При этом следует принимать во внимание, что если сдвиг потенциала в отрицательную сторону превысит определѐнное значение, возможна так 47 называемая перезащита, связанная с выделением водорода, изменением состава приэлектродного слоя и другими явлениями, что может привести к ускорению коррозии. Работы по антикоррозийной защите внутренних поверхностей резервуаров очень трудоемкие, что связано со сложностью операций как по подготовке внутренних поверхностей к нанесению защитного слоя, так и по их окрашиванию. Технологический процесс подготовки внутренних поверхностей резервуаров для нанесения антикоррозионных покрытий во многом отличается от процесса подготовки наружных поверхностей. В нем можно выделить несколько поэтапных операций: слив нефтепродуктов из резервуара; зачистка внутренней поверхности резервуара; дегазация резервуара; обезжиривание внутренней поверхности; обработка внутренней поверхности песком (с помощь пескоструйки во взрывозащищенном исполнении); очистка внутренней поверхности от песка и грязи; нанесение на места коррозии моечного состава (с помощь волосяных щеток); промывка внутренней поверхности горячей водой; сушка внутренней поверхности при температуре 5÷20 °С в течение 2÷3 суток (при открытых люках и задвижках); проверка качества выполнения подготовительных работ и пригодности поверхностей для покраски (нанесения антикоррозионного слоя). На подготовленную внутреннюю поверхность резервуаров ровным слоем наносят грунт при помощи пневматического распылителя. При этом большое внимание уделяется исключению образования подтеков. 48 Данная операция направлена на защиту металла от коррозии и сцепляемость лакокрасочных покрытий с металлом. Внутренние поверхности наземных и подземных резервуаров покрывают лакокрасочными материалами в 2-4 слоя с последующей сушкой каждого нанесенного слоя в отдельности. После завершения работ по антикоррозийной обработке резервуаров оформляется акт приемки работ, к которому прилагается паспорт на применяемые материалы. Антикоррозионная защита резервуаров для нефти и нефтепродуктов должна разрабатываться с учетом требований строительных норм и правил и согласно соответствующим стандартам с учетом конструктивных особенностей резервуаров, условий их эксплуатации и требуемого срока службы резервуара. Для защиты резервуаров от коррозии, способной вывести резервуар из строя, должна быть предусмотрена система мероприятий, включающая покраску резервуаров и (или) увеличение толщины листов металлоконструкций резервуаров (припуски на коррозию), учитывающее возможную потерю толщины элементов в результате коррозии. Кроме того, должно быть предусмотрено периодическое освидетельствование всей поверхности резервуара не реже одного раза в 5 лет для выявления коррозионных повреждений и участков поверхности с разрушившимися лакокрасочными покрытиями и при необходимости восстановление защитных покрытий. При аномально высоких скоростях коррозии металлоконструкций крыши и верхних поясов стенки в качестве дополнительной антикоррозийной меры в этой зоне применяют атмосферу инертных газов. При выборе защитных покрытий и назначении «припусков на коррозию» следует учитывать степень агрессивного воздействия среды на элементы металлоконструкций внутри резервуара и на его наружные поверхности, находящиеся на открытом воздухе. Степень агрессивного 49 воздействия среды на элементы металлоконструкций внутри резервуара приведена в Таблице. Степень агрессивного воздействия окружающей среды на элементы металлоконструкций резервуара, находящиеся на открытом воздухе, определяется температурно-влажностными характеристиками окружающего воздуха и концентрацией содержащихся в атмосфере воздуха коррозионно- активных газов в соответствии со строительными нормами и правилами (СниП 2.03.11-85). При содержании в сырой нефти сероводорода в концентрации свыше 10 г/л или сероводорода и углекислого газа в любых соотношениях степень агрессивного воздействия на внутреннюю поверхность днища, нижний пояс, кровлю, верх и бортовые поверхности понтонов и плавающих крыш повышается на одну ступень. Сохранение толщины, обеспечивающей безопасную работу резервуара, достигается на металлоконструкциях, подвергающихся слабоагрессивному воздействию среды только за счет припусков на коррозию. На РВС, подвергающихся средне- и сильноагрессивному воздействию среды, безопасная работа достигается, помимо припусков на коррозию, покраской резервуара специальными защитными покрытиями. Таким образом повышается надежность металлоконструкций в случае локального разрушения защитного покрытия до планового освидетельствования коррозионного состояния резервуара. Электрохимическая защита элементов металлоконструкций резервуара осуществляется с применением установок протекторной и катодной защиты. Метод выбирается на основании технико-экономических показателей. Для покраски резервуаров внутри следует использовать лакокрасочные или металлизационно-лакокрасочные покрытия; для 50 элементов металлоконструкций, находящихся на открытом воздухе – лакокрасочные покрытия. При этом продолжительность срока службы защитных покрытий должна составлять не менее 10 лет. При защите от коррозии наружной поверхности днищ резервуаров следует руководствоваться следующими требованиями: устройство основания и фундамента под резервуар должно обеспечивать отвод грунтовых вод и атмосферных осадков от днища; при выполнении гидрофобного слоя из битумно-песчаной смеси (соотношение 1:9 по массе) не требуется нанесения защитных покрытий на наружную поверхность днища. При этом применяемые песок и битум не должны содержать коррозионно-активных агентов. При выполнении антикоррозионных работ должны быть учтены требования по охране окружающей среды, правил техники безопасности в строительстве и других нормативных документов, регламентирующих выполнение данной работы. Ход работы Требуется определить срок службы и число протекторов типа ПМ для защиты днища резервуара РВС, установленного на площадке с увлажненным песком гр , Ом м. Расстояние от резервуара до протектора в м. Таблица 1 – Исходные данные Вариант Тип протектора гр , Ом м Тип резервуара, м 3 В, м, расстояние от протектора до резервуара 1 ПМ-10У 20 РВС-400 8 Площадь днища резервуара 51 2 2 2 4 3,14 8,53 57,117 4 p p p D F F м Определяем сопротивление «резервуар-грунт» по формуле 3 3 20 0, 4255 8,53 8,53 8 гр np p p np R D D B R Ом Переходное сопротивление изоляции днища резервуара по формуле 0 2 0 0, 4255 8,53 3, 6297 np p R R D R Ом м Принимаем величину защитной плотности тока, соответствующую гр = 20 Ом·м R 0 = 3,6297 Ом·м 2 j n = 10 мА/м 2 Сила тока, необходимая для защиты днища резервуара от коррозии, определяем по формуле 3 10 57,117 10 0,57117 з n p з I j F I A Сопротивление растеканию тока с протектора находим по формуле ( ) ( ) 1 5 1 10 1( 0 ) 2 1 0, 24 0,56 20 11, 44 0,18 0, 47 20 9,58 0,15 0, 4 20 8,15 11, 44 п пм у п пм у п пм у п R Ом R Ом R Ом R Ом Ориентировочное число протекторов определяем по формуле где Е ест – естественный (стационарный) потенциал, существующий до включения защиты, находится в интервале от минус 0,23 до минус 0,72 В. 1 5 1 10 1 20 0, 24 0, 56 0,18 0, 47 0,15 0, 40 rp п пм у rp п пм у rp п пм у R R R 1 n з no n ест з pr R I N E E I R 52 Если не имеется точных данных о величине естественного потенциала стали в рассматриваемом грунте, то рекомендуется принимать Е ест = – 0,55 В; Е п – потенциал протектора до подключения его к трубопроводу Е п = – 1,6 В 11, 44 0,57117 8,097 9 1,6 0,55 (0,57117 0, 4255) no N шт Для ориентировочного количества протекторов находим коэффициент экранирования эп = 0,82 Окончательное число протекторов равно n n п o э N N h 8,097 9,8749 10 0,82 n N шт Анодную плотность тока определяем по формуле где d n , l n – размеры протектора 2 10 0,57117 2, 26 / 10 0,123 3,14 0, 6 1,57 0,123 0, 45 a п j мА дм Сила тока протектора определяется по формуле 1,6 0,55 0,088492 0, 4255 11, 44 n I A Срок службы протектора по формуле где G n – масса протектора; η u – коэффициент использования протектора (0,95); 10 1,57 з a n n n n I j N d l d 1 1 n ест n pr n E E I R R n n u n n n n G N t I q 53 q n – электрохимический эквивалент материала протектора (3,95 кг/А·год) 10 10 0,95 0, 45 24,15464 0,088492 3,95 n t года Вывод. Таким образом срок службы протекторов типа ПМ удовлетворяет требованиям противокоррозийной защиты днищ резервуаров РВС. Контрольные вопросы 1. Принцип действия протекторной защиты днищ резервуаров РВС. Принцип действия протекторной защиты заключается в создании защитного потенциала на днище при протекании тока в гальванической паре днище-протектор. Стационарный потенциал протектора имеет более отрицательное значение, чем потенциал металла днища. При замыкании цепи днище-протектор последний становится анодом, а днище-катодом. Ток, стекая с протектора, проходят через электролит (дренажную воду), входит в днище и прекращает или ограничивает действие коррозионных элементов на его поверхности, а, следовательно, и коррозионное разрушение днища. 2. Исходные данные при определении количества протекторов для защиты днища и нижнего пояса резервуара. При определении количества протекторов для защиты днища и нижнего пояса резервуара необходимо иметь следующие исходные данные: удельное электрическое сопротивление дренажной воды (или суммарную концентрацию солей); площадь днища и нижнего пояса, контактирующих с дренажной водой; уровень дренажной воды; переходное сопротивление «днище-электролит»; радиус изолирующего экрана. 3. Монтаж протекторной защиты на резервуарах. 54 При монтаже выполняются следующие работы: подготовка протекторов к установке; подготовка штуцеров; изготовление и монтаж контрольно-измерительной панели; слив нефтепродукта из резервуара; установка протекторов; соединение протекторов через контрольно-измерительный кабель с резервуаром; закрытие нижнего люка. Подготовка протекторов выполняется в специальном помещении или на площадке и состоит из следующих операций: подсоединение проводника; изолирование места контакта; нанесение изоляционного покрытия на всю нижнюю часть и часть боковой поверхности протектора; соединение протекторов в группы; изоляция места соединения проводников от протекторов с магистралью, выводимой через штуцер. 4. Антикоррозийная защита наружной поверхности резервуаров. Антикоррозийная защита наружной поверхности крыши и корпуса стальных резервуаров, оборудования, установленного на них, а также наземных участков трубопроводов всех назначений осуществляется антикоррозионны-ми лакокрасочными покрытиями. Наружную поверхность днища стальных резервуаров, а также подземные участки трубопроводов различного назначения защищают проти-вокоррозионными покрытиями и средствами электрохимической защиты (станциями катодной защиты и протек-торами). Внутреннюю поверхность резервуара изолируют лакокрасочными и комбинированными покрытиями, а поверхности днища и первого пояса также поляризуют с помощью протекторов. 55 Протекторная защита наружной поверхности днища резервуара осуществляется одиночными протекторами или групповыми протекторными установками |