Нефть. Эссе. Внутренняя коррозия трубопроводов и современные методы защиты

• Название: Внутренняя коррозия трубопроводов и современные методы защиты
• Анкор: Нефть
• Дата: 04.03.2021
• Размер: 34.64 Kb.
• Имя файла: Эссе.docx
• Тип: Реферат; #182009

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего образования

«Ижевский государственный технический университет

имени М.Т. Калашникова»

Эссе

по дисциплине «Коррозия и защита от коррозии систем трубопроводного транспорта»

Тема: «Внутренняя коррозия трубопроводов и современные методы защиты»

Выполнил:

студент группы М19-210-1оз Тепляшин И.С.

Проверил:

д.х.н., доцент, профессор Плетнёв М.А.

Ижевск

2021

Содержание

Введение…………………………………………………….…………..………3

1. Основные определения коррозионного процесса………………...…….....4

2. Современные методы защиты трубопровода от коррозии……….…….…5

3. Ингибиторы коррозии…………………………………………………….…8

4. Защитные покрытия……………………………….………………………...9

5. Применение коррозионно-стойких труб.………………………………....15

Список используемой литературы…………………………………………..16

Введение

Нефть и газ имеют особое значение для экономики нашей страны. Из-за высокой коррозионной активности нефтепромысловых сред добыча и транспортировка этих энергоресурсов сопряжена с большими коррозионными рисками. Большие материальные потери от коррозии нефтепромыслового оборудования и транспортных сетей, не говоря уже о крайне трудно восполняемом экологическом ущербе в случае их аварийного повреждения, предопределяют повышенные требования к стойкости конструкционных материалов и надежности применяемых методов защиты. В этом и заключается актуальность данного вопроса. Защита газопроводов и нефтепроводов от коррозии, в том числе от внешней коррозии, позволит избежать не только экономических потерь, но и крупных техногенных катастроф.

Коррозия – это медленный процесс, который может длиться годами, постепенно разрушая оборудование. Защита нефтепромысловых трубопроводов от коррозии является важной задачей для профильной отрасли промышленности.

Негативные последствия коррозии на трубопроводы очевидны:

• 
  разрушение трубопроводов;
  
• 
  уменьшение времени между профилактическими осмотрами магистралей и ремонта;
  
• 
  дополнительные затраты на замену оборудования и труб;
  
• 
  полная или частичная остановка нефтеперерабатывающего комплекса.
  

1. 
   Основные определения коррозионного процесса
   

При всей очевидности сущности коррозионных процессов до сих пор общепринятое определение термина «коррозия» отсутствует. В общем понимании под этим термином подразумевается самопроизвольно протекающее химическое взаимодействие металла со средой, приводящее к изменению свойств этого металла или изготовленной из него металлоконструкции. В таком определении подчеркивается, во-первых, что коррозионный процесс протекает самопроизвольно, то есть без получения энергии извне. Во-вторых, что в основе его лежит химическое взаимодействие металла со средой. Так, если стенка трубопровода меняет свою несущую способность вследствие воздействия на нее потока природного газа, содержащего песок (абразив), разрушение не связано с коррозией. Если же в этом газе присутствуют влага и сероводород и в основе разрушения лежит химическое взаимодействие металла трубы с компонентом среды, которое в данном случае можно описать уравнением

Fe + H2S → FeS + H2

следует говорить о коррозионном поражении металла.

Следствием коррозии всегда является изменение свойств металла. Это могут быть химические свойства самого металла (например, когда металл переходит в окисленное состояние), его механические свойства (пластичность, прочность), эксплуатационные свойства всей металлоконструкции (несущая способность) и другие. Изменение этих свойств может, в конечном итоге, привести к разрушению металла или металлоконструкции. В большинстве случаев пораженный коррозией трубопровод или резервуар может продолжать безаварийно эксплуатироваться в течение некоторого времени, требуя тщательного контроля состояния со стороны персонала.

Различают внешнюю и внутреннюю коррозию, причиной которой являются атмосферные явления, грунтовые воды или агрессивная среда, транспортируемая внутри магистральных трубопроводов.

2. 
   Современные методы защиты трубопроводов от коррозии
   

Одной из важнейших задач является предупреждение коррозии металла трубопровода. Предупредить коррозию можно двумя методами. Первый − перейти от данной системы металл // среда к другой, для которой коррозионный процесс является термодинамически невозможным, например, изменив качественный или количественный состав среды. Для действующих металлоконструкций − трубопроводов и резервуаров − этот путь неприемлем. Поэтому при их проектировании и эксплуатации идут по другому пути - снижают скорость развития коррозии до значений, при которых изменение свойств материала не скажется на эксплуатационной надежности всей металлоконструкции. Выбор комплекса превентивных мер, или как их чаще называют, защитных мероприятий, зависит в первую очередь от механизма развития процесса и характера его проявления.

На практике широко используются три способа для продления службы металлических конструкций :

1. 
   Технологические мероприятия;
   
2. 
   Применение ингибиторов;
   
3. 
   Применение защитных покрытий;
   
4. 
   Применение коррозионностойких труб
   

К технологическим мероприятиям относится:

 Применение ЭХЗ;

 Повышение скорости потока и производительности;

 Предварительная подготовка к очистке продукции скважин;

 Очистка труб от отложений;

 Понижение цикличности от перекачки;

 Понижение от температуры.

К применению ингибиторов относится:

 Непрерывное дозирование;

 Непрерывное дозирование с предварительной ударной дозировкой;

 Пробковая обработка;

 Периодическая подача;

 Закачка в пласт.

Применение защитных покрытий можно разделить на следующие виды:

 Силикатные:

- стеклянные;

- эмалевые;

- цементные.

 Полимерные:

- эпоксидные;

- фенолформадегидные;

- фторопластовые;

- полиэтиленовые;

- полипропиленовые;

- полиуретановые;

- композиционные.

 Металлические:

- алюминиевые;

- хромовые;

- никелевые;

- из различных сплавов.

 Комбинированные:

- полимерцементные;

- многослойные.

Применение коррозионностойких труб можно разделить на следующие типы:

 Стальные легированные, коррозионностойкие, биметаллические;

 Титановые сплавы;

 Алюминиевы сплавы;

 Неметаллические трубы;

 Комбинированные и многослойные трубы.

3. 
   Ингибиторы коррозии
   

Одним из методов защиты трубопроводов от внутренней коррозии является использование ингибиторов коррозии. Защитным действием ингибиторов является воздействие электрохимической реакции на кинетику. Механизм защитного действия связан с адсорбцией ингибиторов коррозии на границе металл – среда, т.е. происходит образование защитных пленок на поверхности металлов.

К ингибиторам можно предъявить следующее требование: способность образовать устойчивую эмульсию в воде, растворимость в УВ, защита внутренних стенок промысловых трубопроводов (ПТ) от агрессивного воздействия сероводорода. Применение на практике имеют азот и аминосодержащие соединения.

К таким реагентам относятся:

 СНПХ – 6301 «А», «З», «КЗ»;

 СНПХ – 6302 «Б»;

 «Нефтехим»;

 СНПХ – 1004;

 Тинкор – 1 и др.

Большинство высокоэффективных ингибиторов коррозии при высоких температурах сохраняют защитный эффект, а в частных случаях даже повышают его. За счет прочной связи полярных молекул с поверхностью металла ингибиторы обеспечивают защитный эффект. Основная доля ингибиторов, применяемых в настоящее время, представлена органическими азотосодержащими соединениями с длинными углеродными цепями. К таким соединениям относятся производные смоляных аминов и четвертичные соединения.

Значительное количество ингибиторов получают за счет переработки отходов нефтехимической промышленности. Эти продукты имеют высокомолекулярные соединения, имеющие сложное строение, которые могут построить структурно-механический барьер на металле.

Ингибиторы можно применять на поздней стадии эксплуатации ПТ, когда обводненность добываемой нефти возрастает. Их подача может осуществляться в агрессивную среду в любом месте функциональной системы. Выбор ингибиторов зависит от степени обводненности продукции скважины. Если обводненность до 30%, то применяют ингибиторы, растворимые в водной фазе. Пленкообразующие ингибиторы более эффективны, если происходит увеличение содержания воды в нефти.

От многих факторов зависит эффективность ингибиторов коррозии. Самым важным фактором эффективности ингибитора является достижение ингибитора поверхности защищаемого металла и его адсорбция на ней. Если у ингибитора низкая концентрация, то она может привести к ускорению коррозии, а не к ее замедлению.

4. 
   Защитные покрытия
   

Одним из наиболее перспективных способов защиты внутрен­ней поверхности магистральных трубопроводов от корро­зии является применение эффективных защитных покрытий.

Качественные покрытия не только экранируют металлические стенки труб от коррозионного воздействия перекачиваемой среды, но также предотвращают отложение солей и парафина, защищают от абразивного износа, обеспечивают чистоту перекачиваемого продукта, снижают гидравлические потери, уменьшают энергети­ческие затраты, увеличивают пропускную способность трубопро­вода и снижают металлоемкость сооружения за счет применения тонкостенных труб.

Изоляция внутренней поверхности труб позволяет уменьшить мощность, необходимую для перекачки продукции на 5 – 15 %, а в некоторых случаях и до 35 %, почти на 90 % сокращаются также расходы на очистку трубопроводов в процессе их эксплуатации.

Наиболее распространенные покрытия, применяемые в на­стоящее время можно разделить на три основные группы: силикат­ные, полимерные и комбинированные.

Из силикатных материалов применяются стеклоэмалевые и цементные покрытия.

Полимерные материалы в зависимости от физическогосостоя­ния в процессе их нанесения подразделяются на лакокрасочные материалы, представляющие собой растворы полимеров; порошко­вые материалы, наносимые в виде расплавов; пленочные.

Из рассмотренной группы материалов, применяемых для полу­чения покрытий, наибольшее применение для внутренней защиты труб нефтяного сортамента нашли лакокрасочные материалы на основе эпоксидных, фенолформальдегидных и виниловых смол, а также полиэтиленовые и полипропиленовые покрытия.

Разработаны и широко применяются за рубежом комбиниро­ванные материалы, например в США при­меняются качественные и весьма перспективные (в случае снижения стоимости) полимерцементные покрытия.

Противокоррозионное покрытие из лакокрасочных материа­лов в большинстве случаев представляет собой многослойную сис­тему, состоящую из грунтовочных и покрывных слоев.

В настоящее время для внутренней защиты труб нефтяного сорта­мента как в России, так и за рубежом нашли применение эпоксидные покрытия и лакокрасочные материалы на основе низкомолеку­лярных эпоксидных смол ЭД-20 и ЭД-16.

Эпоксидные и лакокрасочные материалы, модифицированные полисульфидами, имеют повышенную вязкость, эластичны и ус­тойчивы в кислых средах.

В последние годы в отечественной промышленности и за рубе­жом для покрытия внутренней поверхности труб все более широкое применение находят покрытия из порошковых полимерных мате­риалов. Это объясняется их следующими преимуществами по сравнению с традиционными лакокрасочными материалами:

- имеется широкий выбор порошковых полимерных материалов с высокими физико-химическими и механическими свойствами;

- нет необходимости использовать растворители, что значитель­но улучшает условия труда и позволяет получить однослойные по­крытия заданной толщины;

- порошки технологичны и позволяют получить покрытия высо­кого качества;

- возможна полная автоматизация и механизация процесса на­несения покрытий;

- при нанесении порошков снижаются потери материала.

Для защиты внутренних поверхностей труб применяют порош­ковый полиэтилен, эпоксидные порошковые материалы и пентопласт. Пентопласт обладает высокой износостойкостью, высокой химической и эрозионной стойкостью.

Все порошковые материалы наносятся на предварительно очищенную и подогретую до 300 °С поверхность. Эпоксидные порошковые покрытия занимают ведущее место среди других порошковых материалов: в США – 35 %, в Великобритании – 22 %, в России – 25 %.

В США для защиты внутренней поверхности труб широко используется покрытие из эпоксидного порошкового материала, напыляемого электростатическим способом на разогретую поверх­ность, на которой формируется защитная пленка толщиной 0,25 мм. Также применяется пластмассовая изоляция, выполненная в виде тонкостенной пленки из фторопласта или аналогичных пластмасс, которая протаскивается через трубу с помощью промежуточных фланцев. Кроме того, рекомендуется метод изготовления труб с внутренней цементно-пластмассовой изоляцией для трубопрово­дов, по которым перекачиваются агрессивные продукты.

Запатентован метод защиты внутренней поверхности труб от коррозионного воздействия агрессивных жидкостей. Способ заключается в установке внутрь трубы тонкостенной оболочки из нержавеющей стали и подачи сжатого воздуха под давлением, после которого она, деформируясь, плотно прилегает к внутренней поверхности основной трубы.

В ФРГ широко применяется полиэтиленовое покрытие толщи­ной от 1,5 до 4 мм для внутренней и наружной поверхности сталь­ных труб диаметром от 100 до 1500 мм. Преимущественным мето­дом нанесения покрытия является распыление порошка на поверх­ность трубы предварительно нагретой газовой горелкой до 270 – 320 °С. Также для защиты внутренних стенок трубопроводов в ФРГ используется сульфатный цемент. Находит применение и внутрен­нее эмалирование труб. Эмаль наносится при температуре 890 °С, поэтому применяется только для труб, материал которых не изме­няет своих характеристик при указанной температуре.

В Самарской области преимущественно эксплуатируются тру­бы с покрытиями из баксито-эпоксидных компаундов (технология УфНИИ), на промыслах Башкортостана эксплуатируются трубы со всеми известными и освоенными видами покрытий (остекло­ванные, эмалированные, покрытые лаками, эпоксидированные по технологии УралНИТИ центробежным способом и эмалиро­ванные).

Для противокоррозионной защиты внутренней поверхности трубопроводов, по которым перекачивается газ, содержащий серо­водород, обычно используются эпоксидные покрытия. Однако на практике наблюдаются случаи отслоения подобных покрытий в результате накопления продукта коррозии между стальной поверхностью и эпоксидной пленкой. Особенно часто это происходит в присутствии сероводорода, который проникает через эпоксидное покрытие. В связи с этим в Японии разработано эпок­сидное покрытие с ингибиторной присадкой, которое обладает повышенной адгезией к стали и обеспечивает эффективную защиту изолированной поверхности от коррозии. Адгезия эпоксидного покрытия к стальной поверхности обеспечивается в том случае, если ингибитор используется в качестве праймера, которым покрыва­ется изолируемая стальная поверхность.

Наиболее эффективным и износостойким для внутренней об­лицовки трубопроводов, транспортирующих высокоабразивные материалы, является полиуретан. Исследования и расчеты пока­зали, что срок службы внутреннего покрытия из полиуретана тол­щиной 6 мм достигает 20 лет. Для нанесения полиуретена на внутрен­нюю поверхность трубы разработан специальный агрегат, формирующий слой полиуретана в трубах длиной до 6 м.

Одним из материалов, успешно применяемых для внутренней изоляции трубопроводов, является цемент. Как показывает опыт, трубы, внутренняя поверхность которых защищена от корро­зии цементной обмазкой не поддаются коррозионному воздей­ствию агрессивных, перекачиваемых сред в течение 50 лет и более. Этот способ защиты широко применяется в Великобритании – особенно для трубопроводов из чугунных труб. В последние годы разработаны эффективные методы нанесения защитных изоляци­онных покрытий в полевых условиях, что особенно важно при проведении ремонтных работ. Перед нанесением цементного покры­тия производится тщательная зачистка рабочей поверхности. Исследованы цементные композиции с добавками, кольматирующими поровое пространство (глина, молотый песок, асбест). С целью поддержания на нужном уровне рН цементной компози­ции, для обеспечения пассивности металла и повышения реакцион­ной емкости композиции в цемент вводили некоторое количество извести. Для улучшения механических свойств покрытия рекомен­довано введение волокнистых материалов типа асбест, стеклово­локно и других неорганических и органических волокон. Прове­дены испытания волокнистых свойств композиций с целью выясне­ния возможности их нанесения на внутреннюю поверхность уло­женного трубопровода по трассовой технологии.

Основной проблемой при использовании стальных труб с внут­ренней заводской изоляцией является защита зоны сварного со­единения от коррозии с внутренней стороны. При отсутствии та­кой защиты, как показал опыт эксплуатации, срок службы промыс­ловых трубопроводов составляет не более 1-го года из-за интенсив­ной коррозии металла сварных швов. Применение изоляции внутренней поверхности труб во многом ограничено отсутствием универсальных технических решений в отношении защиты внут­ренней поверхности стыковой зоны. Для труб с внутренней изоляцией для защиты сварных со­единений от коррозии с внутренней стороны в последние годы разработаны различные конструкции втулок и протекторов.

5. 
   Применение коррозионно-стойких труб
   

Данный способ защиты осуществляется введением в металл компонентов, повышающих его коррозионную стойкость в данных условиях, или удалением вредных примесей, ускоряющих коррозию. Способ применяется на стадии изготовления металла, а также при термической и механической обработке металлических деталей. Во многих случаях легирование металла, мало склонного к пассивации, металлом, легко пассивируемым в данной среде, приводит к образованию сплава, обладающего той же (или почти той же) пассивируемостью, что и легирующий материал. Таким путем получены многочисленные коррозионно – стойкие сплавы, например, нержавеющие стали, легированные хромом и никелем. Однако широкое внедрение этого способа сдерживается высокой стоимостью нержавеющих металлов.

Сюда же можно отнести использование труб из титановых и алюминиевых сплавов, а также труб из неметаллических материалов, обладающих высокой химической стойкостью (асбоцемента, бетона, керамики, стекла, пластмассы и т.д.)

Список используемой литературы

1. 
   Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии. М., 2006;
   
2. 
   Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М., 1976;
   
3. 
   Ю.И. Кузнецов, Е.Ю. Люблинский. Ингибиторы для защиты от коррозии при транспорте и хранении нефти. М.: ВНИИОЭНГ, 1980
   
4. 
   ГОСТ 9.506-87 Единая система защиты от коррозии и старения. Ингибиторы коррозии металлов в водно-нефтяных средах. Методы определения защитной способности.
   
5. 
   https://infopedia.su/1x71c2.html
   
6. 
   Кузнецов М.В., Новоселов В.Ф., Тугунов П.И., Котов В.Ф. Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров: Учебник для вузов. – М.: Недра, 1992. – 238 с.
   

.