Современные технологии защиты трубопровода от коррозии

  ВВЕДЕНИЕ

В процессе эксплуатации нефтепровод  подвергается коррозии, что приводит к его разрушению и вследствие чего может произойти потеря нефти  или нефтепродукта.

Еще до 21 века защита нефтепровода осуществлялась только пассивными  методами, т. е. покраской и нанесением битумной изоляции на наружной поверхности  трубопровода, но в связи с расширением  районов строительства, например в  северных направлениях, где в основном трасса трубопроводов проходит через  заболоченные, обводненные, засоленные участки, эффективность защиты трубопроводов  только покрытиями стала явно недостаточным. Поэтому для более эффективной  защиты трубопровода от коррозии начали применять комплексный метод  защиты от коррозии, который сочетает средства электрозащиты и изоляционные покрытия.

В своей курсовой работе для защиты от коррозии газопровода я использую пассивную и активную защиты. В качестве пассивной защиты я предлагаю применить новый тип изоляционного покрытия “Пластобит”

В связи с расположением  вдоль трассы нефтепровода железнодорожных  путей, которые являются источником блуждающих токов, в качестве активной защиты предлагаю использовать электродренажную и катодную защиты.

В настоящее время для  более эффективной защиты нефтепроводов  от коррозии выдвигают ряд научно-инженерных задач:

1. разработка теории и практики создания новых и усовершенствования существующих изоляционных покрытий с повышенными физико-механическими защитными и технологическими свойствами;
2. обеспечение круглогодичного ведения изоляционно-укладочных работ в различных климатических условиях;
3. развитие научных методов прогнозирования долговечности покрытий с целью выбора наиболее экономичных систем защиты нВ основе различных изоляционных материалов;
4. разработка новых и совершенствование существующих методов и средств электрозащиты.

1.  ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА СТРОИТЕЛЬСТВА

В своей курсовой работе я рассматриваю защиту магистрального газопровода от коррозии  диаметром 1420 мм и протяженностью 10 км Бованенково  — Ухта, входящая систему газопроводов Ямал-Европа.

Длина рассчитываемого участка  составляет 10 км – этот участок находится недалеко от Бованенковского месторождения. Бованенковское месторождения - гигантское газовое месторождение на полуострове Ямал.

На Ямале распространен  субарктический, а на севере — арктический  климат. Средние температуры января составляют от −23 до −27 градусов по шкале  Цельсия, июля — от +3 до +9. Количество осадков невелико: около 400 мм/год. Толщина  снежного покрова составляет в среднем 50 см.

Годовой слой стока на севере полуострова составляет 150 мм, на юге  — 300 мм. Реки замерзают к середине октября, вскрываются в начале июня, многие реки и озёра к концу  зимы промерзают до дна. Тип питания  рек снеговой. Половодье в июне.

Ямал находится в природной  зоне тундры, южная часть — в  лесотундре. Повсеместно распространена многолетняя мерзлота, талые грунты встречаются только под крупными реками и озёрами.

Среди почв преобладают подбуры, глеезёмы и торфяные почвы

Рельеф Ямала исключительно  ровный, перепады высот не превышают 90 м. Средняя высота полуострова  около 50-ти метров.

Особенностью района является: суровый климат (холодная длинная зима, прохладное короткое лето, сильные ветра), сильная заболоченность, особенно юго-западных и северо-восточных побережий; повсеместное распространение многолетней мерзлоты; высокий коэффициент увлажнения; отсутствие лесной растительности

       

 

 

 

 

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Виды коррозии и коррозионных разрушений

Виды коррозии

Самопроизвольное окисление  металлов, уменьшающее долговечность  изделий, называется коррозией (от позднелат. сorrosion – разъедание). Среда, в которой металл подвергается коррозии, называется коррозионной, или агрессивной. При этом процессе образуются продукты коррозии: химические соединения, содержащие металл в окисленной форме.

По характеру взаимодействия металла со средой различают два  основных типа коррозии: химическую и  электрохимическую.

Химическая коррозия происходит по законам кинетики химических реакций  металла с окружающей газообразной или жидкой средой. При этом продукты коррозии образуются непосредственно  на всем участке поверхности металла, находящемся в контакте с агрессивной  средой. С химическим механизмом протекают  следующие виды коррозионных процессов:

• газовая коррозия – окисление металла кислородом или другим газом при высокой температуре и полном отсутствии жидкостной пленки на поверхности металлического изделия (например, коррозия лопаток газовых турбин на компрессорных станциях газопроводов, образование окалины при нагреве и прокате металла);
• коррозия в неэлектролитах – разрушение металла в жидких или                           газообразных агрессивных средах, обладающих малой электропроводимостью (например, коррозия внутренней поверхности трубопроводов и аппаратуры при перекачке высокосернистых сортов нефти).

Электрохимическая коррозия – это окисление металла в  электропроводных средах, сопровождающееся образованием электрического тока. При  этом взаимодействие металла с окружающей средой характеризуется анодными и  катодными процессами, протекающими на различных участках поверхности  металла. Продукты коррозии образуются только на анодных участках. С электрохимическим механизмом протекают следующие виды коррозионных процессов:

• коррозия в электролитах – коррозия металлов в жидких средах, проводящих электрический ток; в зависимости от вида электролита различают коррозию в морской или речной воде, растворах кислот, щелочей и солей (кислотная, щелочная и солевая виды коррозии);
• почвенная коррозия – коррозия подземных металлических сооружений под воздействием почвенного электролита;
• электрокоррозия – коррозия металлического подземного сооружения, вызванная проникновением на сооружение токов утечки с рельсов электрифицированного транспорта или других промышленных электроустановок и сооружений;
• атмосферная коррозия – коррозия металлов в атмосфере воздуха или в среде любого влажного газа;
• биокоррозия – частный случай почвенной коррозии, протекающей под воздействием микроорганизмов, в результате которых образуются вещества, ускоряющие коррозионные процессы;
• контактная коррозия – коррозия вызванная электрическим контактом двух металлов, имеющих различный электрохимический потенциал.

Для основной массы металлов, эксплуатирующихся в атмосфере, морской и речной воде, а также  в почве, характерна электрохимическая  коррозия.

Помимо перечисленных  видов коррозии возможны также:

• коррозия под напряжением – при одновременном воздействии коррозионной среды и механических напряжений в металле;
• щелевая коррозия – ускорение коррозионного разрушения металла электролитом в узких зазорах и щелях (в резьбовых и фланцевых соединениях);
• коррозионная эрозия – при одновременном воздействии коррозионной среды и трения;
• коррозионная кавитация – при одновременном коррозионном и ударном воздействии окружающей среды (разрушение лопаток гребных винтов на судах, коррозия лопаток рабочих колес центробежных насосов).

Виды коррозионных разрушений

Процесс коррозии начинается с поверхности металлического сооружения  и распространяется в глубь него. При этом изменяется внешний вид  металла: на его поверхности образуются углубления (язвы, пятна), заполненные  продуктами коррозии. По характеру  коррозионного разрушения металлов различают следующие виды коррозии:

• сплошная – коррозия по всей поверхности металлической конструкции,   находящейся под воздействием коррозионной среды;
• местная – коррозия на отдельных участках поверхности металлической конструкции;

Сплошная коррозия может  быть:

• равномерной – протекающей с одинаковой скоростью по всей поверхности металлической конструкции (например, коррозия углеродистой стали в растворах серной кислоты);
• неравномерной – протекающей с неодинаковой скоростью на различных участках поверхности металла (например, коррозия углеродистой стали в морской воде).

Местная коррозия может быть следующих видов:

• пятнами – в виде отдельных пятен, диаметр которых больше

глубины прокорродировавшего слоя металла (например коррозия латуни в  морской воде);

 

 

•  язвенная – в виде отдельных каверн, диаметр которых соответствует их глубине (например, коррозия углеродистой стали в почве);

                                                                                    

• точечная, или питтинговая – в виде  множества отдельных точек диаметром

0,1-2 мм (например, коррозия аустенитной хромоникелевой  нержавеющей стали в

морской воде);

                                                                           

• подповерхностная – коррозия, распространяющаяся преимущественно под поверхностью металла и его расслоение (например, образование пузырей на поверхности листового металла);

                                                                            

• структурно-избирательная – при которой разрушается главным образом только одна структурная составляющая сплава (например, графитизация чугуна, обесцинкование латуни);

                                                                           

• сквозная – сквозное разрушение металла (например, при дальнейшем развитии язвенной или точечной коррозии);
• межкристаллитная – распространяющаяся по границам кристаллов металла (этот вид коррозии, не меняя внешний вид поверхности металла, приводит к быстрой потере прочности);

                                                                           

• коррозионное растрескивание – образование коррозионных трещин вследствие коррозионной усталости металла и действия постоянных растягивающих напряжений.

                                                                             

Язвенная и точечная виды коррозии особенно опасны для трубопроводов  и резервуаров, так как они  быстро могут привести к сквозному  проржавлению стенок и, следовательно, к аварии, поскольку около каверн и питтингов происходит концентрация местных напряжений. Межкристаллитная коррозия и коррозионное растрескивание особенно опасны для трубопроводов  и котлов высокого давления, тросов, валов машин и тонкостенных профилей, несущих силовую нагрузку.

 

2.2 Способы защиты трубопровода от коррозии

В связи с тем что  коррозия – естественный процесс, обусловленный  термодинамической нестойкостью металлов в эксплуатационных условиях, срок службы металлических изделий часто  бывает относительно коротким. Продлить его можно в основном четырьмя способами, которые широко используются в практике:

• изоляция поверхности металлических изделий от агрессивной среды;
• воздействие на металл с целью повышения его коррозионной устойчивости;
• воздействие на окружающую среду с целью снижения ее агрессивности;
• поддержание такого  энергетического состояния металла, при котором окисление его термодинамически невозможна или сильно заторможено.

1) Первый способ носит  название пассивной защиты. К  нему относятся следующие методы:

• нанесение на поверхность металла слоя химически инертного относительно металла и агрессивной среды вещества с высокими  диэлектрическими свойствами. Этот метод является наиболее распространенным. Он предполагает использование различного рода мастик, красок, лаков, эмалей и пластмасс, жидких в момент нанесения, а затем образующих твердую пленку, которая обладает прочным сцеплением (адгезией) с поверхностью металла. К этому методу следует отнести также и специальные методы укладки, часто используемые для защиты подземных сооружений на территории городов и заводов (например, коллекторная прокладка, при которой подземные трубопроводы располагают в специальных каналах, изолирующим слоем в данном случае является воздушный зазор между стенкой трубопровода и каналом).
• обработка изделий специальными окислителями, в результате которой на поверхности металла образуется слой малорастворимых продуктов коррозии. Примером может служить образование нерастворимых фосфатов на поверхности стальных изделий (фосфатирование) или окиси алюминия на изделиях из алюминиевых сплавов;
• нанесение на изделие из малостойкого металла тонкого слоя металла, обладающего меньшей скоростью коррозии в данной среде (например, оцинкование, хромирование или никелирование стальных изделий);
• обработка металлических изделий растворами окислителей (пассиваторов) для перевода поверхностного слоя металла из активного состояния в пассивное, при котором резко уменьшается переход ионов металла в раствор и тем самым снижается интенсивность коррозионного процесса.