CC BY
79УДК 622.279.72
Д.А. Хабенко
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ МЕТАНОЛА И СКОРОСТЬЮ КОРРОЗИИ ПО ИСПЫТУЕМЫМ ОБРАЗЦАМ*
На действующих месторождениях Крайнего Севера в технологических процессах добычи, подготовки и транспорта газа твердые газовые гидраты вызывают серьезные проблемы. Основным методом борьбы с гидратообразованием в газовой промышленности является использование ингибитора гидратообразования - метанол. Согласно утвержденного регламента АО «Евротэк» метанол с концентрацией от 70% до 96% является эффективным способом борьбы с гидратообразованием. Количество потребления метанола зависит непосредственно от состава добываемого природного газа, а также от технологии подготовки природного газа.
За время эксплуатации Сысконсыньинского месторождения АО «Евротэк», за период с 2012 г. по 2015 г. при проведении планового технического обслуживания оборудования было отмечено увеличение количества отложения ржавчины в фильтрах на линии трубопровода, в частности в линии подачи метанола к блокам подготовки газа и газоконденсата.
Исходя из вышесказанного основной целью работы является - определить зависимость концентрации метанола и скоростью коррозии по испытуемым образцам в агрессивной среде. Сформулировать рекомендации для обеспечения допустимого развития коррозии оборудования и трубопровода обеспечивающие надежную и длительную эксплуатацию в системе сбора, подготовки и транспорта газа.
Ключевые слова: Метанол, агрессивная среда, скорость коррозии.
Цель работы: определить скорость коррозии по испытуемым образцам.
Оборудование:
1.Метанол (CH3OH) - 96,0%
2.Метанол насыщенный (CH3OH) - 72,0%
3. Дистиллированная вода ГОСТ 6709-72
4.ПЭТ-тара (бутыль прозрачная), объем 10 литров, количество 5 штук
5.Цилиндр по ГОСТ 1770-74, объем 1000 мл (1 литр), Т - 20Со, 2 КЛ
6.Ареометр АНТ-2 830-910 по ГОСТ 18481-81
7. Ареометр АНТ-2 750-830 по ГОСТ 18481-81
8. Ареометр АНТ-2 670-750 по ГОСТ 18481-81
9.Термометр стеклянный ТЛ-2 по ГОСТ 28498-90.
10. Таблица плотности метанола
11. Электронные весы AND GR-202 с точностью до 0,1 мг
12. Фильтр массой 0,5725 г
13. Испытуемый образец в количестве 10 штук, материал сталь 09Г2С по ГОСТ19281-73
14. Штангенциркуль ШЦ-I, L - 200мм, цена деления 0,02 мм.
Эксперимент поводится условиях Крайнего Севера, в АО «Евротэк» на Сысконсыньинском газовом месторождении, в Ханты-Мансийский Автономный округ - Югра. Начало эксперимента 15 ноября 2015г. с 1800-1808 час окончание 15 декабря 2015г. с 1800-1808 (период 30 календарных дней).
Образцы были вырезаны из стальной трубы диаметром 60 мм, материал сталь 09Г2С по ГОСТ19281-73 в количестве 10 штук, для проведения коррозионных испытаний.
© Хабенко Д.А., 2016.
Научный руководитель: Вахапова Гульнара Мунировна - кандидат технических наук, доцент, Уфимский государственный нефтяной технический университет, Россия.
*Эксперимент выполнен в условиях Крайнего Севера (Ханты-Мансийский автономный округ -Югра), в АО «Евротэк» на Сысконсыньинском газовом месторождении.
Метанол является самым распространённым ингибитором гидратообразования, так как обладает лучшим соотношением цена - технологическая эффективность [4].
Таблица 1
Прогноз объемов потребления метанола в газовой промышленности Российской Федерации на период до 2030 г. [9]
Предприятия 2006 2010 2015 2020 2025 2030
1 2 3 4 5 6 7
ДаЙъгча газ! всего РФ млрд. леЗ 629 689 735 778 192 804
Потребление метанол! всего РФ тыс, т 263 355 538 751 922 1050
Изучение и анализ образцов ЯШ
J «\
У
Рис. 1.Электронные весы AND GR-202
Каждый образец промаркирован для идентификации. Перед испытаниями образцы были подвергнуты шлифованию и обезжириванию, потом были замерены геометрические размеры образцов при помощи микрометра и штангенциркуля, после этого определили их массу путем взвешивания на аналитических электронных весах AND GR-202 с точностью до 0,1 мг.
Для проведения эксперимента был выбран объем в количестве 5 литров метанола. При помощи исходных материалов и оборудования (МЕТАНОЛ (CH3OH) - 96,0%, МЕТАНОЛ насыщенный (CH3OH) - 72,0%, ВОДА дистиллированная ГОСТ 6709-72, ПЭТ-тара (бутыль прозрачная), объем 10 литров, количество 5 штук, Цилиндр по ГОСТ 1770-74, объем 1000 мл (1 литр), Т - 20 Со, 2 КЛ, Ареометр АНТ-2 830-910 ГОСТ 18481-81, Ареометр АНТ-2 750-830 ГОСТ 18481-81, Ареометр АНТ-2 670-750 ГОСТ 18481-81, Термометр стеклянный ТЛ-2 по ГОСТ 28498-90, Таблица плотности метанола) получили раствор (метанол разной концентрации) и залили в прозрачные бутыли.
Б1 - метанол - 96% помещен образец mo, m1.
Б2 - насыщенный метанол - 90% помещен образец m3, m4.
Б3 - насыщенный метанол - 80% помещен образец m4, m5.
Б4 - насыщенный метанол - 70% помещен образец m6, m7.
Б5 - насыщенный метанол - 60%. помещен образец m8, m99.
иШШЕ
Рис. 2. Стальные образцы, материал сталь 09Г2С по ГОСТ19281-73
Рис. 3. Замер плотности насыщенного метанол при помощи ареометра АНТ-2 по ГОСТ 18481-81
15 ноября 2015г. с 18 -18 час. образцы поместили с помощью нитки по ГОСТ Р 9.905-2007 под углом 0° к вертикали в ПЭТ - бутыль с метанолом в количестве 5 литров (рисунок 4). Для исключения не корректных данных в каждую бутыль поместили по 2 образца. Температура помещения 20 Со.
WW2013 1§:§@
Рис. 4. Образцы, помещенные в ПЭТ-бутыль с метанолом
15 декабря 2015г. с 1800-1808 час. после 30 дней выдержке при температуре 20°С образцы извлекались, затем их промыли и просушили. На внешней поверхности следы равномерной коррозии. По ГОСТ Р 9.907-2007 резинкой зачищалась поверхность до полного удаления окислов и тщательно зачищена фильтровальной бумагой, Затем образцы взвешивались.
Расчет скорости коррозии в зависимости от концентрации метанола.
Таблица 2
Результаты расчетов
m'i mni Am S
Щ) 35,795 35,782 0,0132 3008,67
m1 44,563 44,542 0,0209 3745,64
m2 40,699 40,674 0,0249 3420,86
Щз 45,728 45,714 0,0147 3843,56
m4 42,571 42,532 0,0388 3578,20
ш5 43,46 43,417 0,0428 3652,93
Щб 43,254 43,217 0,0371 3635,62
m7 42,27 42,231 0,0388 3552,91
m8 46,534 46,518 0,0169 3911,31
Щ99 35,492 35,465 0,0269 2983,20
По ГОСТ 9.908-85 определим скорость коррозии [3]:
П = -
(1)
5 • Г•рЛ0Т3
где П - глубина проникновения коррозии, мм/год; Шо - начальная масса образца, г; Ш! - масса образца после коррозионных испытаний, г; 8 - поверхность, контактирующая с рабочей средой, мм2; 1 - продолжительность испытания, год; р - плотность металла, г/см3. П0=0,0083 мм/год; Д=0,0090 мм/год П2=0,0112 мм/год; П3=0,0097 мм/год П4=0,0169 мм/год; П5=0,0178 мм/год П6=0,0152 мм/год; П7=0,0166 мм/год П8=0,0127 мм/год; П99=0,0135 мм/год Определим среднее значение Пср: Пср96%=0,087 мм/год Пср90%=0,0104 мм/год Пср80%=0,0173 мм/год Пср70%=0,0159 мм/год ПСрбо%=0,0131 мм/год
Согласно результатам расчетов, построим график зависимости скорости коррозии от концентрации метанола.
75,0 80,0 85,0 90,0
Концентрация метанола С, %
Рис. 5. Зависимость скорости коррозии от концентрации метанола
- скорость коррозии образцов т'ь - скорость коррозии образцов т";
- среднее значение скорости коррозии образцов ш';, т'ь
- линия тренда среднего значения скорости корро-
Заключение. В процессе сбора и подготовки газа и газоконденсата для предупреждения гидратооб-разования в газопроводе, применяют технический и насыщенный метанол. Насыщенный метанол, представляющий собой жидкую смесь метанола и пластовой воды после полного прохождения цикла по УКПГ. Возвратный метанол, поступает в специальную технологическую емкость для дальнейшего использования. Согласно разработанного и утвержденного регламента в АО «Евротэк» используют насыщенный (возвратный) метанол с концентрацией до 70%. Концентрированный метанол проявляет минимальную коррозийную активность к углеродистым сталям. Реальная коррозия в оборудовании и трубопроводе происходит под воздействием не концентрированного метанола, а смеси метанола, пластовой воды с минеральными солями и углеводородным конденсатом. Несмотря на очевидность этого факта, совместное влияние воды и метанола на коррозию металлоконструкций ранее не оценивалось в условиях, близких к промышленным. Известно лишь несколько статей [7, 8, 10], содержащих результаты лабораторных исследований коррозии сталей в подкисленных воднометанольных растворах. Таким образом, можно считать доказанным, что содержание воды, водорода и метанола в природном газе усиливает его коррозионное воздействие. В соответствии с результатами эксперимента найдена взаимосвязь между концентрацией метанола и скоростью коррозии у=-2Е-0,5х2+0,0027х-0,0827, И2=0.9008. Полученные результаты свидетельствуют что, метанол хорошо вступает в реакцию с водой, в условиях насыщения обладает высокой коррозийной активностью. В насыщенном метаноле хорошо растворяется хлористый водород, образуя агрессивную среду (НС - СН3ОН). Это объясняется тем, что технический метанол содержит до 5% НгО и при пропускании хлористого водорода образуется одновременно два коррозийных элемента - НС - СН3ОН и соляная кислота.
Из графика (рисунок 5) «Зависимость скорости коррозии от концентрации метанола» делаем вывод, что насыщенный метанол проявляет наибольшую коррозийную активность при концентрации метанола 78 %, тем самым уменьшается срок эксплуатации оборудования. Таким образом, для защиты оборудования от коррозионного воздействия, необходимо обеспечить в процессе сбора, подготовки и транспорта природного газа использование метанола с концентрацией 90%-96%. Это возможно при использовании инновационного метода регенерации насыщенного метанола. Установка размещается непосредственно на месторождении. Способ регенерации метанола из насыщенного водой раствора является оптимальным для обеспечения допустимого развития коррозии оборудования и трубопровода.
Библиографический список
1. ГОСТ 5272-68. Коррозия металлов. Термины. - Взамен ГОСТ 5272-50; введ. 1969-01-01. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 1999. - 11 с.
2. ГОСТ 9.905-82. ЕСЗКС. Методы коррозионных испытаний. Общие требования. - Введ. 1983-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 1993. - 12 с.
3. ГОСТ 9.908-85. ЕСЗКС. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости. - Введ. 1987-01-01. - М.: Издательство стандартов, 1993. - 26с.
4. Бухгалтер Э.Б. Метанол и его использование в газовой промышленности. - М.: Недра, 1986. - 238 с.
5. Воробьева Г. Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. - Изд. 2-е пер. и доп. - М.: Химия, 1975. - 816 с.
6. Гриценко А.И., Истомин В.А., Кульков А.Н., Сулейманов Р.С. Сбор и промысловая подготовка газа на северных месторождениях России. - М.: ОАО «Издательство «Недра», 1999. - 473 с.
7. Кривошеев В.Ф. Влияние метанола на скорость коррозии стали в водных растворах // Коррозия и защита трубопроводов, скважин, газопромыслового и газоперерабатывающего оборудования: реф. сб. - М.: ВНИИЭгазпром.
1977. - № 2. - С. 14-16.
8. Кривошеев В.Ф., Мирошниченко Л.Е. Закономерности сероводородной коррозии углеродистой стали в водных растворах метанола // Коррозия и защита трубопроводов, скважин, газопромыслового и газоперерабатывающего оборудования: реф. сб. - М.: ВНГИИЭгазпром. - 1977. - № 6. - С. 8-12.
9. Грунвальд А.В. ВНИИГАЗ/Газпром «Использование метанола в газовой промышленности в качестве ингибитора гидратообразования и прогноз потребления в период до 2030 г.» Нефтегазовое дело, 2007.
10. Савченков Э.А., Светличкин А.Ф. Влияние температуры на разрушение и кинетику охрупчивания стали в сероводородных средах // РНТС. - сер.: Коррозия и защи-та в нефтегазовой промышленности. - М.: ВШГИОЭНГ. -
1978. - № 3. - С. 3-5.
11. Сборник документов по безопасности работы с метанолом на объектах министерства газовой промышленности. Под редакцией заместителя начальника Управления охраны труда, военизированных частей и охраны предприятий Министерства газовой промышленности Яновича А.Н.,1987.
ХАБЕНКО ДМИТРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ - магистрант, Уфимский государственный нефтяной технический университет, Россия.
