CC BY
70
Оригинальная статья / Original article УДК 620.193
DOI: http://dx.doi.org/10.21285/1814-3520-2019-3-602-616
Повышение коррозионной стойкости сварных радиантных и конвекционных змеевиков в трубчатых печах на нефтеперерабатывающем заводе «Кинеф»
© Б. Исса, В.Ю. Бажин, Н.М. Теляков, А.Н. Теляков
Санкт-Петербургский горный университет, г. Санкт-Петербург, Россия
Резюме: Повышение коррозионной стойкости нагревательных трубчатых печей с применением специального ингибитора коррозии марки СНПХ - 6030 «Б» является экономичным способом и играет важную роль для нефтяной промышленности, поскольку полная замена змеевиков трубчатых печей из-за коррозии будет дорогостоящим процессом. Наличие тяжелых металлов, металлических соединений и других примесей в сырой нефти отрицательно влияет на коррозионную стойкость оборудования и установок нефтеперерабатывающих заводов. В работе использованы современные методы: химический анализ и атомно-абсорбционная спектроскопия (на приборе VARIAN-SPECTRA AA 220 FS), они проводились с помощью аналитического сканирующего (растрового) электронного микроскопа VEGA3 TESCAN. Микрорентгеноспектральный анализ состава фаз, присутствующих в материалах змеевика, проводился методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии на спектрометре Oxford INCA Energy EDS. Анализ коррозионной стойкости змеевика выполнен методом весовых потерь. Проведенные исследования показали, что образуется точеная коррозия, которую можно отнести к электрохимическому типу. Предлагаемый ингибитор является эффективным для увеличения коррозионной стойкости материала змеевиков трубчатых печей за счет снижения скорости коррозии. Наилучшие результаты были достигнуты с использованием выбранного ингибитора при следующих условиях: продолжительность -48 ч, концентрация ингибитора - 0,02% масс., температура - 100°С; эффективность снижения скорости коррозии при данных условиях достигла 97,94%.
Ключевые слова: нефтеперерабатывающий завод, змеевик, нагревательная трубчатая печь, коррозия, ингибитор, сырая нефть
Информация о статье: Дата поступления 13 мая 2019 г.; дата принятия к печати 31 мая 2019 г.; дата онлайн-размещения 28 июня 2019 г.
Для цитирования: Исса Б., Бажин В.Ю., Теляков Н.М., Теляков А.Н. Повышение коррозионной стойкости сварных радиантных и конвекционных змеевиков в трубчатых печах на нефтеперерабатывающем заводе «Кинеф». Вестник Иркутского государственного технического университета. 2019;23(3):602-616. DOI: 10.21285/1814-35202019-3-602-616
Improving corrosion resistance of welded radiant
and convection coiled-pipes in pipe stills at «Kinef» oil refinery
Bashar Issa, Vladimir Yu. Bazhin, Nail M. Telyakov, Aleksey N. Telyakov
Saint-Petersburg Mining University, Saint-Petersburg, Russia
Abstract: Improving corrosion resistance of heating pipe stills with the use of a special corrosion inhibitor SNPH - 6030 "B" is an economical method and is very important for the oil industry, since complete replacement of damaged by corrosion pipe still coils is a very costly process. The presence of heavy metals, metal compounds and other impurities in crude oil adversely affects the corrosion resistance of oil refinery equipment and installations. Modern methods used in the study including chemical analysis and atomic absorption spectroscopy (using VARIAN-SPECTRA AA 220 FS device) were carried out with the application of an analytical scanning (raster) electron microscope VEGA3 TESCAN. Micro X-ray spectral analysis of the composition of phases present in coiled-pipe materials was carried out by the method of energy dispersive x-ray spectroscopy on Oxford INCA Energy EDS spectrometer. The method of weight loss was used to analyze the corrosion ability of the coil. The conducted studies have shown the formation of pitting corrosion that can be attributed to the electrochemical type. The proposed inhibitor is effective in terms of increasing the corrosion resistance of pipe still coil material due to corrosion rate reduction. The best results were achieved using the selected inhibitor under the following conditions: duration -48 h, inhibitor concentration - 0,02 wt.%, temperature - 100 °C; effectiveness of corrosion rate reduction under these conditions reached 97,94%.
0
Keywords: oil refinery, coiled-pipe, heating pipe still, corrosion, inhibitor, crude oil
Information about the article: Received May 13, 2019; accepted for publication May 31, 2019; available online June 28, 2019.
For citation: Issa B., Bazhin V.Yu., Telyakov N.M., Telyakov A.N. Improving corrosion resistance of welded radiant and convection coiled-pipes in pipe stills at Kinef oil refinery. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2019;23(3):602-616. (In Russ.) DOI: 10.21285/1814-3520-2019-3-602-616
1. ВВЕДЕНИЕ
Работа посвящена изучению состояния стальных сварных радиантных и конвективных змеевиков при их эксплуатации в трубчатых печах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой отраслей промышленности, работающих при температуре стенки змеевика до 760°С и давлении до 16 МПа.
Одной из главных проблем, с которыми сталкиваются на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) в процессе переработки сырой нефти, является коррозия на металлосодержащих элементах нагревательных трубчатых печей первичного разделения сырой нефти1 [1, 2], что может, в свою очередь, привести к катастрофическим последствиям - взрывам и пожарам на предприятиях. Коррозионные разрушения элементов оборудования промышленных предприятий возникают из-за нахождения метал-лосодержащих конструкций во влажных условиях, под воздействием высоких температур, в атмосфере вредных газообразных веществ [3-7]. Эксплуатация основного оборудования нефтеперерабатывающих предприятий при колоссальном перегреве значительно усугубляет процессы повреждения и разрушения металлических конструкций, в том числе змеевиков трубчатых печей [8].
В статье подробно рассматриваются проблемы коррозии змеевиков нагревательных трубчатых печей. На основании полученных результатов и масштабных испытаний сделаны важные выводы, которые могут привести к заметному повышению степени их защиты на НПЗ.
2. ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
Целью работы является повышение коррозионной стойкости змеевиков нагревательных трубчатых печей на НПЗ «КИНЕФ» («Киришинефтеоргсинтез») в г. Кириши (Ленинградская обл.) для снижения пожарной аварийности в трубчатых печах, повышения их производительности, уменьшения экономических потерь и предотвращения возможных экологических катастроф, а также создания высокого уровня безопасности при их эксплуатации.
3. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1. Изучение химического состава и микроструктуры змеевика трубчатой печи НПЗ «КИНЕФ».
2. Выявление химического состава проб Западно - Сибирской сырой нефти и наличия в ее остатках и шламах тяжелых металлов, металлсодержащих соединений и других вредных элементов, влияющих на повреждение и разрушение змеевика, выполненного из стального сплава, в результате коррозии.
3. Решение проблемы повышения коррозионной стойкости змеевиков трубчатых печей с применением ингибитора коррозии марки СНПХ - 6030 «Б» для снижения скорости коррозии змеевиков трубчатых печей в процессах предварительного нагрева сырой нефти.
4. Изучение технологических особенностей представленного выше действия с целью повышения производительности и эффективности работы трубчатых печей.
руководящий технический материал 26-02-39-84. Методы защиты от коррозии и выбор материалов для основного оборудования и трубопроводов установок подготовки и первичной переработки нефти (электрообессолива-ющих установок, АВТ, АТ, ЭЛОУ-АВТ). М.: ВНИИ Нефтемаш, 1984. 47 с. / Guiding technical material 26-02-39-84. Methods of corrosion protection and selection of materials for the main equipment and pipelines of installation for oil preparing and primary processing (ELOU, AVT, AT, ELOU-AVT). Moscow: Vniineftemash Publ., 1984. 47 р.
4. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
При проведении исследований применялись различные аналитические методы. Химический анализ и определение содержания металлов и металлсодержащих соединений в пробах Западно-Сибирской сырой нефти делали с помощью атомно-аб-сорбционной спектроскопии на приборе VARIAN-SPECTRA AA 220 FS (Нидерланды). Химический, микроструктурный анализ и факт наличия металлов в образцах змеевиков трубчатых печей наблюдали под сканирующим (растровым) электронным микроскопом марки VEGA3 TESCAn (Чехия). Микрорентгеноспектральный анализ состава фазовых соединений, присутствующих в сплавах змеевика, проводили методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии на приборе марки Oxford INCA Energy EDS (Великобритания). Анализ коррозионной стойкости змеевика выполняли методом весовых потерь (при проведении коррозионных измерений).
5. ИССЛЕДОВАНИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ
НА НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
Объектом исследования явились нагревательные трубчатые печи на нефтеперерабатывающих предприятиях с целью снижения скорости коррозии элементов их конструкций, приводящей к авариям. Для этого изучались вышедшие из строя элементы оборудования - змеевики трубчатых печей НПЗ «КИНЕФ».
Сварные радиантные и конвекционные змеевики трубчатых печей изготовлены согласно РД 3688-00220302-003-04 (требованиям к проектированию, изготовлению и эксплуатации нагревательных трубчатых печей).
Материалом сварных радиантных и конвекционных змеевиков трубчатых печей является сталь мартенситного класса (15Х5М), относящаяся к стали жаропрочной низколегированной (с рекомендуемой температурой применения до 650°C). Химический состав данной стали показан в табл. 1, технические и эксплуатационные показатели змеевика - в табл. 2.
Марки стали для сварных радиантных и конвекционных змеевиков трубчатых печей должны применяться в соответствии с ГОСТ (табл. 3).
В наших исследованиях были изучены элементы змеевиков трубчатых печей НПЗ «КИНЕФ», отобранных после воздействия аварии (причина аварии: прогар стенки змеевика). На данное предприятие сырье доставляется по трубопроводу из центров распределения в Ярославской области (комбинат перерабатывает ЗападноСибирскую и Волго-Уральскую виды нефти).
Исследования проведены на участке трубчатой печи установки ЭЛОУ-АВТ-6 (электрообессоливающая установка атмо-сферно-вакуумной трубчатки), которая состоит из двух вакуумных колонн. На рис. 1 показана схема данной установки.
Для исследования причин повреждения и разрушения змеевика в трубчатых печах были отобраны фрагменты змеевика на различных участках печи для анализа химического состава материала и определения количественного перехода основных элементов в результате коррозии.
Таблица 1 Table 1
Химический состав стали 15Х5М, % масс.
Chemical composition of steel 15X5M, % wt.
Наименование элементов Прочие
C Si Mn Ni S P Cr Mo W V Ti Cu
до 0,15 до 0,5 до 0,5 до 0,6 до 0,025 до 0,03 4,5-6 0,45-6 до 0,3 до 0,05 до 0,03 до 0,2 Fe - остальное
Таблица 2
Технические и эксплуатационные показатели змеевика
Table 2
Technical and operational inc Hcators of the coiled-pipe
Параметр Величина параметра
Рабочая температура стенки змеевика До 760°C
Рабочее давление До 16 МПа
Наружный диаметр змеевика 57-426 мм
Длина змеевика до 26 м
Поверхность печи Расчетная площадь
Теплоустойчивая толщина 4-40 мм
Таблица 3
Марки стали сварных радиантных и конвекционных змеевиков
Table 3
Steel grades of welded radiant and convection coiled-pipes_
Сталь марки змеевика ГОСТ
20 1050-88
15Х5М 20072-74
12х18н10т 5632-72
08х18н10т 5632-72
10х17н13м2т 5632-72
20х23н18 5632-72
6. ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СОСТАВА СПЛАВА ЗМЕЕВИКА
Структуру образца, отобранного с участков змеевика, можно определить под растровым электронным микроскопом в спектрах, как показано на рис. 2. Химический состав спектров показан в табл. 4.
Для изучения коррозии в змеевиках трубчатой печи, используемой для подогрева нефти, было необходимо проанализировать химический состав материала змеевиков на счет наличия в них металлов, металлических соединений,кислорода, хлоридов, серы и других составляющих, которые присутствуют в нефти и могут играть значительную роль в процессе коррозии.
Для проведения исследований было подготовлено несколько образцов змеевика с целью сравнения их микроструктуры, коррозионных показателей и зоны термического влияния во время горения.
Для чистых (некорродированных) участков, т.е. без каких-либо признаков коррозии, на рис. 2 представлены спектры в качестве примера, а в табл. 4 приведены их
химические составы.
Для поврежденных (корродированных) участков на рис. 3-5 представлены спектры 14, 22 и 9 в качестве примера, а в табл. 5-7 - их химические составы.
Следует отметить, что в спектре 14 фиксируется значительное содержание кислорода (выше 39%), хлора (выше 8%), которые играют значительную роль в процессе коррозии.
В спектре 22 также фиксируется высокое содержание кислорода (до 34%), меди (свыше 22%) и хлора (до 4,5%), которые активно участвуют в процессе коррозии.
Следует отметить, что в спектре 9 зафиксировано высокое содержание кислорода (до 22%), а также алюминия (до 7%), хлора (до 1,7%), которые оказывают решающее влияние в процессе коррозии и высокотемпературных реакциях.
Как можно увидеть на рис. 3-5, в правой части - это материал змеевика, а левая часть - это окалина, образовавшаяся в результате длительного нахождения змеевика под горелками трубчатой печи. И между ними существует переходная зона коррозии.
Рис. 1. Схема установки ЭЛОУ-АВТ-6:1 - сырая нефть; 2 - деэмульсатор; 3 - щелочь; 4 - вода на очистку; 5 - обезвоженная и обессоленная нефть на АТ и АВТ; 6 - вода химически очищенная, Т-1,Т-2,Т-3,Т-4,Т-5,Т-6 - теплообменник, Е-1/1,Е2/1 - электродегидратор первой степени, Е-1/2,Е2/2 - электродегидратор второй степени Fig. 1. Diagram of the installation ELOU-AVT-6:1 - crude oil; 2 - demulsifying agent; 3 - alkali; 4 - water for cleaning; 5 - dehydrated and desalted oil at atmospheric pipe still and atmospheric vacuum pipe still t; 6 - chemically purified water, T-1,T-2,T-3,T-4,T-5,T-6 - heat exchanger, E-1/1,E2/1 - electrical dehydrator of the first degree, E-1/2,E2/2 - electrical dehydrator of the second degree
Рис. 2. Электронный снимок - расположение 9 спектров змеевика
в неповрежденных участках змеевика, масштаб 1:200 Fig. 2. Electronic micrograph - location of 9 spectra of the coiled-pipe in the unaffected areas of the coiled-pipe, scale 1:200
Аналитический состав 9 спектров составляющих змеевика Analytical composition of 9 spectra of coiled-pipe components
Таблица 4 Table 4
№ спектра Содержание, % масс. Итого
O Si Cl Cr Fe
1 - 10,20 - 5,47 84,33 100
2 - 37,90 0,62 3,84 57,63 100
3 - 6,42 - 4,56 89,02 100
4 - 22,20 - 4,17 73,63 100
5 - 2,87 - 4,68 92,45 100
6 - 12,74 - 5,41 81,85 100
7 - 4,24 - 5,34 90,41 100
8 9,98 19,64 - 4,27 66,12 100
9 - 4,04 - 7,55 88,41 100
Рис. 3. Электронный снимок - спектр 14 в поврежденном участке змеевика, масштаб 1:100 Fig. 3. Electronic micrograph - spectrum 14 in the affected area of the coiled-pipe, scale 1:100
При сравнении содержания хлора (соответственно, хлоридов металлов) в спектрах поврежденных (корродированных) участков с содержанием хлора в чистых (некорродированных) областях можно заметить, что содержание хлоридов в спектрах 14, 22, 9 (подверженные области коррозии) относительно к 0,62% (содержанию хлоридов) в спектре 2 (чистая неподверженная
коррозией область) увеличивается в 8,01/0,62 = 13 раз, 4,44/0,62 = 7 раз, 1,69/0,62 = 3 раза, соответственно.
Анализируя данные рис. 3-5, можно сделать вывод, что в змеевиках трубчатой печи существует много участков, свидетельствующих о возникновении коррозии. На рис. 6 представлены различные виды коррозии в переходной зоне.
Таблица 5
Аналитический состав спектра 14 змеевика
Table 5
Analytical composition of the coiled-pipe spectrum 14_
Элемент % масс. % ат.
O 39,38 66,42
Al 0,66 0,66
Si 1,91 1,83
S 0,99 0,83
Cl 8,01 6,1
Cr 14,88 7,72
Fe 32,89 15,89
Cu 1,28 0,54
Итого 100,00 -
Таблица 6
Аналитический состав спектра 22 змеевика
Table 6
Analytical composition of the coiled-pipe spectrum 22_
Элемент % масс. % ат.
O 33,74 60,45
Al 2,71 2,88
Si 5,47 5,58
S 1,67 1,49
Cl 4,44 3,59
K 1,04 0,76
Ca 2,46 1,76
Cr 3,24 1,79
Fe 21,14 10,85
Cu 22,35 10,08
Zn 1,75 0,77
Итого 100,00
Таблица 7
Аналитический состав спектра 9 змеевика
Table 7
Analytical composition of the coiled-pipe spectrum 9_
Элемент % масс. % ат.
O 22,02 43,58
Al 6,85 8,84
Si 2,03 2,51
S 0,85 0,92
Cl 1,69 1,66
Cr 5,55 3,72
Fe 56,41 35,17
Cu 5,03 2,76
Zn 1,57 0,84
Итого 100,00
0
Проект 1
21.01.2018 1B:0B:32
1 оомкт ■ Электронное изображение 1
Рис. 4. Электронный снимок - спектр 22 в поврежденном участке змеевика, масштаб 1:100 Fig. 4. Electronic micrograph - spectrum 22 in the affected area of the coiled-pipe, scale 1:100
Проект 1
10Омкт Элеетронное изображение 1
Рис. 5. Электронный снимок - спектр 9 в поврежденном участке змеевика, масштаб 1:100 Fig. 5. Electronic micrograph - spectrum 9 in the affected area of the coiled-pipe, scale 1:100
Рис. 6. Виды коррозии в переходной зоне коррозии: 1 - точечная коррозия (питтинг); 2 - коррозия язвами; 3 - коррозия пятнами; 4 - межкристаллитная коррозия; 5 - коррозия трещинами Fig. 6. Corrosion types in the corrosion transition zone 1 - рИИпд corrosion; 2 - crater corrosion; 3 - spot corrosion; 4 - intergranular corrosion; 5 - crack corrosion
Учитывая климатические условия России, следует отметить, что некоторые регионы характеризуются высокой влажностью, вызывая общую коррозию, но при этом самым опасным типом коррозии является не общая, а местная питтинговая коррозия.
Анализируя полученные нами результаты электронных изображений участков змеевика, можно сделать следующие выводы:
- основным типом местной коррозии является точечная коррозия, а вторичным типом - электрохимическая коррозия;
- поскольку сплав змеевика содержит относительно низкое содержание хрома в своем составе, вероятно, что данный сплав менее устойчив к точечной коррозии, в связи с этим основным типом коррозии в материале змеевика и является точечная;
- высокая местная концентрация хлоридов на поврежденных (корродирован -
ных) участках по сравнению с чистыми (некорродированными) участками привела к растворению продуктов коррозии, таких как FeзO4 и наиболее важного соединения ^3, отвечающего за защиту сплава змеевика благодаря нанесенному покрытию, что приводит к ухудшению защитного слоя и резкому ускорению коррозии глубоко внутри змеевика.
Следовательно, этот фактор является наиболее вероятной причиной разрушения или повреждения материала змеевика при аварии.
7. АНАЛИЗ МИКРОПРИМЕСЕЙ В ПРОБАХ ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ СЫРОЙ НЕФТИ
Содержание металлов и микропримесей в пробах Западно-Сибирской сырой нефти было определено методом атомно-абсорбционной спектроскопии, результаты которой приведены в табл. 8.
Из данных табл. 8 видно, что исследуемая проба Западно-Сибирской сырой нефти содержит значительное количество ванадия, алюминия и никеля.
8. ИЗУЧЕНИЕ КОРРОЗИИ СВАРНЫХ РАДИАНТНЫХ И КОНВЕКЦИОННЫХ ЗМЕЕВИКОВ В ЭЛЕКТРОЛИТЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИНГИБИТОРА СНПХ-6030 «Б»
Ингибиторы коррозии, применяемые в различных технологических (металлургических, химических, горнорудных и т.п.) процессах доказали свою работоспособность в зависимости от различных условий среды и материала оборудования в снижении скорости коррозии исследуемых установок [9-11].
Химические ингибиторы коррозии могут быть очень эффективными для снижения скорости повреждения на 99% или более при соответствующей концентрации ис-
пользуемого ингибитора [12, 13], проявляющего свое защитное действие путем образования пленки на поверхности стали, при этом предотвращая коррозионную атаку [14]. В работе использовался специальный электролит, аналогичный составу солевого раствора, находящегося совместно с сырой нефтью внутри нефтяного пласта.
Эксперименты проводились при двух разных температурах: 100Т (с использованием подогревателя типа водяной бани) и 150Х (масляной бани) со специальным солевым электролитом состава, показанного в табл. 9, 10. В одном случае без использования ингибитора, а во втором варианте - с ингибитором с тремя различными его концентрациями, х10-4 масс.: 25, 50 и 200. Тем-плеты (пробные образцы) для определения скорости коррозии были изготовлены из материала змеевика, имеют размеры, приведенные в табл. 11. Солевой электролит был приготовлен из реактивов марки ОСЧ. Основные характеристики используемого ингибитора СНПХ-6030 «Б» показаны в табл. 12.
Содержание металлов в Западно-Сибирской сырой нефти
Таблица 8 Table 8
M Metal content in West Siberian cruc e oil
Металл Fe V Al Ni As Zn Mn Co Cr
Содержание, х10-4 масс. 24,9 21,68 18,4 12,75 2,9 2,88 1,1 0,15 0,09
Ионный состав солевого электролита
Таблица 9 Table 9
Salt elect rolyte ion composition
Ионы Na+ Ca2+ Mg2+ SO42- Cl-
C, х10-4 масс. 115 12 0,972 3,8 198,8
Химический состав солевого электролита Chemical composition of salt electrolyte
Таблица 10 Table 10
Химические соединения NaCl CaCl2- 2H2O MgSO4 • 7H2O
C, моль/дм3 510-3 310-4 410-5
Таблица 11
Размеры темплета змеевика
Table 11
Coiled-pipe template dimensions_
Размеры темплета, см Длина Ширина Толщина
5,2 2,7 0,13
Общая площадь поверхности темплета, см2 30,134
Таблица 12
Основные характеристики ингибитора СНПХ-6030 «Б»
Table 12
Main features of the inhibitor SNPH-6030 "B"
Параметр Значение параметра
Содержание активного вещества, % масс. 33-37
Содержание фосфора, % масс. 0,15-0,32
Содержание азота, % масс., не менее 0,13
Температура застывания, °С, не выше -50
Все образцы были подвергнуты предварительной механической обработке: резке, шлифовке, полировке и травлению, взвешивались до и после контакта с солевым электролитом. Каждый темплет имел отверстие, которое необходимо, чтобы подвесить темплет внутри круглодонной колбы. Тем-плеты были полностью погружены в солевой электролит. Температура поддерживалась постоянной в течение всей продолжительности контакта образца с электролитом.
Потеря веса образца (Дm, мг) использовалась как показатель измерения скорости коррозии материала змеевика при двух температурах (100°С и 150°С), результаты скорости коррозии показаны на табл. 13.
Результаты экспериментов, которые приведены в табл. 13 и на рис. 7, показали,
что при введении в раствор ингибитора СНПХ-6030 «Б» потеря веса темплета снизилась ~ в 2 раза.
Из данных рис. 7 видно, что при повышении температуры потеря веса увеличивается в результате коррозии.
Эффективность применения данного ингибитора для замедления скорости коррозии материала змеевика при двух исследуемых температурах (100°С и 150°С) показана в табл. 14.
Результаты экспериментов, приведенные в табл. 14 и представленные на рис. 8, показали, что используемый ингибитор значительно снижает скорость коррозии, поэтому его рекомендуется использовать для защиты металлических элементов установок нефтеперерабатывающих заводов.
Таблица 13
Потеря веса темплета
Table 13
Template weight loss_
Продолжительность, ч C, х10-4% масс. Am, мг ( Г = 100°C) Am, мг (T = 150°C)
без ингибитора с ингибитором без ингибитора с ингибитором
3 25 30,54 16,8 46,27 25,4
24 50 15,85 8,3 32,85 17,5
48 200 3,76 1,9 20,59 10,7
30 25 20 15 10
1
_______ 2
______
■ "—. . _______ """""
^ • v ________
• -— .
10 20 30
Продолжительность, ч
40
50
Рис. 7. Потеря веса темплета с применением ингибитора СНПХ-6030 «Б» в зависимости от продолжительности эксперимента при двух различных температурах: 1 - 150°C; 2 - 100°C Fig. 7. Template weight loss with the use of the inhibitor SNPH-6030 «В» depending on experiment duration
at two different temperatures: 1 - 150°C; 2 - 100°C
5
0
0
Таблица 14
Эффективность применения ингибитора СНПХ-6030 «Б» и скорость коррозии (V,корр) изучаемого темплета
Table 14
Effectiveness of the inhibitor SNPH-6030 «B» and the corrosion rate (Vcorr) _of the template under investigation_
Продолжительность, ч C, х10-4 % масс. Эффективность, % Vkopp, мг/дм2сут Vkopp, мг/г
100°C 150°C 100°C 150°C 100°C 150°C
3 25 81,82 82,16 121824 181440 4,210-5 6,410-5
24 50 91,02 87,71 7516,8 15552 2,7-10"6 5,510-6
48 200 97,94 92,48 864 4848,336 3,0510-7 1.72-10-6
Vo
I
Si
va
H И U
m
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
979492,48
24
48
t, ч
Рис. 8. Эффективность применения ингибитора СНПХ-6030 «Б» в зависимости от продолжительности эксперимента при двух разных температурах: 1 - 100°C; 2 - 150°C Fig. 8. Effectiveness of the inhibitor SNPH-6030 «В» depending on experiment duration at two different temperatures: 1 - 100°C; 2 - 150°C
3
Анализ диаграмм на рис. 8 показал, что положительные результаты эффективности применения ингибитора СНПХ - 6030 «Б» для снижения скорости коррозии материала змеевика были достигнуты при следующих условиях: продолжительность - 48 ч, концентрация ингибитора - 0,02% масс., температура - 100°С; при данных условиях эффективность применения рекомендованного ингибитора составила 97,94%.
Установлено, что недостаточно высокие показатели эффективности применения данного ингибитора для снижения скорости коррозии материала змеевика были достигнуты при следующих условиях: продолжительность - 3 ч, концентрация ингибитора - 25х10-4% масс., температура - 100°С (эффективность применения ингибитора составила 81,82%).
Ингибитор СНПХ-6030 «Б» рекомендуется использовать в процессах переработки нефти на установке ЭЛОУ-АВТ-6, поскольку эффективность его применения может составлять до 98%.
9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенных исследований выявлено, что наиболее вероятный тип местной коррозии в змеевиках - точечная коррозия, а вторичным типом локальной коррозии является электрохимическая. Механизм питтинговой коррозии носит харак-
тер необратимого процесса, который в конечном итоге приводит к ухудшению свойств металлических конструктивных элементов установок, используемых для переработки нефти.
Установлено, что поскольку материал змеевика (15Х5М - сталь мартенсит-ного класса) содержит относительно низкое содержание хрома, то, вероятно, этот сплав менее устойчив к точечной коррозии.
Высокая местная концентрация хлоридов на поврежденных (корродированных) участках по сравнению с чистыми (некорро-дированными) участками приводит к растворению продуктов коррозии, таких как FeзO4 и наиболее важного компонента Cr2Oз (который отвечает за защиту сплава змеевика за счет покрытия поверхности). Это приводит к резкому повреждению глубоко внутри металла, что является наиболее вероятной причиной разрушения или повреждения материала змеевика при авариях2.
Доказано, что ингибитор СНПХ-6030 «Б» может успешно использоваться в процессах переработки нефти на установке ЭЛОУ-АВТ-6, поскольку его эффективность снижения скорости коррозии может достигать ~ 98%. При эксплуатации установок на нефтеперерабатывающих заводах защита от коррозии химическими веществами (ингибиторами) считается единственным и рациональным решением проблем коррозионного разрушения конструктивных элементов оборудования.
Библиографический список
1. Попов Ю.А. Теория взаимодействия металлов и сплавов с коррозионно-активной средой. М.: Наука, 1995. 200 с.
2. Бурлов В.В., Альцыбеева А.И., Парпуц И.В. Защита от коррозии оборудования НПЗ. СПб.: ХИМИЗ-ДАТ, 2005. 248 с.
3. Baranov A.N., Guseva E.A., Krasnoperov A.N., Pobe-dash A.S., Yudin A.N. Investigation of Corrosion Processes in Aluminum Production and Development of New Methods of Protection of Metals // Russ. J. of Non-Ferrous Metals. 2008. Vol. 49. No. 4. Р. 264-268.
4. Власов С.Г., Немчинова Н.В., Шарафеева И.С. Исследование влияния рассолов рудника «Мир» на кор-
розионную стойкость элементов горного оборудования // Чтения памяти В.Р. Кубачека. Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. тр. XV Междунар. науч.-техн. конф. (г. Екатеринбург, 20-21 апреля 2017 г.). Екатеринбург, 2017. С. 359-362.
5. Эванс Ю.Р. Коррозия и окисление металлов. М.: Изд-во Машиностроительной лит., 1962. 857 с.
6. Shakhrai S.G., Nemchinova N.V., Kondrat'ev V.V., Mazurenko V.V., Shcheglov E.L. Engineering Solutions for Cooling Aluminum Electrolyzer Exhaust Gases // Metallurgist. 2017. Vol. 60. No. 9-10. P. 973-977.
2Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов: учеб. пособ. М.: Металлургия. 1976. 472 с. / Zhuk N.P. Course of the theory of corrosion and protection of metals: Learning aids. Moscow: Metallurgy Publ., 1976, 472 p.
7. Гусева Е.А. Защита от коррозии оборудования газоочистки алюминиевых заводов // Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств: матер. науч.-практ. конф. (г. Иркутск, 28-29 апреля 2005 г.). Иркутск, 2005. С. 37-39.
8. Сухотин А.М., Шрейдер А.В., Арчакова Ю.И. Коррозия и защита химической аппаратуры. Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность. М.: Химия, 1974. Т. 9. 576 с.
9. Кузнецов Ю.И. Роль концепции комплексообразо-вания в современных представлениях об инициировании и ингибировании питтингообразования на металлах // Защита металлов. 2001. Т. 37. № 5. С. 485-490.
10. Фархутдинова А.Р., Мукатдисов Н.И., Елпидин-ский А.А., Гречухина А.А. Составы ингибиторов коррозии для различных сред // Вестник Казанского технологического университета. 2013. № 4. С. 272-276.
11. Гусева Е.А., Хусанов А.И. Использование высоких технологий в процессах диффузионного насыщения поверхности металлических изделий // Перспективы развития технологии переработки углеводородных и минеральных ресурсов: материалы VIII Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием (г. Иркутск, 26-27 апреля 2018 г.). Иркутск, 2018. С. 31-33.
12. Ahmad Z. Principles of corrosion engineering and corrosion control. Amsterdam: Elsevier Science & Technology Books. 2006. 660 p.
13. Miksic B., Shen M., Furman A., Kharshan R., Whited T. Vapor corrosion inhibitors for top of the line corrosion // Materials Performance. Vol. 52. No. 8. Р. 56-60.
14. Miksic B.M., Furman A.Y., Kharshan M.A. Effectiveness of the Corrosion Inhibitors for the Petroleum Industry Under Various Flow Conditions. Conference and Expo Corrosion 2009 (Houston, USA, 2009). Houston, 2009. 9 p. Paper no. 09573.
References
1. Popov Yu.A. Teoriya vzaimodeystviya metallov i splavov s korrozionno-aktivnoy sredoy [The theory of metals and alloys interaction with a corrosive-active medium]. Moscow: Science Publ., 1995, 200 p. (In Russ.).
2. Burlov V.V., Altsibeeva A.I., Parputs I.V. Zashchita ot korrozii oborudovaniya NPZ [Corrosion protection of oil refinery equipment]. Saint-Petersburg: KHIMIZDAT Publ., 2005, 248 p. (In Russ.).
3. Baranov A.N., Guseva E.A., Krasnoperov A.N., Pobe-dash A.S., Yudin A.N. Investigation of Corrosion Processes in Aluminum Production and Development of New Methods of Protection of Metals. Russ. J. of Non-Ferrous Metals, 2008, vol. 49, no. 4, pp. 264-268.
4. Vlasov S.G., Nemchinova N.V., Sharafeeva I.S. Issle-dovaniye vliyaniya rassolov rudnika «Mir» na korrozion-nuyu stoykost' elementov gornogo oborudovaniya [Study of the effect of the Mir mine brines on corrosion resistance of mining equipment elements]. Sbornik trudov XV Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii "Chteniya pamyati V.R. Kubacheka. Tekhnologicheskoe oborudovanie dlya gornoj i neftegazovoj promyshlen-nosti" [Collected works of XV International scientific and technical conference "Readings in V.R. Kubachek's memory", Yekaterinburg, 20-21 April 2017], Yekaterinburg, 2017, pp. 359-362. (In Russ.).
5. Evans Yu.R. Korroziya i okisleniye metallov [Corrosion and oxidation of metals]. Moscow: Publishing house of Machine-building literature. Publ., 1962, 857 p. (In Russ.).
6. Shakhrai S.G., Nemchinova N.V., Kondrat'ev V.V., Mazurenko V.V., Shcheglov E.L. Engineering Solutions for Cooling Aluminum Electrolyzer Exhaust Gases. Metallurgist, 2017, vol. 60, no. 9-10, pp. 973-977.
7. Guseva E.A. Zashchita ot korrozii oborudovaniya gazoochistki alyuminiyevykh zavodov [Corrosion protection of aluminum plant gas cleaning equipment]. Materi-aly nauchno-prakticheskoj konferencii "Perspektivy razvitiya tekhnologii, ekologii i avtomatizacii himicheskih,
pishchevyh i metallurgicheskih proizvodstv" [Proceedings of the scientific and practical conference "Development prospects of technology, ecology and automation of chemical food and metallurgical industries" Irkutsk, 28-29 April 2005]. Irkutsk, 2005, pp. 37-39 (In Russ.).
8. Suhotin A.M., Shrejder A.V., Archakova Yu.I. Korroziya i zashchita himicheskoj appa-ratury. Nefteperera-batyvayushchaya i neftekhimicheskaya promyshlennost' [Corrosion and protection of chemical equipment. Oil refining and petrochemical industry]. Moscow: Chemistry Publ., 1974, vol. 9, 576 p. (In Russ.).
9. Kuznetsov Yu.I. Role of the complexation concept in modern ideas about pitting formation initiation and inhibition on metals. Zashchita metallov [Protection of Metals], 2001, vol. 37, no. 5, pp. 485-490. (In Russ.).
10. Farhutdinova A.R., Mukatdisov N.I., Elpidinsky A.A., Grechukhina A.A. Compositions of corrosion inhibitors for various environments. Vestnik Kazanskogo tekhno-logicheskogo universiteta [Herald of Kazan Technological University], 2013, no. 4, pp. 272-276 (In Russ.).
11 Guseva E.A., Husanov A.I. Ispol'zovanie vysokih tekhnologij v processah dif-fuzionnogo nasyshcheniya poverhnosti metallicheskih izdelij [Using high technologies in diffusion saturation of metal product surfaces]. Materialy VIII Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem "Perspektivy razvitiya tekhnologii pererabotki uglevodorodnyh i miner-al'nyh resursov" [Materials of VIII All-Russian scientific and practical conference with International participation "Development prospects of hydrocarbon and mineral resources processing technology", Irkutsk, 26-27 April 2018]. Irkutsk, 2018, pp. 31-33. (In Russ.).
12. Ahmad Z. Principles of corrosion engineering and corrosion control. Amsterdam: Elsevier Science & Technology Books, 2006, 660 p.
13. Miksic B., Shen M., Furman A., Kharshan R., Whited T. Vapor corrosion inhibitors for top of the line corrosion. Materials Performance, 2013, vol. 52, no. 8, pp. 56-60.
14. Miksic B.M., Furman A.Y., Kharshan M.A. Effectiveness of the Corrosion Inhibitors for the Petroleum Industry Under Various Flow Conditions. Conference and
Expo Corrosion 2009 (Houston, USA, 2009). Houston, 2009, 9 p. Paper no. 09573.
Критерии авторства
Исса Б., Бажин В.Ю., Теляков Н.М., Теляков А.Н. заявляют о равном участии в получении и оформлении научных результатов и в равной мере несут ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Исса Башар,
аспирант,
Санкт-Петербургский горный университет, 199106, г. Санкт-Петербург, Васильевский о-в, 21 линия, 2, Россия, e-mail: [email protected]
Бажин Владимир Юрьевич,
доктор технических наук, профессор, декан факультета переработки минерального сырья,
Санкт-Петербургский горный университет, 199106, г. Санкт-Петербург, Васильевский о-в, 21 линия, 2, Россия, e-mail: [email protected]
Теляков Наиль Михайлович,
доктор технических наук, профессор кафедры металлургии, Санкт-Петербургский горный университет, 199106, г. Санкт-Петербург, Васильевский о-в, 21 линия, 2, Россия, e-mail: [email protected]
Теляков Алексей Наилевич,
кандидат технических наук, доцент кафедры металлургии, Санкт-Петербургский горный университет, 199106, г. Санкт-Петербург, Васильевский о-в, 21 линия, 2, Россия, e-mail: [email protected]
Authorship criteria
Issa B., Bazhin V.Yu., Telyakov N.M. Telyakov A.N. declare equal participation in obtaining and formalization of scientific results and bear equal responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Bashar Issa,
Postgraduate student, St. Petersburg Mining University, 2, 21 Line, Vasilievsky Ostrov, St. Petersburg 199106, Russia, e-mail: [email protected]
Vladimir Yu. Bazhin,
Dr. Sci. (Eng.), Professor,
Dean of the Faculty of Mineral Raw Material
Processing,
St. Petersburg Mining University, 2, 21 Line, Vasilievsky Ostrov, St. Petersburg 199106, Russia, e-mail: [email protected]
Nail M. Telyakov,
Dr. Sci. (Eng.),
Professor of the Metallurgy Department, St. Petersburg Mining University, 2, 21 Line, Vasilievsky Ostrov, St. Petersburg 199106, Russia, e-mail: [email protected]
Aleksey N. Telyakov,
Cand. Sci. (Eng.),
Associate Professor of the Metallurgy Department, St. Petersburg Mining University, 2, 21 Line, Vasilievsky Ostrov, St. Petersburg 199106, Russia, e-mail: [email protected]
