Применение электрофизического метода, воздействующего на протекание коррозионных процессов на объектах нефтегазового комплекса Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 614.84:614.0.06

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОГО МЕТОДА, ВОЗДЕЙСТВУЮЩЕГО НА ПРОТЕКАНИЕ КОРРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ НА ОБЪЕКТАХ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА А. В. Зыков

Сегодня разливы нефти на территории нефтяных месторождений Западной Сибири приняли характер бедствия. В работе исследуется одна из причин разлива нефтепродуктов из резервуаров и трубопроводов — разрушение вследствие коррозии.

Ключевые слова: разлив нефти, бедствие, аварии, коррозия, ущерб.

С начала девяностых годов начались массовые работы по ликвидации нефтяного загрязнения земель. Впрочем, прирост площадей залитых нефтью земель из-за возрастающей аварийности труб превышал и превышает площади хотя бы частично рекультивированных земель.

Сегодня разливы нефти на территории нефтяных месторождений Западной Сибири приняли характер бедствия. Из 20,2 тыс. км внутрипромы-словых трубопроводов, 3,4 тыс. км (16,6 %) практически полностью изношены и требуют немедленной замены. Из-за отсутствия у предприятий средств на реконструкцию трубопроводов фонд изношенных труб увеличивается, что неизбежно приводит к прогрессирующему росту количества аварий и соответственно к ежегодному приросту площадей залитых нефтью земель.

Одной из причин разлива нефтепродуктов из резервуаров и трубопроводов является их разрушение вследствие коррозии.

Причиной возникновения и протекания процессов коррозии является термодинамическая неустойчивость материалов к определенным компонентам, находящимся в окружающей среде. Результатом коррозии являются продукты коррозии (например, ржавчина), испорченное оборудование, разрушение конструкций.

В промышленно развитых странах убытки от коррозии за год составляют в среднем около 3— 5 % от внутреннего валового продукта. А потери металла достигают 20 %. Ущерб от коррозии складывается не только от стоимости материалов, но и от затрат на изготовление пришедших в негодность конструкций, оборудования и изделий.

В России, как и в других странах, производятся и применяются, а также транспортируются большие объемы разнообразных горючих жидкостей.

Зыков Александр Владимирович,

Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России; Россия, г. Санкт-Петербург, e-mail: vestnik_vi_gps@mail.ru

© Зыков А. В., 2013

Прежде всего, это углеводородное топливо, ежегодный объем производства которого составляет сотни млн тонн. На предприятиях многих отраслей промышленности горючие жидкости либо применяются в производственных процессах, либо являются побочным продуктом. Резервуарные парки этих объектов зачастую находятся вблизи селитебных территорий и представляют собой источники потенциальной опасности для населения.

Анализ причин отказов нефтегазовых сооружений свидетельствует о доминирующем влиянии коррозионного фактора. В нефтедобывающей промышленности и транспорте нефти коррозионные повреждения на 70 % явились причинами отказов. На внутрипромысловых трубопроводах нефти, воды, газа на внутритрубную и наружную коррозии приходится 95 % отказов [1].

Основными причинами аварий оборудования нефтегазового комплекса являются:

- коррозия металла;

- брак строительно-монтажных работ;

- дефект труб и оборудования;

- механические повреждения трубопровода.

Рассмотрим приведенные результаты обследования 8662 резервуаров объемом до 5000 м3 на предприятиях по обеспечению нефтепродуктами [2] (табл.).

Таблица

Классификация отказов резервуаров

Причина отказа Отказы

Число Доля, %

Коррозионные повреждения 359 72,2

Дефекты сварного шва 16 3,2

Дефекты основного металла 10 2,0

Потеря геометрической формы 3 0,6

Отказы оборудования (исключая коррозию механизмов) 109 22,0

Итого 497 100

Коррозионные повреждения, как следует из табл., приводят более чем к 70 % случаям отказа резервуаров. При этом отказами считаются повреждения, которые вызывают отключение резервуара, его опорожнение и последующий капитальный ремонт или списание.

Большая часть случаев разгерметизации технологических систем обусловлена повышенной скоростью коррозии металла и сверхдопустимым износом оборудования и трубопроводов. Это объясняется большим разнообразием коррозионных сред, условий эксплуатации, неравномерностью и характером разрушения, затрудняющими определение оптимального срока службы аппаратов, резервуаров и трубопроводов. Коррозионное разрушение часто носит локальный характер при достаточной прочности всей конструкции аппарата, резервуара или системы трубопроводов.

Основные методы борьбы с коррозией могут быть классифицированы на основе закономерностей протекания коррозионных процессов. Скорость коррозии металлов можно уменьшить следующими способами [3]:

- выбором подходящего для эксплуатационных условий коррозионно-устойчивого сплава;

- обработкой коррозионной среды с целью замедления скорости катодной или анодной реакции или же той и другой одновременно;

- изоляцией металла от агрессивной среды путем использования защитных неметалличе-

ских (неорганических или органических) или металлических покрытий;

- применением новых конструкционных решений и методов рационального конструирования;

- электрохимической защитой.

Одним из новых методов борьбы с коррозией является электрофизический метод. Механизм электрофизического метода защиты от коррозии заключается в подаче на защищаемый металлический проводник переменного частотно-модулированного сигнала определенной частоты. Влияние частоты электрофизического воздействия на скорость растворения металла в общем случае определяется наличием емкостного тока на границе диэлектрического пограничного слоя, медленными процессами диффузии ионов металла в коррозионную среду, уменьшением скорости растворения железа в ней.

В процессе изучения данного метода борьбы с коррозией был проведен эксперимент.

Описание эксперимента. Предварительно в течение нескольких недель пластины из металла помещались в бензин АИ-95. На одну группу образцов подавался переменный частотно-модулированный сигнал. Контрольные образцы обработке не подвергались рис. 1.

На стеклянную поверхность наносились образцы жидкостей, которые могли содержать продукты коррозии. Образцы высушивались при температуре 150 0С, а затем исследовались методом сканирующей зондовой микроскопии рис. 2.

Без прибора

Прибор ТУ 4218-001056316494-2004

Рис. 1. Моделирование коррозии в среде нефтепродукта:

1 - стальная пластина; 2 - агрессивная среда (нефть, АИ-95, ТС-1, ДТ); 3 - электрод; 4 - проводник; 5 - прибор

В ходе исследования на поверхности контрольных образцов с остатками нефтепродукта присутствуют объекты неправильной формы размерами до 500 нм, которые можно идентифицировать, как продукты коррозии в осадке нефтепродукта рис. 3—4. На поверхности с остатками нефтепродукта при использовании частотно-

модулированного сигнала данные объекты отсутствуют.

Данное наблюдение подтверждает высказанное ранее предположение о положительном влиянии переменного частотно-модулированного сигнала на объект, подверженный воздействию агрессивной среды.

Рис. 2. Исследование коррозии в среде нефтепродукта с помощью сканирующей электронной микроскопии

Из общего числа происшествий следует, что доминирующим фактором загрязнения окружающей среды в результате техногенных аварий является коррозия металла. Учитывая масштабы резервуарного хозяйства России, большой срок

эксплуатации и закономерности протекания коррозионных процессов актуальность предложенного электрофизического метода для научно обоснованного продления ресурса их безопасной эксплуатации несомненна.

Рис. 3. Результаты исследования поверхности методом СЗМ-микроскопии (без прибора)

Рис. 4. Результаты исследования поверхности методом СЗМ-микроскопии (с прибором)

Библиографический список References

1. Сидоренко, С. Н. Коррозия металлов и вопросы экологической безопасности магистральных трубопроводов / С. Н. Сидоренко, Н. А. Черных. — М.: Изд-во РУДН, 2002. — 83 с.

2. Овчинников, И. Г. Техническая диагностика, эксплуатационная надежность и долговечность вертикальных стальных резервуаров / И. Г. Овчинников, А. А. Шеин, А. П. Денисова. — Саратов: Саратов. гос. техн. ун-т, 1999. — 116 с.

3. ГОСТ 9.908-85. Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости. — Введ. впервые. — М.: Изд-во стандартов, 1999. — 17 с.

4. Шалай, В. В. Проектирование и эксплуатация нефтебаз и АЗС / В. В. Шалай, Ю. П. Макушев. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. — 296с.

5. ГОСТ Р 9.905-2007. Методы коррозионных испытаний. Общие требования. — М.: Стандартинформ, 2007. — 17 с.

1. Sidorenko, S. N. Korroziya metallov i voprosy e'kologicheskoj bezopasnosti magistral'nyx truboprovodov / S. N. Sidorenko, N. A. Chernyx. — M.: Izd-vo RUDN, 2002. — 83 s.

2. Ovchinnikov, I. G. Texnicheskaya diagnostika, e'kspluatacionnaya nadezhnost' i dolgovechnost' vertik-al'nyx stal'nyx rezervuarov / I. G. Ovchinnikov, A. A. Shein, A. P. Denisova. — Saratov: Saratov. gos. texn. un-t, 1999. — 116 s.

3. GOST 9.908-85. Edinaya sistema zashhity ot korrozii i stareniya. Metally i splavy. Metody opredele-niya pokazatelej korrozii i korrozionnoj stojkosti. — Vved. vpervye. — M.: Izd-vo standartov, 1999. — 17 s.

4. Shalaj, V. V. Proektirovanie i e'kspluataciya nef-tebaz i AZS / V. V. Shalaj, Yu. P. Makushev. — Omsk: Izd-vo OmGTU, 2010. — 296s.

5. GOST R 9.905-2007. Metody korrozionnyx ispy-tanij. Obshhie trebovaniya. — M.: Standartinform, 2007. — 17 s.

APPLICATION OF ELECTROPHYSICAL METHOD OF ACTING ON THE PASSING OF CORROSION PROCESSES AT OIL AND GAS FACILITIES

Zykov A. V.,

Saint-Petersburg University of State Fire Service of EMERCOM of Russia;

Russia, Saint-Petersburg, e-mail: vestnik_vi_gps@mail.ru

Today oil spills on the territory of the oil fields in Western Siberia have taken the nature of the distress. This paper investigates one of the reasons of a spill of tanks and pipelines — the destruction caused by corrosion.

Keywords: oil spill disaster, accident, corrosion damage.