CC BY
67
8 ТРУБЫ
6/Н (18) декабрь 2011 г. ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ
СНИЖЕНИЕ ИЗНОСА ТРУБОПРОВОДА ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ
И.Ф. КАЛАЧЕВ Первый зам. директора ООО «ТТД Татнефть»
по научно-производственному обеспечению д.т.н., профессор
Лениногорск [email protected]
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: износ трубопровода, защитные покрытия, увеличение срока эксплуатации трубопровода
Ежегодно в нефтедобывающей отрасли строятся и вводятся в эксплуатацию тысячи километров промысловых трубопроводов различных диаметров и различного назначения, а их общая протяженность исчисляется сотнями тысяч километров. Циклические нагрузки, растягивающие напряжения, внутреннее и наружное рабочее давление в комбинации с эрозионным и коррозионным воздействием транспортирующей среды, перекачиваемым в турбулентном гидравлическом режиме, приводят к отказам трубопроводов через короткий период эксплуатации, если не применять современные методы защиты.
заводских и полевых условиях.
Цель защитного покрытия стальных поверхностей труб:
- обеспечить защиту от коррозии в течение определенного срока в период монтажа, эксплуатации и ремонта
- защита стали от коррозионного растрескивания
- уменьшение статической усталости в сероводородсодержащей среде
- препятствие образования солевых и асфальта - смолистых отложений
- уменьшение износа при добыче нефти установками скважинных штанговых насосов (УСШН), возникающего вследствие контакта штанговых муфт или центраторов с телом трубы
- снижение гидравлического сопротивления всего лифта
Современные напыляемые внутренние покрытия для покрытия труб - однослойные и двухслойные. Однослойные покрытия говорят сами за себя: один слой является защитным барьером от проникновения агрессивной среды к стальной поверхности. Он же является самодостаточным для условий эксплуатации - достаточно прочен при ударе, истирании, достаточно термостоек. Однослойные покрытия бывают ►
Коррозионностойкость трубных сталей Скорость коррозии стали, мм/год Балл КС
1.Совершенно стойкие менее 0,001 1 12
2.1. Весьма стойкие 0,001 - 0,005 2 11
2.2. Весьма стойкие 0,005 - 0,01 3 10
3.1. Стойкие 0,01 - 0,05 4 8
3.2. Стойкие 0,05 - 0,1 5 7
4.1. Пониженно-стойкие 0,1 - 0,5 6 5
4.2. Пониженно-стойкие 0,5 - 1,0 7 3
5.1. Малостойкие 1,0 - 5,0 8 1
5.2. Малостойкие 5,0 - 10.0 9 0,8
Нестойкие более 10,0 10 0,5
Где, КС - коэффициент увеличения стоимости труб относительно Сталь 20
Многие нефтегазодобывающие предприятия имеют трубопроводы, которые прослужили 12 лет и более. Из-за резкого увеличения обводненности добываемой нефти скорость коррозии трубопроводов возросла с 0,04 до 6 мм в год. В настоящее время средний срок службы стальных незащищенных труб составляет три года, вместо 10, водоводов в системе ППД - два года, а в агрессивных средах срок службы труб без покрытия меньше еще в три-четыре раза.
Развитие и технический прогресс таких отраслей промышленности, как нефтяная, газовая, химическая, теплоэнергетика, машиностроение, судостроение и др., в значительной мере зависят от обеспечения их трубами, обладающими высокими эксплуатационными характеристиками - коррозионной стойкостью, износостойкостью, хорошими механическими свойствами.
Если произвести оценки по 10-бальной шкале общей коррозионной стойкости металла труб для нефтяных промысловых условий и оценка их стоимости, то, из таблицы видно, трубы из коррозионно-стойкого металла очень дорогие. Применение их оправдано только на весьма ответственных объёктах.
Защита стальных трубопроводов от коррозии
Долговечность работы трубопроводов, изготовленных из малостойких сталей (сталь 10, 20 и т.д.) напрямую зависит от эффективности их противокоррозионной защиты.
Наружные изоляционные покрытия обеспечивают первичную («пассивную») защиту стальных трубопроводов от коррозии, выполняя функцию «диффузионного барьера», через который затрудняется доступ к металлу коррозион-ноактивных агентов грунта.
Но, очень важно в добывающей промышленности, при эксплуатации бурильных труб, насосно-компрессорных труб и линейных труб, защитить внутреннюю поверхность металла трубы от контакта с транспортируемой коррозионноактив-ной средой.
История применения защитных покрытий стальных трубопроводов насчитывает более века, однако до сих пор не все проблемы в этой области решены. Постоянно повышается качество защитных покрытий трубопроводов, практически каждые 10 лет появляются новые материалы, новые технологии и оборудование для нанесения покрытий в
ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ 6/Н (18) декабрь 2011 г.
ТРУБЫ 9
полиэпоксидные, но чаще - полиурета-новые или полимочевинные.
Двухслойное покрытие построено по другому принципу. Защищает трубу внутренний, относительно тонкий слой - прай-мер. Но он недостаточно стоек к удару, особенно при низких температурах, недостаточно прочен при истирании... Проще говоря, защитный слой сам нуждается в защите от внешней среды. Для этого поверх наносится второй, мастичный слой. Но при этом слои должны быть прочно соединены между собой. Двухслойные покрытия, как правило, содержат слои разной природы. Внутренний - эпоксидный, наружный - полиуретан, модифицированный полиуретан, реже - полиэпоксид.
Для того чтобы защитное покрытие эффективно выполняло свои функции, оно должно удовлетворять целому ряду требований, основными из которых являются:
- низкая проницаемость агрессивных сред
- высокие механические характеристики
- высокая и стабильная во времени адгезия покрытия к стали
- стойкость к катодному отслаиванию
- хорошие диэлектрические характеристики
- устойчивость покрытия к старению
- стойкость к температурным воздействиям
- максимально возможный срок эксплуатации
Эпоксидное покрытие не экранирует катодную защиту, имеет повышенную водопроницаемость, причем водопо-глощение носит насыщающий характер. Переходное сопротивление, снижающееся в начальный период эксплуатации, стабилизируется. Покрытие становится проницаемым для токов катодной защиты, сохраняя высокие барьерные свойства по отношению к кислороду и ионам коррозионной среды. Оно обеспечивает эффективную защиту металла в широком интервале потенциалов катодной поляризации при низких плотностях тока за счет пассивации поверхности металла продуктами катодной реакции, в том числе под потерявшим адгезию покрытием. Эпоксидное покрытие имеет великолепные показатели по адгезии к металлу, высокие термостойкость и влагостойкость, низкое значение катодного отслаивания. Вместе с тем, эпоксидный слой относительно хрупок, имеет недостаточную эластичность и, как следствие, прочность при ударе. Полиуретан эластичен, прочен при ударе, стоек к атмосферному воздействию, технологичен (быстро твердеет), но по показателям адгезии и термостойкости уступает эпоксидному. Как правило, требует специфического оборудования и не может наноситься при отрицательных температурах.
При выборе покрытия необходимо учитывать три положения:
- Идеального покрытия не существует. Любое покрытие имеет как преимущества, так и недостатки. Тот, кто утверждает обратное - либо ничего не
понимает в этой области, либо задача его проста: продать. Продать любой ценой.
- Выбор подходящего покрытия - всегда компромисс. Каждый раз, выбирая преимущество в одной области, Вы жертвуете чем-то в других.
- Нельзя рассматривать материал без сопровождения. Материал - лишь часть проблемы выбора. Остаются ещё технология и оборудование для нанесения, технологичность процесов, сервис и т. д.
Заказчик расставляет приоритеты, определить, какие из параметров покрытия являются первичными, самыми важными, а какие вторичными - ими можно жертвовать для достижения первичных. Сведения о материалах, уже присутствующих на рынке и технологии покрытий постоянно совершенствуются.
Опыт эксплуатации труб в течении последних 35 лет наглядно показывает эффективность использования внутренних защитных покрытий как метод защиты от коррозии и продлении срока их службы, то есть перевод из малостойких в весьма стойкие трубопроводы с увеличением КС до 3.
Одно из основных направлений в повышении эффективности работы трубопроводов - разработка и внедрение различных технологий изоляции труб в заводских условиях, как с наружным, так и с внутренним покрытием. Использование данных технологий позволяет ускорить темпы прокладки трубопроводов, уменьшить трудозатраты, повысить надежность и долговечность в несколько раз их противокоррозионной защиты. При изоляции труб в заводских условиях, осуществляется постоянный контроль за качеством исходных изоляционных материалов и защитных покрытий в целом, проводится контроль на всех технологических стадиях покрытий стальных труб. Открываются большие возможности для широкого внедрения высокоэффективных
изоляционных материалов и новых конструкций защитных покрытий, которые не могут быть реализованы в полевых условиях. В зависимости от условий эксплуатации трубопровода, нефтяникам требуются стальные трубы с различными типами покрытий и из материалов и труб из композиционных материалов, которые эффективно будут работать на промыслах.
В настоящее время трубная промышленность России существенно расширила сортамент поставляемых стальных труб, повысило качество (допускаемые отклонения по наружному диаметру будут снижены до +/- 0.75 % вместо +/- 1,25% в настоящее время, а по толщине стенки до +/- 10,0 % против + 12.5% - /15% в настоящее время и т. д.). Эти показатели качества направлены на повышение надежности и соответствуют требованиям лучших зарубежных стандартов API 5L (США), DiN 1629 , DiN 17175 (Германия), YiS 3441 (Япония).
В ОАО «ТАТНЕФТЬ» создано оборудование и организовано производство для нанесения полимерного, цементно-пес-чаного покрытия на внутреннюю поверхность и полимерную двух и трёхслойную наружную изоляцию повышенной надёжности на стальные трубы нефтяного сортамента диаметром от 50мм до 1420мм в цеховых условиях с суммарной производительностью более 6000 км в год.
Это позволило снизить все эксплуатационные затраты:
- потери на трение транспортируемой среды
- отложение парафинов и солей
- облегчить процесс очистки промысловых трубопровода, тем самым снизить износ трубопроводов
- продлить срок эксплуатации до 25 лет
Внедрение труб повышенной надёжности окупило себя в условиях ОАО «Татнефть» менее чем за три года. ■
