Варианты катодной защиты трубопроводов – преимущества и недостатки способов

Savig
13407 0 6

Savig 25 июля, 2016Специализация: мастер по внутренним отделочным работам. Хорошо разбираюсь в электроинструментах для ремонта и строительства. В прошлом преподаватель радиотехнического техникума.

Фото трубы, которую не защитили от появления и распространения ржавчины

Металлические трубы обладают самыми высокими прочностными характеристиками, но над ними также властвует и невероятно разрушительное явление, называемое коррозией. Чрезмерная влажность способна уничтожить даже самую прочную сталь. В данной статье я расскажу вам о том, какие методы применял для защиты собственного железного трубопровода от столь пагубного эффекта, основываясь на знаниях по химии, полученных ещё в школе.

Защита подземных трубопроводов от коррозии

Трубопроводы разных видов нашли широкое применение в современном мире. Они практически всегда спрятаны пол землей. Процесс образования коррозии на них не относится к разряду тех, которые можно избежать. Его можно только отсрочить на некоторый промежуток времени. Для этого используются специальные составы, которые на металлической поверхности образуют небольшую защитную пленку. Она не дает агрессивной подземной среде влиять на структуру трубопровода.

Защита трубопроводов от коррозии направлена на то, чтобы остановить все окислительные процессы.

Внимание: Стоит отметить, что на трубах коррозия образуется как внутри, так и снаружи. Внутренняя их часть страдает от того, что коррозийный налет появляется в результате протекания по ним агрессивных веществ, вызывающих окислительные процессы. Внутренняя часть страдает от высокого уровня влажности почвы.

Защитная пленка должна находиться и внутри и снаружи по понятным причинам. Только в этом случае можно предотвратить быстрее появление коррозийного налета, который обладает разрушающими свойствами.

Защита трубопроводов необходима для разных видов коммуникаций. Сегодня защитные способы применяются не только для водопроводных труб, которые страдают от появления ржавчины, но и для газопровдов.

Защита водопроводных труб необходимо по причине того, что по ним вода поступает на предприятия и в дома людей. Она должна быть без всяких примесей. Если трубы ржавые, то водопроводная жидкость будет иметь неприятный оранжевый оттенок. Такая вода не годится для употребления в пищу. Ее даже не используют на промышленных объектах, потому что она может повлиять на свойства выпускаемой продукции.

Таблица. Скорость коррозии металла.

Внешняя изоляция

Первым и важнейшим способом есть внешняя изоляция. Кроме антикоррозионных функций она уменьшает теплопотери и обеспечивает механическую защиту. Для создания изоляции могут быть использованы разные материалы, коротко рассмотрим возможные варианты. 1. Битумная изоляция.

Состоит из слоя полиэтилена, который защищается битумным покрытием. Иногда может присутствовать стеклохолст, обернутый вокруг труб. Может использоваться для трубопроводов, которые размещаются в глинистых, песчаных и каменистых грунтах.
2. Полиэтиленовая антикоррозионная изоляция.
Состоит из многослойного покрытия, специально предназначена защищать трубопроводы от коррозии.
3. Пенополиуретановая изоляция.
Бывает двух видов. Первый – применение пенополиуретановых скорлуп, используется для наземных и подземных трубопроводов при канальном и бесканальном проведении труб. Второй – создание пенополиуретановой оболочки путем впрыскивания жидкого ППУ между трубой и предварительно созданной полиэтиленовой изоляцией, после чего ППУ отвердевает и превращается в целостную оболочку.

Существует ещё изоляция стекловатой и минеральной ватой, однако эти варианты изначально предназначены для уменьшения потерь тепла и предупреждения создания конденсата, а не для защиты от коррозии, поэтому они и используются преимущественно для изоляции трубопроводов тепловых сетей. Возможна вариация толщины изоляционного слоя. В каждом конкретном случае толщина рассчитывается в зависимости от функциональной нагрузки на трубопровод, важности водопроводной линии и коррозийной активности почвы, в которой она размещена – чем выше эта активность, тем толще должен быть изоляционный слой.

Способы защиты трубопроводов от коррозии

Сегодня имеется большое количество методов защиты водопроводов от налета коррозии. Они основаны на том, чтобы металл, из которого сделаны трубы, вступил в реакцию с вводимыми веществами и растворами. В результате образуется небольшая пленка, которая обеспечивает защиту. В настоящее время выделяют следующие способы защиты трубопроводов от коррозии:

Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии

Трубопроводы данным методом обрабатываются уже много лет. Для этой цели используются растворы электролитов. Благодаря данному методу на металлической поверхности труб появляется плотная защитная пленка высокой прочности. Она не дает агрессивной среде проникнуть в глубокие слои труб. Эффект защиты сохраняется на длительный период.

Катодная защита трубопроводов от коррозии

Данный процесс представляет собой использование электрического тока. Он подается в постоянном режиме, чтобы пленка для защиты металла не разрушалась.

Протекторная защита от коррозии трубопроводов

Данный способ защиты является одним из самых распространенных. Она является самой доступной и не затратной. Ведь для ее воплощения нет необходимости тратить электрический ток. Этот методы заключается в нанесении на поверхность любых труб из металлов сплавов других элементов, которые образуют на их поверхности плотную защитную пленку. Благодаря ней все процессы окисления прекращаются. Для этой цели используются сплавы многих металлов: магний, цинк. В некоторых ситуациях применяется алюминиевый сплав. Данный метод подходи для того, чтобы защищать трубы, которые располагаются под землей.

Анодная защита от коррозии трубопроводов

Данный защитный метод основан на методе анодирования. Он не часто используется по причине того, что он является не экономичным. Для него постоянно требуется подача электрического тока, что приводит к увеличению денежных и энергетических затрат.

Виды и свойства антикор покрытий для трубопроводов

Чем же покрывают трубы от коррозии? Основную обработку труб от коррозии можно разделить на обработку внутренней поверхности труб от коррозии и на защиту трубопроводов от внешней коррозии. Для каждой поверхности используются примерно одинаковые материалы, но в различных пропорциях.

К наиболее часто применяющимся веществам можно отнести:

• Битумные и битумно-полимерные материалы;
• Материалы на основе полиэтилена;
• Смолы;
• Грунтовки и шпатлевки;
• Эмали;
• Краски.

Главные свойства этих покрытий:

• Эффективная защита стальных труб от коррозии;
• Относительно длительный срок эксплуатации;
• Быстрое и простое нанесение;
• Возможность нанесения на большие изделия и мелкие части;
• Экономичность расхода;
• Доступная цена;
• Распространенность на рынке строительных товаров.

Защита трубопровода от коррозии подлит срок их службы

У всех методов защиты трубопроводов имеется большое количество достоинств. Они заключаются в:

• увеличении уровня прочности труб,
• увеличении уровня устойчивости к влиянию агрессивной среды,
• продлении срока службы трубопроводов самых разных типов,
• увеличении твердости поверхности труб и внутри и снаружи.

Благодаря всем методам защиты удается обеспечить длительный эксплуатационный срок всех трубопроводов. Они дают им возможность прослужить не мене десятка лет.

Катодная защита

Катодная защита – иной способ защиты металлических трубопроводов от коррозии, принципиально отличающийся от рассмотренных выше. В его основу положена электрохимическая теория коррозии, согласно которой коррозия связанна с гальваническими парами, что образовываются в области соприкосновения металлов с почвенной средой, а деструкция металлов происходит в местах, где из него выходит ток в окружающую среду. Следовательно, если подключить внешний источник постоянного тока и направить ток в землю через предварительно зарытые около трубопровода старые железные трубы, рельсы и другие металлические предметы, то поверхность трубопровода превратится в катод, что защитит его от деструктивного влияния гальванических пар. А отводиться от трубопровода ток должен через специальный провод к отрицательному полюсу внешнего источника. Недостаток этого способа в энергозатратности, поэтому чаще его используют как дополнительный, но не основной метод.

Виды коррозии трубопроводов

Железо активно реагирует с кислородом лишь при температуре +260 Со. В магистральных линиях не поддерживаются такие диапазоны, но окислительная реакция может быть спровоцирована конденсацией влаги в изолирующем слое, микрощелях сварных швов. Данное повреждение возникает при несоблюдении технологий прокладки и при длительном сроке службы.

Для магистралей характерны электрохимические механизмы разрушения. При химическом типе металл взаимодействует с окислителем без доступа влаги. При электрохимическом – влага присутствует, а вода, с растворенными в ней солями, служит электролитом.

Принято различать два вида коррозионных разрушений:

• Общие: распределяются равномерно, рассчитываются при проектировании;
• Локальные: появляются под влиянием активной среды и растягивающих нагрузок.

Типы локальных разрушений:

• Язвенные: канавки на внешней стороне, обычно имеют небольшую глубину.
• Питтинговые: точечные поражения, имеющие большую глубину;
• Щелевые: появляются в соединительных зазорах деталей, быстро развиваются;
• Трещины: растут медленно до достижения критического значения, затем быстро приводят к аварии.

Для линий нефтегазовой промышленности дополнительную угрозу представляет заражение микроорганизмами. Наиболее опасно сульфатвосстанавливающие бактерии, продуцирующие сульфаты, сульфиты и большое количество сероводорода. Формирование биопленок приводит к отслаиванию защитных покрытий.

Защита промысловых нефтегазопроводов от коррозии

 K промысловым газопроводам относятся шлейфовые трубопроводы для сбора газа и углеводородного конденсата, а при наличии газоперерабатывающего завода трубопроводы транспорта неочищенного газа от установок подготовки газа до газоперерабатывающего завода.

Шлейфовые трубопроводы и конденсат проводы для сероводород содержащих газов и углеводородного конденсата сооружают из сталей марок 20, 20ЮЧ, 09ХГ2НАБЧ. При этом к качеству сталей предъявляются особые требования, такие, как ограничение эквивалента углерода, отношение предела текучести к пределу прочности не более 0,8 и обязательный 100 %-ный контроль на наличие дефектов ультразвуком.

Увеличенный содержания какого-либо упрочняющего легирующего компонента можно повысить не только стойкость стали к сероводородному и водородному растрескиванию, но и категорию прочности. Так, сталь марки 12Г2Ф имеет следующий химический состав

При модифицировании ее кальцием 0,008–0,011 % повышается предел текучести на 48 % по сравнению со сталью 20, при этом она имеет более высокую стойкость к сероводородному растрескиванию.

В основе повышения коррозионной стойкости шлейфовых труб н конденсатопроводов для газа н углеводородного конденсата, содержащих двуокись углерода, лежит применение хромсодержащих сталей. Механические свойства н методы сварки не являются в данном случае определяющими.

Неочищенный газ, содержащий CO2, при достаточной осушке может транспортироваться по обычным не коррозионно стойким трубам. При наличий влаги коррозионно стойкое материальное исполнение должно предусматривать, как и в других подобных случаях, стали с повышенным содержанием хрома.

Нефть — не коррозионно-активная среда. Однако наличие даже небольшого количества воды (1–5 %) в транспортируемой нефти значительно повышает ее коррозионную агрессивность. Наличие в сопутствующей воде солей и прежде всего ионов хлора, углекислого газа. кислорода, сероводорода в соответствующей последовательности усиливает ее агрессивность. Чаще всего сопутствующая вода содержит несколько или все из перечисленных компонентов. Кроме того, к наиболее распространенным скоростям потоков продуктов надо отвести величины скоростей, близкие к 1 м/с. При таких скоростях в нефтепроводах наблюдается расслоений режим течения. В нижней части нефтепровода существует водная фаза, и верхней — нефтяная, а при наличии нефтяного газа трехслойный режим транспортировки с газовой фазой в самой верхней части трубопровода. При таком режиме транспортировки обычно неизбежно образованнее на нижней образующей трубы слоя механических примесей и продуктов коррозии. Соответственно, максимальная скорость коррозии наблюдается на нижней образующей труби по основному металлу (около 60 % коррозионных поражений) в виде продольных канавок с шириной в зависимости от диаметра трубопровода 10–60 мм и длиной 2–20 м с переменной глубиной

Преимущественно коррозионные разрушения нефтепроводов наблюдаются на пониженных, всходящих участках н в застойных зонах. Скорость проникновения коррозии в зависимости от конкретных условий может колебаться в пределах от 0,5 до 12 мм/год.

Случай коррозионного и сероводородного растрескивания нефтепроводов наблюдаются редко, что, вероятно, связано с невысокими давлениями в трубопроводах (обычно 1–1,5 МПа) и применением для их изготовления низкоуглеродистых пластичных сталей.

Максимальной коррозионной агрессивностью обладает сырьевой природный газ, содержащий коррозионно-активные компоненты. Коррозионная агрессивности его зависит от наличия двуокиси углерода, сероводорода, минерализованном води, рабочего и парциального давлений, температуры и других составляющих.

Кроме того, существенное влияние на коррозионную активность продуктов транспортирования по шлейфовым трубам может оказывать режим газожидкостного потока. При наличии в газе углеводородного конденсата наиболее предпочтительным является кольцевой режим транспорта газа. Агрессивность продуктов транспорта определяется агрессивностью влагосодержащего углеводородного конденсата, а она менее опасна, чем водная и водно-паровая фазы, содержащие кислые компоненты. Соответственно, трубопроводы углеводородного конденсата наиболее целесообразно эксплуатировать тоже в кольцевом режиме.

Коррозионная агрессивность продуктов транспорта трубопроводов неочищенного газа определяется помимо температуры, рабочего давления газа н парциальных давлений кислых составляющих относительной влажностью. При отклонениях от оптимальных режимов или с течением времени влажность в трубопроводе может превысить допустимые ограничения и продукты транспорта могут стать в значительной степени агрессивными. При абсолютном исключении повышения влажности в трубопроводе осушенный газ, содержащий двуокись углерода и сероводород, обладает минимальной коррозионной агрессивностью.

К наиболее распространенным способам защиты нефтепромысловых трубопроводов относится ингибиторная защита. Ингибитор вводят постоянным или периодическим впрыском дозировочными насосами в чистом виде или в 10- 20 % -ном растворе в нефти. Ингибитор вводят из расчета 20–300 г/м3 жидкости вообще или водной фазы.

Значительно повысить эффективность ингибиторной защиты позволяет впрыскивать ингибитор непосредственно в водную фазу с малым расходом или в зоны скопления пластовой води, а также сразу после механической чистки трубопровода от отложений.

Наибольшее распространение вследствие высоком защитной эффективности получили отечественные ингибиторы типа ИКБ. В частности, применяемый совместно нефтерастворимый ингибитор ИКБ-4И н водорастворимый ингибитор ИКБ-4В имеют защитный эффект порядка 70–90 %. Из зарубежных хорош зарекомендовали себя ингибиторы типа ВИСКО-904.

Значительно снизить число коррозионных поражений нефтепроводов позволяет рациональное применение технологических приемов транспорта нефтепродуктов. Один из них-ликвидация возможности расслоения нестойкой нефтеводной эмульсий по поддержанием высоких скоростей ее транспортирования в так называемом эмульсионном режиме. Второй технологический прием заключается в раздельной транспортировке безводной и обводненной нефти. Третий этопериодические гидравлические испытания нефтепроводов. Возможно применение и других технологических приемов, которые особенно эффективны при совместном применении с защитными мероприятиями и, в частности, с ингибированием.

В последнее время находят все более широкое применение труби с защитными покрытиями и, в частности, футерованные полиэтиленом и оцинкованные.

К косвенным способам защити нефтепроводов следует также отнести борьбу с сульфатвосстанавливающими бактериями и профилактику противных.

Однако основной способ защити от коррозионных поражений внутренней поверхности промысловых трубопроводов — это ингибирование.

Ингибирование шлейфовых трубопроводов, как правило, осуществляют для защити оборудования добычи газа, но при необходимости возможен дополни тельный ввод ингибитора в начале шлейфового трубопровода. Наиболее оптимальна ингибиторная защита шлейфового трубопровода в условиях эксплуатации его в кольцевом режиме, т. е. растворенный в жидкой фазе ингибитор равномерно омывает внутреннюю поверхность трубопровода.

Конденсат проводы дополнительному ингибированию не подвергаются. Для их защити достаточно ингибитора, растворенного в углеводородном конденсате на стадиях ингибирования оборудования для добычи газа, шлейфовых газопроводов и оборудования установок по подготовке газа. Применяемые на этихстадиях ингибиторы углеводород растворимые.

Для защити трубопроводов неочищенного газа его необходимо осушать на установках по подготовке газа. Однако ввиду того, что этого недостаточно для надежной работы газопроводов, применяется периодическое ингибирование их 2–4 %-ным ингибиторным раствором.

Метод ингибирования трубопроводов неочищенного газа имеет два существенных недостатка: 1) остановка газопровода на период ингибирования; 2) невозможность ингибировать начальный и конечный участки газопровода. Для устранения второго недостатка. Всесоюзным научно-исследовательским институтом природных газов предложен метод аэрозольного ингибирования, основанныйна введении в поток газа мелкодисперсной аэрозоли ингибиторного раствора. Метод прошел успешное опробование. Однако проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали, что при создании достаточно мелкодисперсной аэрозоли ингибирование трубопроводов этим методом возможно на протяжении до 20 км.

Методы защити промысловых нефтегазопроводов от подземной коррозии. Защита промысловых нефтегазопроводов осуществляется комплексно: изоляционными покрытиями и катодной поляризацией.

Для определения необходимого числа установок катодной защити (УКЗ) необходимы следующие исходные данные; удельное электрическое сопротивление грунта в поле токов катодной защити; удельное электрическое сопротивление грунта по трассе и в месте анодного заземления; диаметр, толщина трубопровода; вид изоляционного покрытия; наличие и месторасположение источниковсетевого электропитания.

В соответствии с рассчитанными силой тока, напряжением и мощностью выбирают тип катодной станции. При этом необходимо учитывать резервирование напряжения и силы тока на конечный период эксплуатации катодных станции, исходя ни 30 %-ного запаса, т. е. найденные значения силы тока и напряжения умножают на коэффициент, равнин 1,3, а мощность — на коэффициент, равнин 1,7.

Основные параметры наиболее широко применяемых катодных станций приведены в табл. 90 н 91.

Анодное заземление- один из основных узлов установок катодной защити. В качестве электродов для анодного заземления в отечественной практике в основном используют сталь, железо кремний, графит и графитопласт. Сталь железо кремний и графит могут бить применены и в коксовой засыпке допускается применение также стали в коксобетоне.

По конструктивному исполнению и глубине заложения анодные заземления можно разделить на следующие группы:

подпочвенное анодное заземление, устанавливаемое в грунтах с глубиной погружения до 10 м ниже поверхности земли с горизонтальным, вертикальным и комбинированным расположением электродов;

глубинное анодное заземление, устанавливаемое в специально пробуренные скважины (например, свайные анодные заземления и используемые в качестве анодного заземления обсадные колонии скважины, глубинные заземления с выходом рабочей части на поверхность земли, а также свайные с выходом торца на поверхность).

Литература:

1. Саакиян Л. С., Ефремов А. П. и др. Зашита нефтепромыслового оборудования от коррозии. М.:- Недра, 1985 г, 206 с.
2. Кац Н. Г., Стариков В. П., Парфенов С. Н. Химическое сопротивление Материалов и защита оборудования нефтегазопереработки от коррозии. М.: Машиностроение. -2011 г.
3. Жук Н. П. Курс теории коррозии и защита металлов: учеб. Пособие/ Жук Н. П. -2-е изд., стереотипное. Перепечатка издания 1976.-М:. ООО ТИД «Альянс», 2006.-472.