Пассивная и активная защита трубопроводов от коррозии
Существует два способа защиты трубопроводов и резервуаров от почвенной коррозии: пассивный и активный.
К пассивной защите трубопроводов относятся изоляционные покрытия с различными материалами. – битумно-резиновые покрытия и покрытия из полимерных лент. Ко всякому противокоррозионному внешнему покрытию труб должны предъявляться следующие требования:
· Прочность сцепления покрытия с металлом;
· Хорошая изоляция от электрического тока;
· Достаточная прочность и способность сопротивляться механическим воздействиям при засыпке траншеи;
При длительной эксплуатации трубопроводов, защищенных только изоляционными покрытиями, возникают сквозные коррозионные повреждения уже через 5-8 лет. Поэтому для долговечности, кроме защиты поверхности промысловых трубопроводов покрытиями, применяют активный способ защиты, к которому относятся катодная и протекторная защиты.
Сущность катодной защиты сводится к созданию отрицательного потенциала на поверхности трубопровода, благодаря чему предотвращаются утечки электрического тока из трубы, сопровождающиеся коррозионным разъеданием. С этой целью к трубопроводу подключают отрицательный полюс источника постоянного тока, а положительный полюс присоединяют к электроду-заземлителю, установленному в стороне от трубопровода. Таким образом, трубопровод – анод, а электрод-заземлитель – анод. В результате возникает односторонняя проводимость, исключающая обратное течение тока. Исключение таким образом утечек токов из трубы прекращает ее коррозию. Применяют станции катодной защиты СКЗ, одна СКЗ обслуживает трубопровод протяженностью 10-15 км.
Протекторная защита осуществляется при помощи электродов, закапываемых в грунт рядом с защищаемым сооружением. Протекторная защита имеет те же основы, что и катодная защита. Разница заключается лишь в том, что необходимый для защиты ток создается не станцией катодной защиты, а самим протектором, имеющим более отрицательный потенциал, чем защищаемый объект. Наибольшее распространение при изготовлении протекторов получили магний и цинк.
Для предохранения трубопроводов от внутренней коррозии применяют различные лаки, эпоксидные смолы, цинко-силикатные покрытия и ингибиторы коррозии. Ингибиторы коррозии способны создавать барьер между коррозионной средой и металлом. Необходимо тщательно подбирать ингибиторы для конкретных условий эксплуатации оборудования.
Применяются различные методы предотвращения и устранения отложений парафина и солей на стенках труб:
1. Применение высоконапорной (0,981 — 1,47 МПа/) герметизированной системы сбора нефти и газа снижает разгазирование нефти.
2. Использование паропередвижных установок ППУ. Под действием высокотемпературного пара парафин плавится, затем удаляется из трубопровода.
3. Покрытие внутренней поверхности трубопроводов лаками, эпоксидными смолами и стеклопластиками.
4. Применение поверхностно-активных веществ ПАВ. Подача ПАВ в продукцию обводненных скважин предотвращает образование нефтяной эмульсии, в результате чего стенки выкидных линий и сборных коллекторов контактируют не с нефтью, способствующей прилипанию твердых частиц парафина, а с пластовой водой, предотвращающей отложения парафина. Кроме того, ПАВ, адсорбируясь на твердых частицах парафина, тормозят рост его кристаллов. Расход ПАВ небольшой и составляет лишь 10-12 г/т, кроме того, ПАВ, введенные в поток нефти на забое или на устье скважины, предотвращают образование и «старение» нефтяных эмульсий.
5. Применение теплоизоляции, способствующей сохранению высокой температуры нефти, которая одновременная, являлась бы и противокоррозионным покрытием.
6. Применение резиновых шаров (торпед), периодически вводимых в выкидные линии у устьев скважин и извлекаемых на групповых замерных установках.
Источник
Коррозия подземных трубопроводов и защита от нее
Коррозия подземных трубопроводов является одной из основных причин их разгерметизации вследствие образования каверн, трещин и разрывов.
Коррозия металлов, т.е. их окисление – это переход атомов металла из свободного состояния в химически связанное, ионное. При этом атомы металла теряют свои электроны, а окислители их принимают.
На подземном трубопроводе за счет неоднородности металла трубы и гетерогенности грунта (как по физическим свойствам, таки по химическому составу) возникают участки с различным электродным потенциалом, что обуславливает образование гальванических коррозионных элементов (рис.2.1 и 2.2).
Важнейшими видами коррозии являются: поверхностная (сплошная по всей поверхности), местная в виде раковин, язвенная (питтинговая), щелевая, межкристаллитная и усталостное коррозионное растрескивание. Два последних вида коррозии представляют наибольшую опасность для подземных трубопроводов.
Поверхностная коррозия лишь в редких случаях приводит к повреждениям, тогда как по причине язвенной коррозии происходит наибольшее число повреждений
Коррозионная ситуация, в которой находится металлический трубопровод в грунте, зависит от большого количества факторов, связанных с грунтовыми и климатическими условиями, особенностями трассы, условиями эксплуатации. К таким факторам относятся:
влажность грунта,
химический состав грунта,
кислотность грунтового электролита,
структура грунта,
температура транспортируемого газа
Наиболее сильным отрицательным проявлением блуждающих токов в земле, вызываемое электрифицированным рельсовым транспортом постоянного тока, является электрокоррозионное разрушение трубопроводов. Иллюстрация возникновения блуждающих токов и влияния их на трубопровод приведена на рисунке 2.3.
Рис. 2.3 Схема возникновения блуждающих токов на железной дороге с электрической тягой на постоянном токе.
1 — тяговая подстанция, 2 — нагрузка, 3 — контактная сеть, 4 — ходовая рельсовая сеть, 5 – трубопровод Iкс — ток в контактной сети, Iрс — ток в ходовой рельсовой сети, Iн — натекающий ток на трубопровод, Iс — стекающий ток с трубопровода.
Интенсивность блуждающих токов и их влияние на подземные трубопроводы зависит от таких факторов, как:
переходное сопротивление рельс-земля;
продольное сопротивление ходовых рельсов;
количество поездов на перегоне;
расстояние между тяговыми подстанциями;
потребление тока электропоездами;
число и сечение отсасывающих линий;
удельное электрическое сопротивление грунта;
расстояние и расположение трубопровода относительно пути;
переходное и продольное сопротивление трубопровода.
Следует отметить, что блуждающие токи в катодных зонах оказывают защитное воздействие на сооружение, поэтому в таких местах катодная защита трубопровода может быть осуществлена без больших капитальных затрат.
Методы защиты подземных металлических трубопроводов от коррозии подразделяются на пассивные и активные.
Пассивный метод защиты от коррозии предполагает создание непроницаемого барьера между металлом трубопровода и окружающим его грунтом. Это достигается нанесением на трубу специальных защитных покрытий (битум, каменноугольный пек, полимерные ленты, эпоксидные смолы и пр).
На практике не удается добиться полной оплошности изоляционного покрытия. Различные виды покрытия имеют различную диффузионную проницаемость и поэтому обеспечивают различную изоляцию трубы от окружающей среды. В процессе строительства и эксплуатации в изоляционном покрытии возникают трещины, задиры, вмятины и другие дефекты. Наиболее опасными являются сквозные повреждения защитного покрытия, где, практически, и протекает грунтовая коррозия.
Так как пассивным методом не удается осуществить полную защиту трубопровода от коррозии, одновременно применяется активная защита, связанная с управлением электрохимическими процессами, протекающими на границе металла трубы и грунтового электролита. Такая защита носит название комплексной защиты.
Активный метод защиты от коррозии осуществляется путем катодной поляризации и основан на снижении скорости растворения металла по мере смещения его потенциала коррозии в область более отрицательных значений, чем естественный потенциал.
В 1928 году Роберт Кун опытным путем установил, что величина потенциала катодной защиты стали составляет минус 0,85 Вольт относительно медносульфатного электрода сравнения. Так как естественный потенциал стали в грунте примерно равен -0,55. -0,6 Вольта, то для осуществления катодной защиты необходимо сместить потенциал коррозии на 0,25. 0,30 Вольта в отрицательную сторону.
Прилагая между поверхностью металла трубы и грунтом электрический ток, необходимо достигнуть снижения потенциала в дефектных местах изоляции трубы до значения ниже критерия защитного потенциала, равного — 0,85 В. В результате этого скорость коррозии снимется до 10 мкм в год, утрачивая при этом практическое значение.
Катодную защиту трубопроводов можно осуществить двумя методами:
применением внешних источников постоянного тока, минус которых соединяется с трубой, а плюс — с анодным заземлением (электрический метод).
В основу гальванического метода положен тот факт, что различные металлы в электролите имеют различные электродные потенциалы. Если образовать гальванопару из двух металлов и поместить их в электролит, то металл с более отрицательным потенциалом станет анодом и будет разрушаться, защищая, тем самым, металл с менее отрицательным потенциалом (рис.2.4а).
Рис. 2. 4. Принцип катодной защиты
а) с помощью гальванических жертвенных анодов,
б) с помощью поляризации от источника постоянного тока.
1 — заложенный в грунт трубопровод, 2 — гальванический жертвенный анод, 3 — источник постоянного тока, 4 — малорастворимый анод.
На практике в качестве жертвенных гальванических анодов используются протекторы из магниевых, алюминиевых и цинковых сплавов.
Применение катодной защиты с помощью протекторов эффективно только в низкоомных грунтах (до 50 Ом-м). В высокоомных грунтах такой метод необходимой защищенности не обеспечивает.
Катодная защита внешними источниками тока более сложная и трудоемкая, но она мало зависит от удельного сопротивления грунта и имеет неограниченный энергетический ресурс (рис.2.4б).
В качестве источников постоянного тока, как правило, используются преобразователи различной конструкции, питающиеся от сети переменного тока. Преобразователи позволяют регулировать защитный ток в широких пределах, обеспечивая защиту трубопровода в любых условиях.
В качестве источников питания установок катодной защиты используются воздушные линии 0,4; 6; 10 кВ, а также автономные источники: дизельгенераторы, термогенераторы, газогенераторы и другие.
Защитный ток, накладываемый на трубопровод от преобразователя и создающий разность потенциалов «труба-земля», распределяется неравномерно по длине трубопровода. Поэтому максимальное по абсолютной величине значение этой разности находится в точке подключения источника тока (точке дренажа). По мере удаления от этой точки разность потенциалов «труба-земля» уменьшается. Чрезмерное завышение разности потенциалов отрицательно влияет на адгезию покрытия и может вызвать наводораживание металла трубы, что может стать причиной водородного растрескивания. Снижение разности потенциалов не обеспечивает защиту от коррозии и, в определенном диапазоне, может способствовать коррозионному растрескиванию под напряжением.
Анодная защита является одним из методов борьбы с коррозией металлов в агрессивных химических средах. Она основана на переводе металла из активного состояния в пассивное и поддержании этого состояния при помощи внешнего анодного тока. Катодная защита высоколегированных сталей в сильных кислотах невозможна.
В противоположность катодной защите при анодной защите имеются только узко ограниченные области защитных потенциалов, в которых возможна защита от коррозии.
Источник
Защита трубопроводов от коррозии
На сегодняшний день защита трубопроводов от коррозии представлена в нескольких разновидностях. Такой комплекс мероприятий применяется непосредственно для повышения срока службы конструкций.
Все известные способы классифицируются на 4 группы. Это непосредственно:
пассивная защита;
введение в материал составляющих, которые увеличивают устойчивость к коррозии;
воздействие на окружающую среду;
активная защита.
Каждый из методов имеет свою специфику и особенности. Наиболее популярные из них – пассивная и активная защита. Второй метод представляет собой удаление примесей из металла, которые понижают коррозийную стойкость. Он применяется еще на этапе производства труб. Под третьим методом подразумевается введение ингибиторов, которые дезактивируют агрессивную среду.
Пассивная защита трубопроводов от коррозии
Данный метод, который включает защита трубопроводов от коррозии, представляет собой использование специальных покрытий с различными материалами для изоляции. Наиболее популярными считаются битумно-резиновые и из полимерных лент.
Независимо от материала покрытия к нему предъявляется ряд требований:
герметичность;
адгезия, то есть прочное сцепление с металлом;
высокая диэлектрическая способность;
отменная защита от электрического тока;
хороший уровень прочности;
устойчивость к механическим воздействиям в случае засыпки траншеи;
приемлемая цена.
Основная суть данного метода заключается в том, что на поверхность трубопровода наносится изоляционное покрытие. Оно может быть произведено на основе битума, полимерной ленты или напыленного полимера.
Наиболее популярный первый вариант. Такая изоляция осуществляется на основе 85% нефтяного битума марки IV. При этом используется 15% минеральный наполнитель. Чаще всего в ее качестве служит каолин. Данное покрытие отличается высокой стойкостью к механическим воздействиям. Но это возможно только при температуре до 0 С.
В случае с более низкими показателями необходимо дополнительно применять пластифицирующие вещества. Это может быть:
Чтобы адгезия была отменной, должна обеспечиваться чистота поверхности труб. Только в местах с идеальным блеском гарантируется прочное сцепление покрытия с материалом. Очистка производится как вручную, так и автоматически при помощи специальных станков. Следует отметить, что такая изоляция обязательно должна накладываться в горячем состоянии.
При этом поверхность трубы загрунтовывается. Данная изоляция бывает:
Каждый вид применяется в зависимости от коррозийности почвы. Как показывает практика, такая изоляция не обладает достаточной механической прочностью. В случае частой эксплуатации трубопровода коррозия может образоваться на поверхности уже через 5-8 лет.
Активная защита трубопроводов от коррозии
Для увеличения срока эксплуатации применяется еще и активная защита трубопроводов от коррозии.
Она в свою очередь разделяется на катодную и протекторную защиту. Условно выделяют еще и дренажную. Суть активной защиты основывается на эффекте катодной поляризации металлов посредством электрохимической обработки.
В первом случае это гальванический способ. Он приводит к образованию на внутренней и внешней поверхности трубы тонкой пленки из металла, который является устойчивым к коррозии. Чаще всего это цинк.
Во втором случае метод основывается на эффекте блуждающих индуцированных токов. Чтобы реализовать это, необходимо использовать подходящий источник. Он выполнен в виде питающего модуля, а также включает сетевой трансформатор и выпрямитель.
Современные технологии защиты трубопроводов от коррозии демонстрируются на ежегодной выставке «Нефтегаз» в «Экспоцентре».
