Тема 4 Защита газопроводов от коррозии
Коррозией металлов называется постепенное поверхностное разрушение металла в результате химического и электрохимического взаимодействия его с внешней средой.
Коррозия газопроводов подразделяется на внутреннюю и внешнюю. Коррозия внутренних поверхностей труб зависит от свойств газа. Борьба с внутренней коррозией сводится к удалению из газа агрессивных соединений, т.е. к хорошей его очистке. Магистральные газопроводы для защиты подвергают нефтевания для получения плёнки на поверхности труб.
Очень большие трудности представляет борьба с коррозией внешних поверхностей труб уложенных в грунт, т.е. с почвенной коррозией и коррозией блуждающими токами. Почвенная коррозия подразделяется на химическую и электрохимическую.
Химическая коррозия возникает от действия на металл различных газов и жидких не электролитов. Она не сопровождается превращением химической энергии в электрическую. При действии на металл химических соединений на его поверхности образуется плёнка, состоящая из продуктов коррозии. Химическая коррозия является оплошной коррозией, при которой толщина стенки трубы уменьшается равномерно. Такой процесс является менее опасным с точки зрения сквозного повреждения труб.
Электрохимическая коррозия является результатом взаимодействия металла, который исполняет роль электродов, с агрессивными растворами грунта, выполняющими роль электролита. Вблизи участков газопровода, где происходит процесс растворения металла с выходом ионов, образуются анодные зоны, а там где процесс растворения происходит менее интенсивно — катодные зоны.
В местах выхода тока (анодная зона) буде происходить растворение металла, т.е. разрушение газопровода. В теле трубы образуются каверны и сквозные отверстия — язвы (местная коррозия).
Аналогичная картина наблюдается при коррозии электрическими токами. В грунт токи попадают в результате утечек из рельсов электрофицированного транспорта — их называют блуждающими. Коррозию, вызываемую блуждающими токами, называют электрической.
Блуждающие токи, стекая с рельсов к отрицательному полюсу тяговой подстанции. В местах, где повреждена изоляция, они попадают на газопровод. Вблизи тяговой
подстанции токи выходят из газопровода в грунт в виде положительных ионов металла. Начинается электролиз металла. Участки входа тока в газопровод называют катодными, а участки выхода — анодными. Анодные зоны очень опасны. Электрическая коррозия блуждающими токами во много раз опаснее электрохимической коррозии.
Для выбора соответствующих мер защиты подземных газопроводов от коррозии необходимо определить коррозионную активность грунта и характер распространения блуждающих токов вдоль трассы газопровода. Коррозионная активность грунта зависит от его состава, влажности, воздухопроницаемости и электропроводности. Наиболее важным свойством грунта является его удельное электрическое сопротивление, которое поддается относительно точному определению с помощью измерительных приборов. В зависимости от удельного электрического сопротивления группы делятся на 5 групп.
Удельное электрическое сопротивление
Источник
6.3. Характеристика коррозионной агрессивности сред при сборе и
В установках подготовки нефти при получении товарной нефти из сырой нефти выделяется несколько фаз: нефтяной газ, газовый конденсат, сточная вода. Коррозионное воздействие этих фаз различается по характеру и степени интенсивности. Интенсивность коррозионного разрушения оборудования растет в результате ввода в нефть в процессе ее обезвоживания и обессоли-вания деэмульгаторов. Усиление коррозии под влиянием деэмульгаторов связано с их сильным гидрофилизирующим и моющим действием, в результате чего на поверхности металла образуется тонкая пленка воды. Коррозионная агрессивность фаз, выделяющихся в процессе подготовки нефти, зависит от их состава и других факторов.
Углеводородный газ, отделяемый от нефти, состоит из смеси предельных углеводородов (метана, этана, пропана, бутана, пентана), которые в коррозион-ном отношении не опасны. Однако эти газы содержат примеси сероводорода и углекислого газа, а при сборе и подготовке нефти неизбежно попадание кислорода воздуха. Кислые газы растворяются в пленке влаги, образующейся внутри оборудования и трубопроводов за счет конденсации паров воды, содержащейся в нефтяном газе. В этих случаях коррозионные процессы протекают особенно интенсивно.
По своим диэлектрическим свойствам газовый конденсат близок к нефти, но при наличии сероводорода, углекислого газа, кислорода и воды он становит-ся коррозионно-активным. В отличие от нефти он не содержит природных компонентов, обладающих защитными свойствами, поэтому его коррозионная активность проявляется особенно интенсивно.
Сточные воды имеют высокую электропроводность, что способствует интенсивному протеканию электрохимической коррозии
Образующиеся продукты коррозии в виде осадков сульфидов и окислов железа обладают высоким абразивным действием и в потоке воды усиливают коррозию.
Агрессивное воздействие коррозионных сред приводит к усилению коррозии оборудования (теплообменников, насосов), резервуаров, труб и трубопроводной арматуры.
Транспортировка неосушенного газа, содержащего сероводород, двуокись углерода и другие агрессивные компоненты, нецелесообразна ввиду высокой коррозионной агрессивности и резкого снижения надежности оборудования и трубопроводов, поэтому его предварительно осушают и очищают.
7. Защита от коррозии
Предохранение наружных поверхностей металлических сооружений, в том числе трубопроводов и резервуаров, от коррозии осуществляется методами активной и пассивной защиты. Активные методы – анодная, катодная и электродренажная защита и средства для их реализации описываются в специальном курсе и в данном пособии не рассматриваются. Пассивная защита наружных поверхностей осуществляется нанесением защитных и изоляционных покрытий.
Предохранение от коррозии внутренних поверхностей оборудования для транспортировки и хранения нефти и газа осуществляется методами пассивной защиты – ингибированием и нанесением защитных и изоляционных покрытий.
7.1. Ингибиторы коррозии
Название «ингибитор» происходит от слова inhibere, что означает «останавливаю, задерживаю».
Ингибиторами коррозии называют вещества, добавление которых в незначительном количестве в коррозионную среду тормозит или значительно подавляет коррозионный процесс.
Ингибиторы могут изменять скорость коррозионного процесса лишь в том случае, если они влияют на кинетику электрохимических реакций, обуславливающих этот процесс. С помощью ингибиторов можно тормозить анодную реакцию, катодную реакцию или обе реакции одновременно. Замедление коррозии возможно также увеличением омического сопротивления на границе раздела фаз «металл-среда» путем образования на металле поверхностной пленки с низкой электропроводностью.
Анодные ингибиторы при введении их в коррозионную среду практически полностью подавляют коррозионный процесс. Механизм действия анодных ингибиторов основан на пассивации анодных участков корродирующей поверхности металла. Чаще всего в качестве анодных ингибиторов используются неорганические окислители, такие, как хроматы, нитриты, молибдаты, вольфраматы.
Следует отметить, что при недостаточном количестве ингибитора в среде возникает опасность интенсификации коррозии на локальных участках поверхности металла и появления питтинговой или язвенной ее форм, поэтому использовать анодные ингибиторы в недостаточном количестве опасно.
Минимальная концентрация CrO4 2- , NO2 — , MoO4 2- , используемых в качестве ингибиторов коррозии стали, равна 10 -4 …10 -3 моль/л. При повышении температуры среды и наличии в ней активаторов, например Cl-ионов, концентрацию ингибиторов необходимо увеличивать.
Катодные ингибиторы уменьшают коррозию вследствие торможения отдельных стадий катодной реакции или сокращения площади катодов. Сокращение площади катодов достигается добавлением ингибиторов, которые на катодных участках в условиях местного подщелачивания среды образуют нерастворимые продукты, изолирующие часть поверхности катодов от раствора. Таким веществом является, например, бикарбонат кальция Ca2CO3. Этим объясняется меньшая коррозия стали в жесткой воде по сравнению с мягкой.
Смешанные ингибиторы по своим защитным свойствам менее эффективны, чем анодные, но они менее опасны и, как правило, не приводят к росту интенсивности коррозии при их недостаточной концентрации. При преимущественном торможении катодного процесса их свойства приближаются к свойствам катодных ингибиторов.
Количественная оценка действия ингибитора (при определенной его концентрации в среде) на скорость коррозионного процесса характеризуется эффективностью защитного действия Z или коэффициентом ингибирования .
Эффективность защитного действия ингибитора определяют на основании лабораторных или полевых испытаний по уравнению
Z = 100%, (7.1)
где Кm – скорость коррозии металла в коррозионной среде, не содержащей ингибитора, г/(м 2 ч);
Кmз — скорость коррозии металла в тех же условиях, но при наличии в среде ингибитора, г/(м 2 ч).
Коэффициент ингибирования определяется по уравнению
Источник