Современные средства защиты оборудования нефтегазового комплекса от коррозии.

Классификация методов защиты.

 

В задачу защиты не входит полное прекращение процессов коррозии. К тому же, это и невозможно. Основная цель - замедлить скорость коррозионного разрушения до приемлемого уровня. Некоторая деталь машины механически изнашивается много быстрее, чем разрушается за счет электрохимических явлений. В данном случае проблемы коррозии, скорее всего, вообще нет. И, наконец, некоторый небольшой элемент атомного реактора разрушился, и это вызвало радиоактивное заражение окружающего пространства. Такой элемент при проектировании антикоррозионной защиты, безусловно, должен иметь двойной-тройной запас надежности.

Защита от коррозии - это комплекс мероприятий, выбираемых инженером-коррозионистом исходя из его опыта, который вероятнее всего основывается на мировых знаниях. Легко перечислить возможные способы защиты и антикоррозионные мероприятия, труднее принять наиболее правильное решение.

Коррозионностойкие материалы.

Керамические, стеклянные, железобетонные трубопроводы нашли свою область применения и с успехом заменяют стальные там, где это можно: безнапорные трубопроводы, химические производства, мелиорация и пр.

С малой скоростью корродируют чугунные трубопроводы, которые широко используются в водоснабжении. Многочисленные марки нержавеющей стали с легирующими добавками хрома, никеля, молибдена и титана предназначены, казалось бы, для защиты во всех агрессивных средах. Но, к сожалению, именно нержавеющие стали корродируют по механизму межкристаллитной и питтинговой коррозии. Нержавеющие стали стойки в азотной, сернистой, во многих органических кислотах и щелочах, в атмосфере и нейтральных средах, но уже нестойки в разбавленных растворах соляной кислоты.

Изолирующие покрытия.

Основное назначение любого вида покрытия - уменьшить доступ агрессивной среды к поверхности металла.

Применяют следующие виды покрытия:

- металлическое;

- неорганическое;

- лакокрасочные и полимерные.

К сожалению, все виды покрытия - пористые или имеют механические повреждения. Поэтому надеяться на эффективную защиту от коррозии только с помощью покрытий нельзя. Однако и без покрытия, как важнейшего звена комплексной защиты, обойтись нельзя. Поэтому коротко познакомимся с особенностями наиболее распространенных видов покрытия.

Металлические покрытия.

Цинк на стали - жертва стального сооружения агрессивной среде. Действительно, цинк в паре с железом образуют гальванический элемент, в котором одному из электродов - аноду - суждено растворяться, этим самым давая жизнь (энергию) другому электроду - катоду. В данном случае цинк - анод, сталь - катод. Пока на поверхности стали есть островки цинка, сталь может надеяться на защиту. В данной ситуации работает так называемая протекторная защита, о которой речь еще впереди. В морской воде эффективным катодом может служить поверхность, отстоящая от границы с цинком даже на десятки сантиметров, в то время как в низкоминерализованной воде, следовательно, в среде с низкой электропроводностью, уже на расстоянии несколько миллиметров от цинка плотность катодного тока незаметна и железо там начинает ржаветь.

Никелевое покрытие на стали - катод. Поэтому коррозию стали в порах покрытия можно избежать, устранив эти поры. Покрытие должно быть достаточно толстым с порами заполненными или лаком, или расплавом легкоплавкого металла, например, олова.

Часто сверху на слой никеля электроосаждением наносят слой хрома или еще один тонкий слой никеля, который благодаря легирующим добавкам делают пористым и к тому же анодом относительно нижнего слоя.

Для защиты металлических элементов, погруженных в воду, применяют алюминиевое покрытие, изготовленное методом напыления – металлизацией.

Неорганические покрытия .

Силикатные эмали или стеклоэмали изготавливаются путем наплавления размолотого порошка силиката того или иного состава на защищаемую поверхность. Эмалированная посуда, емкости, детали трубопровода и даже целые трубопроводы - все это может быть изготовлено с эмалевыми покрытиями. Цементные покрытия обладают ощутимым преимуществом - они имеют низкую стоимость и удобны при применении. Цемент обычно наносят на металлическую сетку слоем 5...25 мм. Сталь в бетоне имеет более положительный электрохимический потенциал, чем сталь в почве. Поэтому при контакте с арматурой железобетонного сооружения подземный трубопровод работает анодом и может активно разрушаться.

Оксидирование и анодирование - процессы химической и электрохимической обработки защищаемой металлической поверхности с образованием не растворяющейся пленки окислов. Покрытия хорошо стоят в атмосфере, но для трубопроводов непригодны.

Лакокрасочные и полимерные покрытия.

Битумные эмали или мастики - широко распространенный вид покрытия подземных трубопроводов - изготавливают из смеси нефтяных битумов и различного рода наполнителей. Наносят в расплавленном при температуре 160-170 С виде на очищенную и отгрунтованную поверхность. При этом поверх мастики еще в горячем состоянии накладывают армирующий слой стеклохолста.

Конструкция битумного покрытия подземного трубопровода определяется требованиями норм и правил в соответствии с агрессивностью грунта. Так, для некоторых сред применяют усиленное покрытие, состоящее из следующих слоев:

- битумная грунтовка;

- мастика битумно-резиновая или битумно-полимерная;

- стеклохолст;

- мастика битумно-резиновая или битумно-полимерная;

- стеклохолст;

- наружная обертка из крафт-бумаги.

В целом толщина усиленного покрытия около 6 мм.

Применяют и усиленное покрытие толщиной 9 мм. Такое покрытие включает в себя дополнительно еще один слой мастики со стеклохолстом.

Электрохимическая защита.

Различают четыре вида электрохимической защиты:

а) протекторную;

б) катодную;

в) электродренажную;

г) анодную.

Протекторная защита.

Протекторная защита - электрохимическая защита с помощью тока гальванической пары.

Современные протекторные материалы - это сплавы на основе магния или алюминия, реже - цинка. Все они отличаются от стального защищаемого сооружения своим электрохимическим потенциалом, а именно, их потенциал более электроотрицателен. Благодаря разности потенциалов в гальванической паре возникает ток, стекающий с анода (более электроотрицательного электрода) и натекающий из электролита на катод. Создание натекающего тока - цель электрохимической защиты.

Катодная защита.

Так возникла идея катодной защиты - другой разновидности электрохимической защиты, которая была практически реализована в Англии и США в 1910-1912 гг.

При катодной защите подземного стального трубопровода, в качестве жертвенного анода выступает электродзаземлитель, заложенный в землю недалеко от него. Для того, чтобы этот заземлитель работал анодом, а труба - катодом, включают внешний источник постоянного тока, причем “плюсом” - к аноду, “минусом” - к катоду. При этом в принципе безразлично, из какого материала выполнен анод, важно лишь, чтобы образовался электрический ток и чтобы этот ток был направлен из земли на трубу. Действительно, ток идет от “+” источника на заземлитель, затем в землю, из земли - на трубу и возвращается на “” источника.

 

Электродренажная защита.

Третьей разновидностью ЭХЗ является электродренажная защита, использующая в качестве катодного (натекающего) тока блуждающий ток рельсового электротранспорта. Блуждающий ток есть часть тягового тока электропоезда или трамвая. Так как рельсы являются проводником тягового тока и они не изолированы от земли, то часть тока протекает в земле недалеко от рельсов и может попасть на соседние трубопроводы. Стекающий затем с трубопровода, блуждающий ток вызывает электролитическое растворение металла. Если весь блуждающий ток отводить (дренировать) с трубопровода, то ток везде будет только натекающим, что и обеспечит эффект защиты. Простейшая электродренажная установка - кабельная перемычка между трубопроводом и рельсами (рис.1.1,в). Величина тока в перемычке будет определяться разностью потенциалов труба рельсы в точках их соединения. Блуждающий ток будет выполнять свои защитные функции, если потенциал рельсов меньше потенциала трубопровода. В этом случае ток по перемычке направлен из трубопровода в рельсы, а не в землю.

Анодная защита.

Если при катодной защите требуется обеспечить натекающий ток, то при анодной - наоборот. Анодная защита применяется для металлов, которые могут переходить в так называемое пассивное состояние. Это, главным образом, нержавеющие и углеродистые стали в концентрированных кислотах, щелочах и солевых растворах. При ЭХЗ трубопроводов анодная защита не применима.

Комплексная защита.

Практически во всех случаях применяют ЭХЗ совместно с защитой изоляционными покрытиями. Попытки использовать ЭХЗ для неизолированного сооружения приведут к неоправданным затратам электроэнергии и анодного материала. Действительно, при ЭХЗ изолированного сооружения токи защиты будут распределяться лишь по трещинам и проколам в изоляции, что резко снизит затраты на электроэнергию. Токи ЭХЗ, таким образом, “залечивают раны изоляции”, которые она получает в процессе строительства и эксплуатации сооружения. К тому же в порах и трещинах изоляции при электрохимической защите образуется солевой осадок, который “пломбирует” повреждения. Именно благодаря такой дружественности повсеместно применяется комплексная защита - изоляционные покрытия в сочетании с ЭХЗ.

 

 

Изоляционные покрытия.

 

Транспортировка нефти, газа и нефтепродуктов по трубопроводам является наиболее эффективным и безопасным способом их транспортировки на значительные расстояния. Для сведения к минимуму риска коррозионных повреждений трубопроводы защищают антикоррозионными покрытиями и дополнительно средствами электро-химзащиты (ЭХЗ). При этом изоляционные покрытия обеспечивают первичную ("пассивную") защиту трубопроводов от коррозии, выполняя функцию "диффузионного барьера", через который затрудняется доступ к металлу коррозионноактивных агентов (воды, кислорода воздуха).

Для того, чтобы защитное покрытие эффективно выполняло свои функции, оно должно удовлетворять целому ряду требований, основными из которых являются:

 

1. низкая влагокислородопроницаемость

2. высокие механические характеристики

3. высокая и стабильная во времени адгезия покрытия к стали

4. стойкость к катодному отслаиванию

5. хорошие диэлектрические характеристики

6. устойчивость покрытия к УФ и тепловому старению