Анализ причин и оценка эффективности применяемых технологий по борьбе с коррозией на участке трубопровода производственного комплекса «Пригородное»

РЕФЕРАТ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КОРРОЗИИ ТРУБОПРОВОДА 7
1.1Коррозия трубопровода 7
1.2Виды коррозии трубопровода 12
1.3Средства и методы борьбы с коррозией 19
2 РАСЧЕТ КОРРОЗИОННО – ЭРОЗИОННОГО ИЗНОСА СТЕНКИ ТРУБЫ 37
2.1 Расчет остаточного ресурса трубопровода по минимальной вероятной толщине стенки трубы по результатам диагностики 37
2.2 Расчета остаточного ресурса на основе анализа изменения толщины стенки 39
2.3 Определение назначенного срока остаточного ресурса и характеристик эксплуатации по результатам расчетов 42
3 РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АНТИКОРРОЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ 43
3.1 Эффективность применения метода геотермического напыления алюминия 43
3.2 Эффективность применения метода покраски трубопровода лакокрасочными покрытиями 49
4 ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ТЕРМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ АЛЮМИНИЯ (TSA) НА ДЕЙСТВУЮЩЕМ ОБОРУДОВАНИИ И ТРУБОПРОВОДЕ С ЦЕЛЬЮ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ КОРРОЗИИ ПОД ИЗОЛЯЦИЕЙ (CUI) 53
4.1 Производство огневых работ 53
4.2 Процедура подготовки к работе 53
4.3 Нанесение покрытия термическим напылением алюминия 55
4.4 Оборудование для термического напыления 60
4.5 Факторы окружающей среды 60
4.6 Термическое напыление алюминия: требования к применению 61
4.7 Процесс применения термического напыления алюминия 61
4.8 Требования к контролю покрытия и критерии приемки 62
4.9 Прочность сцепления 63
4.10 Испытание на изгиб 64
4.11 Ремонт покрытия 65
4.12 Вопросы ОТОСБ 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 70

Весь текст будет доступен после покупки

Промышленность Российской Федерации имеет более 20000 предприятий с разнообразными технологиями производства. Оборудование для них изготавливают на основе сплавов черных и цветных металлов, а также из природных или искусственных химически стойких материалов. Со временем оно стареет или разрушается вследствие коррозии. Это приносит не только большие экономические потери, но и приводит к глобальным экологическим катастрофам.
Экономический и экологический ущерб, наносимый нашей планете коррозией металлических изделий, оборудования и конструкций, неисчислим. В последние годы, например, только в Соединенных Штатах Америки ежегодные потери от коррозии составили 300 миллиардов долларов, что соответствует 6% национального дохода всей страны.
В Российской Федерации ежегодные потери металлов из-за их коррозии составляют до 12% общей массы металлофонда, что соответствует утрате до 30% ежегодно производимого металла. [24]
Кроме столь огромных связанных с коррозией прямых потерь, существуют еще большие косвенные потери. К ним относятся расходы, обусловленные потерей мощности металлического оборудования, его вынужденными простоями из-за аварий, а также расходы на ликвидацию последствий аварий, часто носящих характер экологических катастроф.
Коррозия под изоляцией (CUI) является огромной проблемой для экономики. Она снижает производительность труда, создает угрозу для окружающей среды и здоровья работников. Известны случаи, когда она привела к гибели людей. Ежегодный ущерб от коррозии под изоляцией (CUI) на предприятиях по всему миру оценивается в миллиарды долларов.

Весь текст будет доступен после покупки

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КОРРОЗИИ ТРУБОПРОВОДА

1.1 Коррозия трубопровода

Коррозия — это процесс разрушения материала под воздействием химических или электрохимических реакций с окружающей средой. В основном, коррозия проявляется в металлических материалах, таких как сталь, алюминий, медь и другие сплавы.
При таком определении подчеркивается, во-первых, что коррозионный процесс протекает самопроизвольно, то есть без получения энергии извне. Во-вторых, что в основе его лежит химическое взаимодействие металла со средой. Так, если стенка трубопровода меняет свою несущую способность вследствие воздействия на нее потока природного газа, содержащего песок (абразив), разрушение не связано с коррозией. Если же в этом газе присутствуют влага и сероводород и в основе разрушения лежит химическое взаимодействие металла трубы с компонентом среды, которое в данном случае можно описать уравнением [7]:
Fe+H_2 S>FeS+H_2
следует говорить о коррозионном поражении металла.
Наконец, третий момент. Следствием коррозии всегда является изменение свойств металла. Это могут быть химические свойства самого металла (например, когда металл переходит в окисленное состояние), его механические свойства (пластичность, прочность), эксплуатационные свойства всей металлоконструкции (несущая способность) и другие. Изменение этих свойств может, в конечном итоге, привести к разрушению металла или металлоконструкции. В большинстве случаев пораженный коррозией трубопровод или резервуар может продолжать безаварийно эксплуатироваться в течение некоторого времени, требуя тщательного контроля состояния со стороны персонала. Вопрос возможности эксплуатации пораженного коррозией металла является одним из наиболее существенных для коррозиониста ? практика. Другой важнейшей задачей является предупреждение коррозии металла трубопровода. Предупредить коррозию можно двумя способами. Первый ? перейти от данной системы металл / среда к другой, для которой коррозионный процесс является термодинамически невозможным, например, изменив качественный или количественный состав среды. Для действующих металлоконструкций ? трубопроводов и резервуаров ? этот путь неприемлем. Поэтому при их проектировании и эксплуатации идут по другому пути - снижают скорость развития коррозии до значений, при которых изменение свойств материала не скажется на эксплуатационной надежности всей металлоконструкции. Выбор комплекса превентивных мер, или как их чаще называют, защитных мероприятий, зависит в первую очередь от механизма развития процесса и характера его проявления.
Коррозия трубопровода может иметь серьезные последствия и проблемы, которые непосредственно связаны с его функционированием. Одной из таких проблем являются потери эффективности и пропускной способности трубопровода. Вот некоторые аспекты, связанные с этим [5]:
Сужение внутреннего диаметра: Коррозия может привести к появлению отложений и образованию ржавчины на внутренней поверхности трубы. Это может вызвать сужение диаметра и уменьшение пропускной способности трубопровода. Чем больше степень коррозии, тем меньше проходит через трубопровод жидкости или газа за единицу времени.
Образование отложений и загрязнений: Коррозия может способствовать образованию отложений и загрязнений на внутренней поверхности трубопровода. Это может привести к уменьшению эффективности передачи жидкостей или газов, поскольку отложения создают препятствия для свободного потока среды.
Повышенное сопротивление течению: Коррозия может вызывать появление неровностей и неровностей на внутренней поверхности трубы. Это приводит к увеличению сопротивления течению и дополнительным потерям давления в трубопроводе. Для поддержания необходимого давления может потребоваться дополнительная энергия или использование насосов.
Ограничение прочности и надежности: Коррозия может ухудшить механические свойства материала трубопровода, такие как прочность и устойчивость к разрыву. Это может снизить надежность трубопровода и повысить риск аварийных ситуаций, таких как прорыв или утечка.
Увеличение эксплуатационных затрат: Регулярное обслуживание и ремонт трубопровода, пораженного коррозией, требуют дополнительных затрат. Необходимость замены корродированных участков трубы или проведения профилактических мероприятий по борьбе с коррозией может увеличить операционные расходы.
Коррозия трубопровода может привести к серьезному разрушению и возникновению пробоев в материале трубы. Вот некоторые аспекты, связанные с этим: [3]
Прорывы: Когда коррозия приводит к значительному ослаблению стенки трубы, она может не выдержать давления среды, которая транспортируется по трубопроводу. В результате возникают прорывы, когда материал трубы разрывается, что может привести к серьезным аварийным ситуациям. Прорывы могут вызвать утечку опасных веществ, включая газы, нефтепродукты или химические вещества, что представляет угрозу для окружающей среды и безопасности.
Катастрофическое разрушение: Коррозия, продолжающаяся на протяжении длительного времени без должного контроля и ремонта, может привести к катастрофическому разрушению трубопровода. Когда стенка трубы существенно ослаблена, она может не выдержать внешних нагрузок, таких как гидравлическое давление, механические напряжения или тепловые циклы, что может привести к разрыву трубы и крупным аварийным ситуациям.
Утечки: Коррозия может привести к образованию микротрещин и дырок в стенке трубы, через которые может происходить утечка среды, транспортируемой по трубопроводу. Утечки могут быть незаметными на ранних стадиях, но с течением времени они могут увеличиваться в размерах и приводить к увеличению потерь среды и потенциально опасной ситуации.
Потери эффективности и эффективного сечения: Коррозия может привести к тонким областям или отложениям на внутренней поверхности трубы, что снижает эффективное сечение и пропускную способность трубопровода. Это может сказаться на производительности системы, потреблении энергии и пропускной способности.
Финансовые потери: Разрушение и пробои трубопровода, вызванные коррозией, могут привести к значительным финансовым потерям. Восстановление поврежденного трубопровода, устранение утечек, очистка и восстановление окружающей среды, а также потери в производстве и доходах могут потребовать значительных ресурсов и инвестиций.
Поэтому предотвращение коррозии, регулярный мониторинг состояния трубопроводов и проведение ремонтных и профилактических работ имеют важное значение для предотвращения разрушений и пробоев трубопроводов.
Коррозия трубопровода может представлять опасность для окружающей среды и здоровья людей. Вот некоторые из основных опасностей [14]:
Утечка опасных веществ: Коррозия трубопровода может привести к образованию трещин, дырок или прорывов, через которые могут вытекать опасные вещества, такие как нефтепродукты, химические вещества или газы. Это может привести к загрязнению почвы, воды и атмосферы, а также представлять угрозу для экосистем и животных. В случае утечки опасных веществ, возникает риск отравления, заболеваний и других негативных последствий для здоровья людей.
Воздействие на водные ресурсы: Если коррозия трубопровода происходит вблизи водных ресурсов, таких как реки, озера или подземные воды, то утечи опасных веществ могут негативно повлиять на качество воды и экосистему водных объектов. Это может привести к отравлению рыбы и других водных организмов, а также ограничению доступа к чистой питьевой воде.
Воздействие на здоровье людей: В случае утечки опасных веществ из корродированного трубопровода, люди могут подвергаться риску вдыхания токсичных паров, контакта с загрязненной водой или почвой, или попадания этих веществ на кожу. Это может вызывать различные заболевания, от раздражения и аллергических реакций до более серьезных последствий, таких как отравления или длительные заболевания органов.
Пожароопасность: В случае утечки горючих веществ, таких как нефть или газ, из корродированного трубопровода, возникает повышенная пожароопасность. Горючие вещества могут зажигаться при взаимодействии с источниками зажигания, что может привести к возгоранию и распространению пожара.
Коррозия трубопровода имеет значительные экономические и финансовые последствия. Вот некоторые из них [14]:
Затраты на ремонт и замену: Коррозия требует регулярного обслуживания, ремонта и замены поврежденных участков трубопровода. Это включает затраты на труд, материалы, оборудование и инфраструктуру. Такие работы могут быть дорогостоящими, особенно если требуется замена большого участка трубы или реконструкция системы.
Потери производства и доходов: Коррозия и связанные с ней аварии, пробои или утечки могут привести к прекращению работы трубопровода и остановке производственных процессов. Это может привести к снижению объемов производства, потере доходов и убыткам для компаний и предприятий, которые зависят от функционирования трубопроводной системы.
Увеличение операционных расходов: Работа с корродированными трубопроводами требует дополнительных усилий и ресурсов для поддержания нормальной эксплуатации. Это может включать частые инспекции, мониторинг состояния, проведение профилактических работ, применение антикоррозионных покрытий или добавок. Все это приводит к увеличению операционных расходов и снижению эффективности эксплуатации трубопровода.
Потери энергии: Коррозия может приводить к утечкам и потерям давления в системе трубопровода. Для поддержания требуемого давления может потребоваться дополнительное использование насосов или других энергозатратных устройств. Это приводит к повышению энергетических расходов и увеличению затрат на энергию.
Судебные и страховые расходы: Аварии, вызванные коррозией трубопровода, могут привести к юридическим претензиям и судебным процессам со стороны пострадавших или пострадавших от утечек или других проблем, связанных с коррозией. Компании также могут понести расходы на страхование от потенциальных рисков и ущерба, связанного с коррозией.
Все эти финансовые и экономические последствия делают превентивное обслуживание, мониторинг и управление коррозией трубопровода важными аспектами для обеспечения стабильной и безопасной работы системы.

1.2 Виды коррозии трубопровода

Существует несколько принципов классификации коррозионных процессов. Первый ? по механизму протекания химической реакции, лежащей в основе коррозионного процесса. [7]
В подавляющем большинстве случаев в основе процессов коррозии металлов лежат окислительно-восстановительные реакции. Корродирующий металл в них выступает в роли восстановителя, окисляясь. Для того, чтобы металл вступил в реакцию взаимодействия с окислителем, атомам металла необходимо преодолеть энергию химической связи с соседними атомами. Эта энергия называется энергией кристаллической решетки. Она довольно велика. Соответственно велика и энергия активации процесса окисления металла. Поэтому при невысоких температурах процесс непосредственного взаимодействия металла с окислителем идет, как правило, очень медленно. При повышении температуры возрастает энергия атомов металлов, увеличивается количество активных, то есть способных к взаимодействию, частиц и скорость окисления увеличивается. С заметной скоростью железо окисляется кислородом лишь при температуре выше 300 °С, а сероводородом – при температуре выше 260 °С. Такая температура не характерна ни для магистральных трубопроводов, ни для резервуаров [10].
Если же окислительно-восстановительная реакция взаимодействия металла с окислителем протекает в присутствии влаги, то молекулы воды вступают во взаимодействие на определенных промежуточных стадиях, а на более поздних стадиях выходят из зоны реакции. Изменяется механизм реакции. Энергия активации в этом случае существенно ниже, чем в отсутствии влаги. Поэтому процесс окисления металла способен протекать с заметной скоростью при любой температуре, при которой вода остается в жидком состоянии. В соответствии с этим, в зависимости от механизма протекания химической реакции, лежащей в основе коррозии металла, различают коррозию химическую (высокотемпературную) и электрохимическую (низкотемпературную). При химической коррозии металл взаимодействует с окислителем при отсутствии в системе влаги. Процесс протекает при высоких температурах. По такому механизму окисляется металл печных змеевиков, реакторное оборудование на нефтеперерабатывающих заводах. При электрохимической коррозии в системе обязательно присутствует влага и коррозия протекает при низких температурах. Коррозия трубопроводов и резервуаров это ? электрохимическая коррозия. Поскольку основные кинетические закономерности реакций, протекающих по химическому и электрохимическому механизмам, различаются, то практически не удается предотвратить или затормозить коррозию, не определив предварительно, как протекают реакции, лежащие в ее основе [19].
Другим принципом классификации коррозионных процессов является характер коррозионного поражения. При эксплуатации магистральных трубопроводов и резервуаров встречается не так уж много видов поражений, но каждый из них по-своему влияет на надежность и долговечность трубопровода. По характеру поражения коррозию делят на общую и локальную или местную. Общая коррозия – это разрушение, которое развивается по всей поверхности металла, контактирующего с технологической средой (рис. 1).

Рисунок 1 – Общая коррозия на поверхности трубопровода на участке разрушенной изоляции

Общая коррозия может быть равномерной, если она развивается по всей поверхности примерно с равной скоростью, и неравномерной, если глубина поражения одних участков поверхности больше, чем других (рис. 2).

Весь текст будет доступен после покупки

1. Брайан Фитцджеральд и др. - STG 36 Устная презентация, КОРРОЗИЯ, март 2004 г.
2. Бушковский А.Л., Малышев С.А., Хисматулин Р.Я. Технико-экономическое обоснование выбора толщины стенки и материала труб для строительства, ремонта и реконструкции промысловых трубопроводов // Нефтяное хозяйство. – 2006. –№ 8. – С. 90–93.
3. Вайншток С.М., Новоселов В.В., Прохоров А.Д., Шаммазов А.М. и др. Трубопроводный транспорт нефти. – М.: ООО «Недра–Бизнесцентр», 2012. – 621 с.
4. В.С. Лонг и П.Г. Кроули, Недавние опыты с коррозией под термоизоляцией на химическом заводе, STP 880, Американское общество по испытаниям и материалам, 1980.
5. Джон В. Калис, февраль 2002 г., «Обзор по изоляции», Национальная ассоциация по изоляции, Александрия, Вирджиния.
6. Дж. Б. Бхавсар, Практика проектирования изоляции для уменьшения коррозии труб и оборудования, коррозии под влажной теплоизоляцией, КОРРОЗИЯ 1989, Симпозиум, стр. 15-32, NACE Publication, Хьюстон, Техас, 1990.
7. М. М. Шовьер и др., "Управление CUI в сосудах под давлением стареющего нефтеперерабатывающего завода”, документ №07566, NACE Международный, Хьюстон, Техас.
8. Мустафин Ф.М. Машины и оборудование газонефтепроводов. – Уфа: Монография, 2014.
9. Общеобъектная спецификация для термического распыления алюминиевого покрытия 1000-S-72-48-S-0001-00-E.
10. Проект MTI 118, Обнаружение коррозии с помощью изоляции, 1998, MTI, Сент-Луис, Миссури.

Весь текст будет доступен после покупки