Ежегодно в России фиксируются порядка 100 тыс. отказов промысловых трубопроводов, из которых 90% так или иначе связаны с коррозионным износом. Автором настоящей статьи был предложен метод модернизации стандартной схемы протекторной электрохимической защиты трубопроводов путем размещения анодного электрода не в грунте, а непосредственно внутри трубопровода, и использования в качестве электролита транспортируемой жидкости, для того чтобы в результате окислительно-восстановительной реакции (ОВР) из-за разности потенциалов восстановление металла проходило на внутренней стенке трубы.

Также автором собран испытательный стенд, на котором проводились замеры скорости трубопровода, защищенного с использованием предложенного способа. Благодаря антикоррозионному модулю скорость коррозии на стенках образцов-свидетелей снизилась в 14 раз. Участок трубопровода, защищенный антикоррозионным модулем не подвержен образованию АСПО и солеотложений. Разработанная конструкция позволяет значительно увеличить межремонтный период промысловых трубопроводов: от 30 до 200%.

21.10.2017 Инженерная практика №08/2017

Блябляс Александр Николаевич Аспирант Института прикладной механики Уральского отделения РАН

В России эксплуатируются более 350 тыс. км промысловых трубопроводов. При этом ежегодно в стране фиксируются порядка 100 тыс. отказов трубопроводов, из которых 90% так или иначе связаны с коррозионным износом [1].

Отметим, что коррозия – это фундаментальная проблема, которая сохраняется на протяжении многих десятилетий и приводит к миллиардным потерям, ежедневным отказам оборудования, разливам нефтепродуктов, простоям оборудования, а в отдельных случаях – к непоправимому ущербу для окружающей среды (рис. 1).

Существует большое количество причин возникновения коррозии: это и наличие в металле механических примесей, и формирование участков с динамической нагрузкой на трубопровод, и перекачка агрессивных сред (жидкостей с содержанием серы, кислорода, соли) и др. Все это, безусловно, ускоряет коррозионный процесс [2].

Как правило, при использовании протекторного способа защиты потребность во внешнем источнике тока отсутствует: в паре работают два металла, из-за разности потенциалов между ними возникает электрический ток, и частицы металлов в виде ионов переходят к катодным участкам (рис. 2).

Для борьбы с коррозией трубопроводов автором было предложено провести модернизацию стандартной схемы протекторной электрохимической защиты путем размещения электрода не в грунте, а непосредственно внутри трубопровода. В качестве электролита в этом случае используется транспортируемая жидкость. За счет этого в результате ОВР восстановление металла проходит на внутренней стенке трубы (рис. 3).

Для проверки работоспособности этой теории был сконструирован и собран протекторный антикоррозионный модуль (рис. 4). Следующим шагом стал выбор активного металла для обеспечения электрохимической защиты. В промышленности наиболее распространены три типа активных металлов – цинк, магний и алюминий. Для обеспечения оптимального воздействия был создан электрод из алюминиевого сплава с 45%-ным содержанием магния (рис. 5).

Далее для проверки работоспособности антикоррозионного модуля был собран стенд, представляющий собой замкнутый трубопроводный контур. В качестве образца была выбрана труба диаметром 100 мм, толщиной 5 мм и длиной 2500 мм. Материал трубы – сталь марки Ст20 (рис. 6). Продолжительность опыта составила 720 ч с регулярным контролем скорости коррозии контрольного участка при помощи прибора «Моникор-2».

После проведения испытаний с использованием агрессивной среды контрольный участок трубопровода был тщательно исследован. На образце без защиты наблюдается активное развитие коррозии. На поверхности защищенного металла образуется тончайшая пленка оксидного слоя, препятствующая дальнейшему окислению металла (рис. 7).

Использовавшийся для инструментального мониторинга коррозии прибор «Моникор-2» позволил выявить ряд закономерностей. На рис. 8 условно можно выделить несколько характерных областей. Первая область (1) – начало коррозии контрольного участка трубопровода. Основной металл открыт, ничем не защищен, протекает активная стадия коррозии.

На втором (2) этапе происходит выравнивание процесса, коррозия замедляется. На первой кривой замедление связано с образованием коррозионного слоя. На второй кривой отчетливо наблюдается снижение скорости коррозии. Это связано с восстановлением оксидной пленки на внутренней стенке трубы. С течением времени происходит наращивание пленки и закупоривание дефектов, поэтому разница увеличивается. На третьем (3) этапе происходит стабилизация процесса: значительных изменений и возмущений в дальнейшем прибор не зафиксировал.

ОПИ МЕТОДА

После рассмотрения проекта на научно-техническом совете ОАО «Удмуртнефть» было получено согласование на проведение опытно-промысловых испытаний (ОПИ) антикоррозионного протекторного модуля на дренажной линии сырьевого резервуара типа РВС-5000 на УПН «Киенгоп» (рис. 9).

Испытания проводились в течение шести месяцев с момента ввода модуля в эксплуатацию. Образцы-свидетели коррозии менялись согласно утвержденной программе, при этом фиксировались значения коррозионной активности. На протяжении пяти месяцев с интервалом раз в две недели производились съем и взвешивание образцов-свидетелей коррозии.

Замер фоновой скорости коррозии промыслового трубопровода проводился дважды. Потеря массы вследствие коррозионного разрушения составила 0,1427 грамм. После установки антикоррозионного протекторного модуля скорость коррозии снизилась в 14 раз и стабилизировалась (см. таблицу).

ВЫВОДЫ ПО ИТОГАМ ПРОВЕДЕННЫХ РАБОТ

Благодаря антикоррозионному модулю скорость внутренней коррозии образца в ходе ОПИ снизилась в 14 раз. Участок трубопровода, защищенный антикоррозионным модулем, не подвержен образованию АСПО и солеотложений. Разработанная конструкция позволят увеличить межремонтный период промысловых трубопроводов на 30-200%.

Быстрая смена протекторного электрода в модуле не требует демонтажа конструкции и опорожнения линии.

В итоге программа ОПИ «Антикоррозионный протекторный модуль» признана успешной. В настоящее время в ОАО «Удмуртнефть» проводится внедрение еще двух аналогичных антикоррозионных модулей, которые устанавливаются в промысловые трубопроводы. Автором получен патент на изобретение.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Балабан-Ирменин Ю.В., Липовских В.М., Рубашов А.М. Защита от внутренней коррозии трубопроводов водяных тепловых сетей, М.: Новости теплоснабжения, 2008. С. 97.
2. Красноярский В.В., Цикерман Л.Я. Коррозия и защита подземных металлических сооружений. – Л.: Высшая школа, 1968. С. 43.
3. Блябляс А.Н. Совершенствование методов и технических средств защиты промысловых трубопроводов от внутренней коррозии // СФЕРА. Нефть и газ. 2016. №51. С. 52-53.