Д.т.н. Бурков П.В.,
Мятлев Д.П.
Национальный Исследовательский Томский
Политехнический Университет
АНАЛИЗ РУЧЕЙКОВОЙ КОРРОЗИИ ПОЛОСТИ
ТРУБОПРОВОДА
В практике эксплуатации промысловых трубопроводов важной
проблемой является выход их из строя в результате коррозии. Средний срок службы
промысловых трубопроводов изменяется от нескольких месяцев до 15 лет.
Коррозионные процессы приводят к снижению механической прочности труб, и, как
следствие, – к отказам трубопроводов. В результате отказов происходит
загрязнение окружающей среды, снижение добычи нефти, повышение затрат на
капитальный ремонт трубопроводов и на природоохранные мероприятия.
Промысловые трубопроводы, транспортирующие пластовые флюиды
и построенные из углеродистой и низколегированной стали, подвержены, в
основном, так называемой «ручейковой» коррозии в виде ручейков (желобов),
образующихся по верхней или нижней образующей трубы. В то же время толщина
стенки труб по остальному периметру практически не уменьшается [1].
Наиболее часто применяемым способом защиты от ручейковой
коррозии внутренней поверхности нефтепромысловых трубопроводов является
изменение режима перекачки, т.е. повышение давления и подачи, с целью перехода
потока перекачиваемой среды с ламинарного в турбулентный. Но изменением режима
перекачки не всегда удается добиться турбулентного режима по всей длине
трубопровода. При падении давления в конце трубопровода режим часто переходит в
ламинарный, что приводит к расслоению перекачиваемой продукции и, в конечном счете,
к коррозии металла трубы [2].
Ускорению протекания ручейковой коррозии способствуют
повышение твердости металла (в 2-2,5 раза) на поверхности нижней образующей
трубы по сравнению с исходным состоянием в результате наклепа за счет сил
"микрорезания" абразивных частиц и функционирование макрогальванопар
"отложение-металл трубы" большой электродвижущей силы (ΔE»0,2
В). Кроме того, ручейковая коррозия усугубляется действующими в стенке трубы
растягивающими остаточными напряжениями металлургического происхождения и
напряжениями от давления перекачиваемой жидкости [3].
В данной статье рассмотрены проблемы эксплуатации
промысловых трубопроводов в результате развития «ручейковой» коррозии.
Построена компьютерная модель трубопровода подверженного «ручейковой» коррозии.
Целью работы является выявление возможных негативных
последствий применения метода борьбы с «ручейковой» коррозией посредством
изменения режима перекачки.
Современные компьютерные программы при помощи приближенных
численных методов позволяют выполнять расчеты систем, имеющих сложную
геометрическую конфигурацию и нерегулярную физическую структуру. Метод конечных
элементов (МКЭ) является одним из приближенных численных методов, реализованный
в программном комплексе Ansys.
Смоделирован участок трубопровода подверженного «ручейковой»
корозии. В среде Ansys построен и рассчитан
участок трубопровода длиной L = 1 м, диаметром условным Dy = 1200 мм, толщиной
стенки
Рисунок 1. Конечно-элементная модель участка трубопровода с «ручейковой»
коррозией
В трубопроводе повышается давление. Карта нагружений при
наличии «бороздки» коррозии на исследуемом участке трубопровода представлена на
рисунке 2.
Рисунок 2. Карта нагружений
По результатам расчетов можно сделать вывод, что при
повышение давления с целью перехода потока перекачиваемой среды с ламинарного в
турбулентный увеличивает напряжения в стенке трубы. Собственно, значения напряжения по Мизесу и картина перемещений представлены
на рисунке 3.
Рисунок 3. Напряжения по Мизесу
На картине напряжений отображено эквивалентное напряжение,
получаемое при суммировании трехмерных напряжений, образующихся в нескольких
направлениях. На рисунке 4 представлены перемещения стенок трубы под
воздействием повышения давления.
Рисунок 4. Перемещения
Поскольку канавка от ручейковой коррозии сама по себе
является концентратором напряжений, можно сделать вывод, что повышение давления
в трубопроводе, влекущее увеличение напряжений в металле трубы, имеет
негативные последствия в виде снижения ресурса работы трубопровода.
Опыт эксплуатации трубопроводов по транспорту агрессивных
сред показал, что для уменьшения влияния коррозии (в частности «ручейковой»),
эксплуатирующие организации должны совершенствовать способы защиты
трубопроводов [4].
Исходя из всего выше упомянутого для борьбы с «ручейковой»
коррозией, наиболее эффективным способом является создание барьера между
внутренней поверхностью труб и транспортируемой средой (нанесение различных
видов покрытий на внутреннюю поверхность стальных труб или плакирование
различными видами коррозионностойких материалов на основе металлов и неметаллов)
[5].
Список
используемых источников и литературы
1.
Абдуллин И.Г. и др. Механизм
канавочного разрушения нижней образующей нефтесборных коллекторов. – М.:
Нефтяное хозяйство, 1984. – С. 51-53.
2.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа:
[Электронный ресурс] // Ручейковая коррозия. 2008. URL: http://www.ngpedia.ru/id113006p1.html.
(Дата обращения: 30.10.2013)
3.
Ибрагимов Н.Г., Хафизов А.Р., Шайдаков
В.В. и др. Осложнения в нефтедобыче. – Уфа: ООО "Издательство научно-технической
литературы "Монография", 2003. - 302 с.
4.
Бекбаулиева А.А. Совершенствование методов и технических средств защиты
промысловых трубопроводов от внутренней коррозии. – Уфа, 2010. – 121 с.
5.
В.И. Горнштейн, В.М. Айдуганов, О.В.
Рабинзон, И.Г. Кашлаков, Л.И. Волкова, С.Л. Чахеев. Стальные трубы,
футерованные полиэтиленом, для нефтегазодобывающей промышленности. 1-ый Трубный
конгресс 2004 г. – Екатеринбург, 2004. – С. 90-92.