Аспирант кафедры металлургии цветных металлов
Лобова П.А.1
1Национальный исследовательский иркутский государственный
технический университет, Россия
Классификация
коррозионных процессов на магистральных нефтепроводах
Одной из
существенных статей расходов нефтедобывающих компаний является строительство и
эксплуатация магистральных нефтепроводов. По трубопроводам нефтяных
месторождений транспортируется эмульсия, представляющая собой смесь нефти,
подтоварной воды и нефтяного газа. При движении коррозионно-агрессивных
жидкостей возникает общая и локальная коррозия, приводящая к аварийности
трубопроводов. В случае порыва трубопроводов разлившаяся нефть загрязняет
территории и водные ресурсы, предприятие вынуждено отвлекать денежные средства
на непроизводительные работы по ликвидации последствий коррозионных разрушений.
[1]
Успешная защита трубопроводных систем от коррозии
может быть осуществлена при своевременном обнаружении коррозионных разрушений,
определении их величины и выборе защитных мероприятий. В начальный период
эксплуатации состояние трубопровода определяется качеством проектирования и
строительства. Влияние этих факторов уменьшается во времени и доминирующее
значение приобретают условия работы трубопровода. [2]
Степень коррозионного
влияния наиболее объективно определяется свободной скоростью роста коррозионных
повреждений (Vкорр), измеряемой в мм/год. Многообразие
природно-климатических условий РФ создает широкий диапазон скоростей почвенной
наружной коррозии: от 0,25 - 0,3 мм/год в районах Сибири и Приполярья до
0,8-1,2 мм/год в южных регионах РФ и на Кавказе. Факторами дополнительной
опасности являются значительные блуждающие токи (скорость роста дефектов:
0,1….10 мм/год) и индукционная коррозия (скорость роста дефектов: 0,05….3
мм/год) в промышленных районах центральной России. Скорость роста коррозионных
дефектов в результате микробиологической наружной коррозии составляет 0,1…1,5
мм/год. В целом, наружную коррозионную опасность для объектов нефтегазового
комплекса РФ можно характеризовать средней скоростью разрушения трубопроводов в
0,4….0,7 мм/год. Скорость роста внутренних коррозионных дефектов существенно
превышает вышеуказанные цифры и может составлять до 10 мм/год. Существенной
особенностью трубопроводов является то, что для них опасно появление даже
самого мелкого сквозного проржавления, нарушающего их герметичность. У
трубопроводов при этом возникают большие утечки транспортируемых продуктов,
вызывающие опасность для окружающей среды, а иногда и
опасность серьезных аварий вплоть до взрывов. [3]
Рисунок 1
Указанные скорости роста обусловлены протеканием
нескольких видов коррозионных процессов, различающихся между собой по механизму
протекания: химическая коррозия, электрохимическая коррозия и коррозионное
растрескивание под напряжением (Рис.1).
Химическая коррозия металлов - это гетерогенное
взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и
восстановление окислителя происходит одновременно. Движущей силой процесса
химической коррозии является уменьшение общей свободной энергии системы
окислитель-восстановитель вследствие протекания химической реакции. Наиболее
распространенным видом химической коррозии является коррозия металлов в газах,
особенно при повышенных температурах.
На объектах нефтегазового комплекса наиболее часто
встречается электрохимическая коррозия. Причиной протекания данного процесса
является возникновение на поверхности металла, соприкасающегося с
электролитом, большого количества коррозионных гальванических элементов.
Возникновение таких коррозионных элементов вызвано различными величинами
собственных потенциалов отдельных участков поверхности металла. [4]
Это различие потенциалов
на поверхности металла обусловливается как внутренними, так и внешними
факторами. К числу внутренних факторов относятся: природа металла, его
кристаллическое строение, наличие внутренних напряжений, температура, различный
характер обработки поверхности металла, наличие загрязнений в металле
(сегрегации, шлак и т. д.). К числу внешних факторов, влияющих на возникновение
различных потенциалов на поверхности металла, относятся: природа и концентрация
электролита, его температура, скорость движения, доступ окислителей к
поверхности металла. [2] В результате наличия разных
потенциалов на поверхности металла образуется коррозионный гальванический
элемент, в цепи которого возникает электрический ток.
Важной особенностью коррозионного процесса является
то, что разрушения при электрохимической коррозии происходят только на анодах,
в то время как на катодах происходит процесс деполяризации и разрушение металла
не имеет места.
Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) труб
в подземных трубопроводах является одной из форм инициируемых внешней средой
разрушений. Его определяют как макрохрупкое разрушение, развивающееся в
результате одновременного воздействия на металл коррозионной среды и
растягивающих напряжений. В отличие от воздействия общей и локальной коррозии
КРН приводит к снижению несущей способности, как правило, без существенного
изменения толщины стенок. [4]
В то же время, для объектов нефтегазового комплекса
наиболее естественно классифицировать процессы коррозионного разрушения на
протекающие на наружной и внутренней поверхности металлического объекта. В
зависимости от условий протекания различают несколько видов наружной или
внутренней коррозии стальных сооружений добычи, транспортировки и хранения
нефти и газа.
Наружная коррозия может быть подразделена на:
§
почвенную коррозию, происходящую в условиях заложения
металла в почву;
§
атмосферную коррозию, происходящую в условиях влажного воздуха;
§
микробиологическую коррозию, вызываемую или
усиливаемую микроорганизмами, содержащимися в грунте;
§
коррозионное растрескивание под напряжением (КРН),
вызываемое следующими последовательными процессами: наводораживание,
коррозионное и механическое разрушение объекта;
§
электрокоррозию, вызываемую почвенными постоянными или переменными блуждающими токами от
внешнего источника;
§
индукционную коррозию, возникающую в результате
индукционного влияния линий электроснабжения на участках их параллельного
следования и пересечения. [5]
Традиционно
при изучении причин и механизма коррозии основное внимание уделяют оценке
коррозионной агрессивности среды, обусловленной ее химическим составом. Такой
подход, несмотря на его очевидность, является слишком упрощенным и не позволяет
воспроизводить реальные условия работы нефтехимического оборудования. Об этом
свидетельствуют различия (часто на порядок и более) наблюдаемых на практике и
замеряемых в лабораторных условиях скоростей коррозии. Различия объясняются сложностью
рассматриваемой системы, в которой одновременно протекает несколько разных по
природе, но взаимосвязанных процессов. В реальных условиях параметры такой
системы изменяются как во времени, так и в пространстве и не поддаются
детерминированному определению. Поэтому наряду с анализом отдельных факторов
для установления причин и механизма коррозии необходимо их рассмотрение в
комплексе. Особенно важной является оценка влияния отдельных факторов друг на
друга в динамических условиях. Такой подход к исследованию коррозионных
процессов, происходящих в нефтепроводах, должен быть главным. [2]
Литература
1. Янина И.В. Экономическое
обоснование выбора системы антикоррозионной защиты трубопроводов / И.В. Янина,
С.В. Риккер, С.Ю. Исламгалеева // Нефтяное хозяйство. – 2013. – №10. – С.
120-121.
2. Шангареев И.Р. Оценка
скорости коррозии образцов-свидетелей в скважинных условиях / И.Р. Шангареев,
Р.А. Дмитриев, А.М. Созонов, А.И. Маланин, Р.В. Авершин // Нефтяное хозяйство.
– 2013. – №08 – С. 108-110.
3.
Коршак А.А., Нечваль А.М. Проектирование и
эксплуатация газонефтепроводов. СПб.: Недра, 2008. – 488 с.
4.
Баранов А.Н. Защита металлов от коррозии /
А.Н. Баранов, Б.Н. Михайлов // учеб. пособие. – 3-е изд. – Иркутск: Изд-во
ИрГТУ, 2012 – 152 с.
5.
Маркин А.Н., Низамов Р.Э. СО2-коррозия
нефтепромыслового оборудования. – М.: ОАО ВНИИОЭНГ, 2003. 189 с.