capcis Борьба с коррозией трубопроводов Введение и обзор Нижневартовский филиал Омского государственного технического университета К.т.н. доцент – Шатило С.П.

capcis Первое знакомство коррозией Задачи Представить основы коррозионных процессов Показать примеры коррозионных повреждений в контексте коррозионных рисков Предоставить руководство для определения механизмов коррозии Представить меры по снижению уровня коррозии и подходы к борьбе с коррозией

capcis Процесс коррозии - коррозионный элемент Электролит Электрический ток Анод Поверхность катода Металл e

capcis Процесс коррозии Коррозийный элемент требует три составляющих: Анод – корродирующая металлическая поверхность Анодная реакция Fe Fe e Катод – инертный противоэлектрод Например, налёт из продуктов коррозии, таких как сульфид, карбонат или оксид железа либо включения в металле Катодная реакция O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - Электролит – проводящая жидкость, способная пропускать электроны Насыщенный минеральный буровой раствор Пресная вода Котловая вода НЕ нефть

capcis Разработка борьбы с коррозией Определение механизма коррозии Реализация Выбор метода контроля коррозии Определение возможных вариантов борьбы с коррозией Анализ На первом этапе определяется механизм разрушения

capcis Основные этапы оценки коррозии Вход: Проблемы, связанные с коррозией Строительные материалы Углеродистая сталь и низколегированные сплавы Коррозионностойкие сплавы Пластмассы, бетон Выход: процесс коррозии общая коррозия, точечная коррозия, образование трещин Проектные параметры Напряжения – приложенные и остаточные Теплообмен и поток жидкости термодинамический и механический циклы Коррозионные среды Жидкости на водной основе, морская/охлаждающая вода, почва, кислоты, щелочи, кислые газы, диоксид углерода, сероводород Оценка процесса коррозии

capcis Взаимодействие металла, среды и инженерного применения Материал Среда Проектные параметры Местная коррозия Вязкие и хрупкие разрушения Газ, вода, углеводород Коррозия

capcis Распространенные механизмы коррозии в производстве Низкосернистая CO 2 коррозия Общая Местная точечная коррозия возникает при повышенных температурах Высокосернистая коррозия Обычно быстропротекающая местная точечная коррозия Микробиологическая коррозия (MIC) 99% случаев возникают в результате воздействия сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ) Коррозия обусловленная потоком Скорость коррозии возрастает от воздействия ударов твёрдых частиц или при удалении продуктов коррозии потоком флюидов движущихся с большой скоростью Чаще возникает на изгибах, стыках, или по нижним образующим трубопроводов Эрозионная коррозия Возникает под воздействием на трубопровод потока флюидов, движущегося с очень большой скоростью, или от ударов твёрдых частиц о стенки трубопровода, что приводит к удалению металла Коррозионное растрескивание под действием сульфидов Растрескивание высокопрочной стали в высокосернистой среде Коррозионное растрескивание Растрескивание менее прочных металлов вследствие совместного воздействия напряжений и коррозионной среды

capcis Распространенные механизмы коррозии в производстве Электрохимическая коррозия Коррозия вследствие соединения различных металлов в проводящей среде Один металл подвергается действию коррозии больше другого Избирательная коррозия в зоне сварного шва Избирательная коррозия металла шва либо в околошовных зонах на стыках Кислородная коррозия Общее ржавление Системы нагнетания пресной воды Открытые резервуары и сосуды Неокрашенные снаружи трубопроводы и сосуды Коррозия под изоляционным материалом Коррозия наружной поверхности трубопроводов и сосудов вследствие проникновения воды в теплоизоляцию Горячие поверхности труб корродируют с высокой скоростью

capcis Низкосернистая коррозия Диоксид углерода + Вода = Угольная кислота = Коррозия CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - Факторы, оказывающие влияние на скорость коррозии……….. Давление: Растворимость CO 2 зависит от парциального давления CO 2. т.е. чем выше давление, тем выше скорость коррозии Температура: Как правило, чем выше температура, тем быстрее происходит коррозия (кинетика) Химический состав раствора : Отдельные ионы в пластовой воде могут изменять кислотность. т.е. Чем выше содержание бикарбоната [HCO 3 - ], тем ниже скорость коррозии

capcis Низкосернистая коррозия Низкосернистая коррозия часто наблюдается как общая Точечная коррозия часто имеет слоистую мезаструктуру Низкосернистая коррозия ограничивается образованием отложений продукта коррозии. Растворимость продукта коррозии уменьшается с возрастанием температуры. Точечная низкосернистая коррозия происходит когда карбонатные отложения формируются частями либо повреждаются потоком / эрозией Обычно борьба ведётся добавлением ингибиторов коррозии Скорость коррозии Температура Область точечной коррозии

capcis Что регулирует низкосернистую коррозию Скорость низкосернистой коррозии определяется парциальным давлением CO 2 в жидкостях Парциальное давление = Моль% x Абсолютное давление системы Возникновение коррозии маловероятно P CO 2 < 1 psia (0.07 бар) Возникновение коррозии возможно 1 psia (0.07 бар) < P CO 2 < 7 psia (0.5 бар) Возникновение коррозии вероятно P CO 2 > 7 psia (0.5 бар)

capcis Коррозионная язва в высокосернистой системе Продукты коррозии сульфиды железа обычно не растворимы при pH выше 5 Сульфид железа образует защитный барьер и уменьшает общую коррозию В местах разрушения пленки происходит быстрая коррозия CO 2 попадает в язву и возникает низкосернистая коррозия Сульфид железа является катодом по отношению к стали и образует вместе с язвой коррозийный гальванический элемент Электролит Анод FeS катод Металл Шапка FeS CO 2 Гальванический эффект

capcis Как идентифицировать высокосернистую коррозию Углеродистая сталь и медные сплавы наиболее подвержены разрушающему воздействию Продукты коррозии Густые Черного цвета Под воздействием воздуха меняют цвет Окисляются образуя ржавчину и серу При добавлении нескольких капель кислоты образуют H 2 S Язвины часто изолированы Окружающий материал не повреждается

capcis Микробиологическая коррозия (MIC)

capcis Сульфатовосстанавливающие бактерии (СВБ)

capcis Необходимые условия микробиологической коррозии (MIC) Наличие СВБ >10 мг/л сульфата Источник углерода - ацетат Анаэробные условия Бактерии предпочитают зоны застоя Под отложениями / тупики трубопроводов Почти нейтральный pH: pH от 5 до 10 Температура от 5°C до 75°C Соленость менее 10,000 мг/л Давление менее ~500 атмосфер Установление присутствия СВБ не означает, что они являются причиной коррозии!

capcis Коррозия обусловленная потоком Продукты коррозии могут действовать как защитная пленка Ограничивая скорость потери металла Поток флюидов имеющий высокую скорость либо механические примеси удаляют отложения со стенок, что приводит к возрастанию скорости коррозии Коррозия обусловленная потоком часто возникает на Изгибах Нижней образующей трубопровода Следует по направлению потока Подрезание – распространенное явление Корродированные поверхности гладкие Особому риску подвергаются высокосернистые системы, необрабатываемые ингибиторами

capcis Эрозионная коррозия Ускоренное разрушающее воздействие в условиях максимального ламинарного течения/скорости либо местной турбулентности Повреждения наносятся высоким касательным напряжением, которое снимает защитную пленку, и повышенным притоком кислорода к поверхности Воздействие усиливается в присутствии твердых частиц, например, песка, и пузырьков газа, и ограничителями потока Обычная для медных трубопроводов форма коррозии Поток: справа налево

capcis Снижение уровня эрозионной коррозии Установление ограничений на материалы на стадии проектирования Управление добычей механических примесей Использование соответствующих ингибиторов для углеродистой стали и медных сплавов Применение соответствующих покрытий Увеличение допуска на коррозию и частоты технических осмотров элементов повышенного риска, таких как коленчатые патрубки / трубопроводная арматура Подробная разработка проекта – конденсационные горшки, отражатели и др.

capcis Электрохимическая коррозия Ускоренная коррозия менее благородного металла в местах контакта с более благородным Принцип катодной защиты Большая разность электрических потенциалов (ряд напряжений) увеличивает вероятность электрохимической коррозии Наличие большого катода относительно анода ускоряет разрушающее воздействие Имеет значение проводимость электролита

capcis Ряд напряжений Катоды (инертные металлы) Нержавеющая сталь (пассивная) Никель Монель, Инконель Бронза Медь Латунь Олово Свинец Свинцово-оловянный припой Мягкая сталь, чугун и чугун ковкий Кадмий Алюминиевые сплавы Цинк Магниевые сплавы Магний Аноды (основания) Чем больше промежуток между металлами в ряду, Тем больший эффект электрохимической коррозии

capcis Снижение уровня электрохимической коррозии Изоляция различных металлов уплотняющими материалами / сальниками Использование ингибиторов коррозии (следует тщательно подбирать ингибиторы) Применение покрытий (местная коррозия может увеличиться при перфорации покрытия) Установка катодной защиты для заглубленных трубопроводов (не рекомендуется для пассивных материалов) Утолщение катодного элемента (например, трубные доски в теплообменниках)

capcis Избирательная коррозия в зоне сварного шва

capcis Причины избирательной коррозии в зоне сварного шва Сложное явление, на которое влияет множество факторов Разница состава материала шва / основного материала. Процесс сварки Микроструктура Образование пленки продукта коррозии Поток Неравномерная адсорбция ингибиторов Гальванический эффект обусловленный составом материала Проводимость окружающей среды

capcis Протекание избирательной коррозии в зоне сварного шва Тест 1 DYNO KI Концентрация ингибитора Скорость коррозии (мм/год) P1 H1 W H2 P2 Фланец либо труба ЗТВ фланца либо трубы Труба ЗТВ трубы Металл шва P2P2 H2H2 H1H1 W P1P1

capcis Кислородная коррозия - внешняя Равномерные потери материала по всей площади незащищенной поверхности Постоянно меняются аноды и катоды Возможно образование защитных пленок, снижающих скорость коррозии Приблизительную скорость разрушающего воздействия часто представляется возможным спрогнозировать и измерить Борьба сданным видом коррозии ведётся нанесением покрытий Внешняя коррозия

capcis Кислородная коррозия внутри трубопроводов Скорость коррозии зависит от: Температуры (кинетика реакции) Скорости (притока кислорода к катоду) Линейно возрастает до максимальной при заданной температуре Контроллируется: Поглотителем кислорода/ газопоглотителем Покрытиями Коррозионноустойчивыми материалами Резкое возрастание O 2 и твердой фазы приводит к разрушению пассивных пленок и быстрой точечной коррозии

capcis Активизируется механизмом дифференциальной аэрации, и поэтому сходна со щелевой коррозией Избирательное разрушающее воздействие под отложениями на поверхности материала Отложения могут быть как неорганическими, например, ил, так и органическими, например, бактерии Коррозия под отложениями и коррозия под изоляционным материалом