Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







А такое возможно только при развитии биоценоза на металлических стенках труб и аппаратуры с созданием соответствующих колоний микроор-ганизмов.





Таким образом, основной причиной коррозии в нефтяной промыш­ленности является жизнедеятельность микроорганизмов.На её долю при­ходится свыше 80 % потерь, наносимых коррозией нефтяной промышленности. Достаточно сказать, что ежегодные убытки от биологической коррозии в США перевалили за 1,5 млрд. долларов.

Под микроорганизмами понимается совокупность простейших, водорос­лей, бактерий, дрожжевых и плесневых грибов и актиноомицетов. На се­годняшний день их известно более 150000 видов, из которых более 2 сотен спо­собны потреблять нефтяные углеводороды в качестве источника энергии. При этом, их принято подразделять на аэробные,т.е. существующие в условиях дос­тупа воздуха, и анаэробные,т.е. существующие без доступа воздуха. Всем этим микроорганизмам кроме углеводородов для нормального существования необхо­дима вода в жидком состоянии и присутствие ряда элементов, таких как фосфор, калий, азот, сера, железо и т.д. Кроме того, известны микроорганизмы, спо­собные существовать и без органических питательных веществ, утилизируя мине­ральные соли и растворённую в воде углекислоту. Термобарическая граница су­ществования подобных микроорганизмов находится в пределах 1000 атм и 300°С,


при максимальном значении рН = 9,6. Колонии микроорганизмов предпочитают селиться на твёрдых поверхностях, оказывая на металл комплексное воздействие, включающее механическое воздействие, химическое воздействие продуктами жизнедеятельности и электрохимическое воздействие, за счёт создания гальва­нических ячеек, поверхностных зарядов и изменения окислительно-восстановительного потенциала среды.

При этом, наибольшую опасность с точки зрения коррозии представляет биоценоз двух основных видов бактерий - сульфатвосстанавливающих (СВБ) и углеводородоокисляющих (УОБ). Данное сообщество, закрепившись на металли­ческой стенке, отделяет себя от окружающей среды слабопроницаемым куполом из полисахаридов, а также сульфидов и гидрооксидов железа. Внутри купола СВБ производят H2S за счёт восстановления сульфат-ионов, а вторые (УОБ) поставляют им источник питания - продукты окисления нефти. Поскольку эти бактерии анаэробы, то полупроницаемый купол защищает их от растворённого в пластовой жидкости кислорода, причём, вырабатываемый H2S формирует дополнительный химический барьер на пути кислорода к колонии микроорганизмов:



H2S+O2 +S + H2O

Механизм цикла жизнедеятельности СВБ до конца не выяснен, поэтому

лишь упомянем, что его основа была предложена ещё Вольцогеном Кюром и Ван дер Флюгтом и может быть описана суммарной реакцией:

4Fe + SO4-2 + 4H2O 3Fe(OH)3 + FeS + 2ОН-1

В дальнейшем данный механизм был дополнен Миллером, Бутом и Кин­гом, показавшим, что FeS также способен принимать участие в жизнедея­тельности СВБ с образованием свободного сероводорода. Наконец, Скайринг и Трудингер открыли внутриклеточный механизм генерации H2S под действием АТФ (аденозинтрифосфорная кислота), протекающий в несколько стадий.

Механизм действия анаэробных УОБ изучен намного слабее и имеет энер­гетическую эффективность намного ниже аэробных процессов окисления, при ко­торых водород нефтяных углеводородов непосредственно связывается с кислоро­дом воздуха с образованием воды. В анаэробных условиях водороду приходится


связываться с какой-либо другой органической молекулой или радикалом (нитра­том, сульфатом).

Итак, под защитным куполом формируется водяная среда с повышенным содержанием Н2S. По мере его накопления с внешней и внутренней стороны ку­пола растут отложения сульфида железа. В результате, возникает макроэлектрическая пара, в которой сульфид - катод, а металл стенки трубы - анод. Анод, есте­ственно, начинает растворяться:

Fe Fe+2 + 2e-

Fe+2 + HS-1(S-2) FexSy

А на катоде - восстанавливается водород:

+1+ 2е - 2Н (проникновение в металл) Н2 (в среду)

При этом, сульфиды снижают перенапряжение выделения водорода и спо­собствуют его проникновению в сталь трубы. В макрогальванической паре FexSy/Me разность потенциалов достигает 0,4 в, а скорость коррозии 5 мм/год. И это не предел. Ведь проникая в металл, водород ослабляет металлические связи (так называемое водородное охрупчивание), возникает концентратор напряжения, который ускоряет сквозное разрушение металла по периметру защитных куполов до 12 мм/год.

Из микроорганизмов, способных существовать без органических пита­тельных веществ, отметим так называемые железобактерии. Они аэробны и спо­собны ассимелировать ионы железа и в процессе своего метаболизма превращать их в отложения гидроокиси, повышающие устойчивость защитных куполов рас­смотренных выше сообществ.

Из аэробных микроорганизмов для которых необходимы органические пи­тательные вещества упомянем тионовые и так называемые нитрофицирующие бактерии. В процессе их жизнедеятельности выделяется H24 и HNO3, кото­рые не только сами достаточно коррозионно активны, но и поддерживают рН сре­ды в диапазоне, необходимом для устойчивого существования рассмотренных выше сообществ.


В заключении отметим, что нефтяные пласты в природных условиях, как правило, стерильны, а выше перечисленные микроорганизмы настолько распро­странены, что заражение ими пласта начинается с проведения буровых работ и особенно интенсивно протекает при ППД, в первую очередь пресными водами.

б) электрохимическая коррозия и коррозия химическая.

Для возникновения электрохимической коррозии необходимо 3 условия:

а) наличие двух участков металла с разным потенциалом в растворе данно­го электролита (их наличие обусловлено различной структурой металла);

б) контакт обоих участков с электролитом;

в) соединение разнородных участков между собой металлическим провод­ником.

При соблюдении данных условий на поверхности трубы образуются гальванические элементы (рис.94)

На анодных участках атомы железа переходят в раствор, отдавая два элек­трона и превращаясь в положительно заряженные ионы. Электроны по металлу перемещаются к катодным участкам на которых образуются гидроксильные груп­пы. Катионы железа образуют с гидроксильными группами соответствующий гидроксид:

Fe+2 + 2ОН-1 Fe(OH)2

Последний под действием воды и растворённого кислорода (либо свободного кислорода почвы) переходит в гидроксид трёхвалентного железа:

4Fe(OH)2 + О2 + 2Н2О 4Fe(OH)3

Рис.94. Схема механизма электрохимической коррозии

Электрохимическая коррозия под воздействием блуждающих токов для нефтяной промышленности не актуальна и не рассматривается.

 

 

Для возникновения чисто химической коррозии необходимо наличие лишь соответствующей агрессивной среды (например НС1), способной взаимодейство­вать с металлом стенки трубы или аппаратуры

При этом, если агрессивной средой являются газы, то на поверхности ме­талла, как правило, образуются соединения, защищающие металл от дальнейшего воздействия тех же газов.

В общем случае химической и электрохимической коррозии способствуют: - повышение концентрации агрессивных компонентов;

- повышение температуры и давления;

- увеличение скорости потока;

- повышение шероховатости металлической стенки;

- механическое воздействие на металл.

 

Способы борьбы с коррозией.

Обилие методов борьбы с коррозией принято подразделять следующим образом:

1. Методы, повышающие коррозионную стойкость самого материала;

2. Методы, предотвращающие контакт материала со средой;

3. Методы, регулирующие электронный потенциал материала в среде;

4. Методы, снижающие агрессивность среды.

Перейдём к их рассмотрению:

1. Методы, повышающие коррозионную стойкость материала, в свою очередь, подразделяются на:

а) использование особых материалов;

б) применение объёмного легирования;

в) использование поверхностного легирования;

г) наличие легированного покрытия;

д) упрочнение поверхностного слоя металла.

а) В качестве особых материалов, используемых для изготовления труб и нефтепромыслового оборудования, наибольшее распространение получи­ли:


пластмассы, керамика, стекло, резина, асбест, бетон, благородные металлы, а также никель, алюминий, медь, титан и сплавы на их основе, а так же различные чугуны.

Из перечисленных выше материалов наибольшее распространение получи­ли так называемые «коррозионно стойкие гибкие трубы», которые выпускаются Ø

50, 75, 100 мм и более на рабочее давление до 40 и более атмосфер с температу­рой перекачиваемой среды до 100°С. Гибкие трубы состоят из внутренней герме­тизирующей камеры, изготовленной из полиэтилена или полипропилена; про­дольных грузонесущих элементов, выполненных из стального спирального каната

с диаметрально противоположным размещением по наружному диаметру камеры; радиального силового каркаса, выполненного из 3-х слоев стальной ленты; внешней защитной оболочки, изготовленной из 2 - 3 слоев полихлорвиниловой ленты; и концевых соединений с антикоррозионным покрытием. Нормативный срок службы таких труб 20 лет; гарантированный срок службы не менее 2 лет. Подобные трубопроводы в основном используют в качестве выкидных линий и водоводов низкого, а иногда и высокого давления, их изготавливают в г. Отрадный.

Наиболее перспективным материалом являются трубы, изготовленные из серого чугуна с шаровидной формой графита (ЧШГ), производство которых на­лажено на Синарском трубном заводе. Их диаметр достигает 300 мм, а монтиру­ются они либо с раструбно - флянцевым, либо муфтовым соединением с фторопластовым уплотнением. Подобные трубы обладают повышенной стойкостью к общей коррозии, а так же к сульфидному коррозионному растрескиванию под на­пряжением в средах, содержащих сероводород и углекислый газ. Пробная экс­плуатация подобных труб в ОАО Самаранефтегаз (Красноярское, Покровское, Горбатовское, Радаевское месторождения) показала, что при транспортировке сточных вод их срок службы в 3 - 5 раз выше стальных трубопроводов. Причём, этим трубам не нужна ни внутренняя, ни наружняя антикоррозионная защита, а экономический эффект от внедрения 1 км чугунной трубы в зависимости от Ø ко­леблется от 62 до 113 тыс. руб (2001 г.).









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.