Коррозия металлов

Стальные трубы, применяемые в различных трубопроводных системах, наряду с высокими прочностными характеристиками обладают одним недостатком, свойственным большинству изделий из металла. А именно: они подвержены коррозии.

При прокладке трубопроводов применяется антикоррозионное покрытие труб, позволяющее значительно увеличить срок их эксплуатации. Однако в защите нуждается не только их внешняя поверхность. Многие среды, транспортируемые по трубопроводам, агрессивны и вызывают интенсивную коррозию изнутри.

Чаще всего коррозия металла связана с наличием воды и кислорода. Коммунальные водопроводы хозяйственно-питьевого назначения повсеместно страдают от коррозии. К этой проблеме добавляется и тот факт, что взаимодействуя с протекающей водой, металл труб изменяет ее химический состав, что представляет угрозу здоровью людей, пользующихся водопроводом.

Сегодня при ремонте старых и строительстве новых трубопроводов применяется не только внешняя, но и внутренняя изоляция труб. Внутреннее покрытие преследует сразу две цели:

• защиту от коррозии
• уменьшение гидравлического сопротивления

Шероховатая поверхность трубы вызывает усиленную турбулентность приповерхностного потока, что приводит к увеличению жидкостного трения и как результат, к падению давления и увеличению потребления энергии на перекачку.

Современные материалы, которыми выполняется внутреннее антикоррозионное покрытие труб, имеют гладкую поверхность. Минимальная шероховатость способствует ламинарности потока и уменьшению потерь на трение. Среди разнообразных видов внутреннего покрытия одним из самых перспективных сегодня многие специалисты называют эпоксидное покрытие.

Внутреннее покрытие труб должно обладать высокими защитными свойствами, обеспечивающими сохранность ее на период транспортировки, хранения и монтажа, а также иметь высокую долговечность в процессе эксплуатации. 
 
При внутренней изоляции труб в стационарных заводских или базовых условиях имеется возможность использования современных технологий и оборудования для очистки, нагрева и изоляции труб, проведения последовательного пооперационного технологического контроля и контроля качества готовой продукции, что обеспечивает высококачественное нанесение на тру-бы различных антикоррозионных покрытий.  
 
Технологический процесс внутренней изоляции труб - это комплекс последовательных законченных операций, включающий: 
- предварительный нагрев, сушку труб (при необходимости термо-обезжиривание); 
- очистку внутренней поверхности с созданием необходимого рельефа; 
- технологический нагрев труб до заданной температуры (при необходимости); 
- нанесение защитного покрытия (необходимого по технологии количества слоев) и их отверждение; 
- контроль качества защитного покрытия; 
- ремонт мест повреждений покрытия. 
 
Обязательное и качественное выполнение каждой операции гарантирует высокое качество внутреннего покрытия труб с наилучшими для конкретного материала свойствами. Антикоррозионные покрытия применяются для внутренней изоляции труб, транспортирующих коррозионно-агрессивные среды. В нефтегазовой промышленности к таким средам относятся водонефтегазовые эмульсии, пластовая вода, оборотная вода системы поддержания пластового давления. При движении коррозионно-агрессивных жидкостей возникает общая и локальная коррозия. Скорость общей коррозии составляет порядка 0,01-0,4 мм/год, скорость локальной коррозии может достигать 1,5-6 мм/год. Коррозионная агрессивность значительно повышается с появлением в продукции скважин сероводорода, как продукта жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий. Коррозионные разрушения стальных трубопроводов приводят к большим материальным потерям и ухудшению экологической обстановки в районах нефтедобычи вследствие порывов труб.  
Технологический процесс нанесения внутренней изоляции

Нормативная и технологическая база для производства современных изоляционных покрытий достаточно хорошо отработана, а технологический процесс внутренней изоляции труб разделен на ряд основных этапов - последовательно законченных операций, который включает:

• предварительная очистка стальной трубы,
• предварительный нагрев и сушку труб (при необходимости термо-обезжиривание),
• очистку внутренней поверхности трубы с созданием необходимого рельефа,
• технологический нагрев труб до заданной температуры,
• нанесение защитного покрытия (одного или нескольких слоев) и их отверждение,
• контроль качества защитного покрытия,
• нахождение дефектных мест изоляции и ремонт мест повреждений покрытия.

Обязательное и качественное выполнение каждой операции гарантирует высокое качество внутреннего покрытия труб с наилучшими для конкретного материала свойствами.

Внутренние полимерные покрытия трубопроводов по назначению можно разделить на 

 
1) антикоррозионные,  
2) гладкостные.

Антикоррозионные покрытия применяются для внутренней изоляции труб для транспортировки коррозионно-агрессивных сред. В нефтегазовой промышленности к ним относятся водонефтегазовые эмульсии, пластовая вода, оборотная вода системы поддержания пластового давления. При движении коррозионно-агрессивных жидкостей в стальных трубах возникает общая и локальная коррозия. Скорость общей коррозии составляет порядка 0,01-0,4 мм/год, скорость локальной коррозии может достигать 1,5-6 мм/год. Коррозионная агрессивность значительно повышается с появлением в продукции скважин сероводорода, как продукта жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий. Коррозионные разрушения стальных трубопроводов приводят к большим материальным потерям и ухудшению экологической обстановки в районах нефтедобычи вследствие порывов труб.

Для создания долговечной внутренней изоляции труб большое значение имеет правильный подбор изоляционного материала и соблюдение технологического процесса нанесения внутреннего покрытия труб. Применение внутренних покрытий труб дает ряд преимуществ:

• увеличение срока службы трубопроводов;
• увеличение пропускной способности трубопроводов;
• снижение парафинообразований на стенках трубопроводов и облегчение процесса очистки (расходы на очистку уменьшаются примерно на 75%);
• повышение надежности трубопроводов и снижение ежегодных эксплуатационных расходов.

Увеличение срока службы трубопровода на 1% окупает затраты на нанесение внутреннего покрытия труб. Использование порошковых полимеров и лакокрасочных материалов с высоким сухим остатком позволяет улучшить санитарно-гигиенические условия труда, получать практически беспористые покрытия с более высокими защитными и физико-механическими свойствами, сократить производственный цикл окраски за счет возможности нанесения однослойного покрытия для получения требуемой толщины, сократить невозвратимые потери материала при нанесении по сравнению с лакокрасочными материалами, содержащими растворитель. Отсутствие выбросов паров растворителя делает производство экологически более чистым.

Существующие технологические процессы внутренней изоляции труб предусматривают применение в качестве изоляционных материалов порошковых полимеров и лакокрасочных материалов, как жидких с содержанием растворителей более 30%, так и высоковязких с содержанием растворителей ниже 30% (ЛКМ с высоким сухим остатком) и материалов, не содержащих растворители.

По всем параметрам наиболее подходящими для внутренней изоляции труб являются лакокрасочные материалы на основе эпоксидных, модифицированных эпоксидных и фенолформальдегидных смол. Из порошковых полимеров широко применяются покрытия на основе эпоксидных порошковых материалов, нанесенных по фенольному праймеру. Толщина антикоррозионных покрытий, как правило, составляет 300-500 мкм.

При сравнении покрытий на основе порошковых полимеров и лакокрасочных материалов с высоким сухим остатком предпочтение отдается последним, т.к. технологический процесс нанесения покрытия из порошковых полимеров является более энергоемким и взрывоопасным.

Критериями выбора покрытий для внутренней изоляции труб являются условия эксплуатации трубопровода, защитные и технологические свойства покрытий.

Гладкостные покрытия применяют, как правило, на магистральных нефте- и газопроводах при транспортировке неагрессивных продуктов. Использование гладкостных покрытий имеет ряд преимуществ:

• более быстрый и легкий ввод в действие трубопроводов (труба с покрытием во время хранения и монтажа не подвергается коррозии; ускоряется процесс сушки трубопровода после гидравлических испытаний),
• ликвидируется дорогостоящий и длительный процесс очистки трубопровода от грязи и ржавчины перед вводом в эксплуатацию,
• экономия энергозатрат на перекачку и сжатие в процессе эксплуатации трубопровода,
• обеспечение чистоты транспортируемого продукта,
• значительное снижение ежегодных эксплуатационных расходов на запорную арматуру (клапаны много чаще выходят из строя, требуют ремонта и замены при транспортировке газа, загрязненного продуктами коррозии),
• улучшенный режим движения газа,
• турбулентность потока значительно снижается при наличии внутреннего покрытия труб, что ведет к снижению критических состояний, определяемых режимом движения газа,
• значительное снижение капитальных затрат за счет возможности уменьшения диаметра трубопровода, обусловленной повышением его пропускной способности.

Не все указанные факторы присутствуют в каждом проекте, но даже сочетание некоторых из них обеспечивает окупаемость нанесения внутреннего покрытия труб.

Шероховатость поверхности стальной трубы является одним из ключевых факторов, определяющим эффективность применения гладкостных покрытий, что связано с фактором трансмиссии.

Для достижения высоких показателей гладкости внутренней поверхности трубопровода при транспортировке некоррозионноактивных продуктов достаточно нанести тонкопленочное покрытие с толщиной сухой пленки 50-75 мкм. Нанесение данного вида изоляции обычно производится методами распыления по предварительно очищенной поверхности. Опыт их использования показал, что затраты на внутреннее покрытие газопроводов многократно окупаются в процессе эксплуатации.

Базовые требования к тонкопленочному внутреннему покрытию касаются в основном таких параметров, как эластичность, ударная прочность и адгезия. Покрытие должно быть стойким к влажности, распылению соли, кислотному конденсату. Обязательным требованием является стойкость к блистерингу, т.е. покрытие не должно пузыриться при быстром сбросе давления.

В качестве гладкостных покрытий могут использоваться покрытия на основе жидких эпоксидных лакокрасочных материалов, содержащих растворитель.

Устройство для нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность обсадных труб и внутренней поверхности насосно-компрессорных труб работает следующим образом.

В разборную емкость 4 засыпают расплавляемый защитный состав 14, например: алюмоцинковые гранулы или стекловолокно в количестве, достаточном для нанесения защитного покрытия на всей длине НКТ 1, опускают ее на колонне вспомогательных труб 10 в скважину, производят расплавление защитного состава (14), подавая ток к электрическим нагревательным элементам (5) по кабелю (3), затем подают раствор во внутреннюю полость колонны вспомогательных труб (10), производя давление через шток 11 на поршень 12, который, в свою очередь, производит давление на расплавляемый защитный состав 14, вытесняя его на внутреннюю поверхность НКТ 7 или на внутреннюю поверхность обсадных труб, затем формируют гладкий защитный слой одинакового диаметра по всей длине НКТ калибровочным узлом 8, производя вращение и подъем колонны вспомогательных труб 10.

Области применения:

1. защита внутренней поверхности резервуаров и труб, контактирующих с горючими жидкостями – с нефтью, нефтепродуктами, бензином, дизтопливом, в том числе с авиатопливом.
2. защита внутренней поверхности резервуаров и труб, контактирующих с промвшленными и сточными водами, с химическими продуктами.
3. Гладкостное покрытие для защиты внутренней поверхности трубопроводов для перекачки природного газа.