2.4 Химические способы защиты оборудования
Эффективным методом защиты является ингибирование, так как ингибиторы тормозят процесс коррозионного зарождения трещин на поверхности металла. Кроме того, многие ингибиторы способны проникать в вершину зародившейся трещины и сдерживать ее развитие. Поэтому важно правильно подобрать ингибитор. Он должен не только существенно замедлять равномерную и локальную коррозию, но и эффективно подавлять зарождение и развитие коррозионно-усталостных трещин. [3]
Основным назначением ингибиторов коррозии является снижение агрессивности газовых и электролитических сред, а также предотвращение активного контакта металлической поверхности с окружающей средой. Это достигается путем введения ингибитора в коррозионную среду, в результате чего резко уменьшается сольватационная активность ее ионов, атомов и молекул. Кроме того, падает и их способность к ассимиляции электронов, покидающих поверхность металла в ходе его поляризации. На металле образуется моно- или полиатомная адсорбционная пленка, которая существенно ограничивает площадь контакта поверхности с коррозионной средой и служит весьма надежным барьером, препятствующим протеканию процессов саморастворения.
По механизму действия ингибиторы делятся на адсорбционные и пассивационные.
Ингибиторы-пассиваторы вызывают формирование на поверхности металла защитной пленки и способствуют переходу металла в пассивное состояние.
Частицы адсорбционных ингибиторов (в зависимости от строения ингибитора и состава среды они могут быть в виде катионов, анионов и нейтральных молекул), электростатически или химически взаимодействуя с поверхностью металла (физическая адсорбция или хемосорбция соответственно) закрепляются на ней, что приводит к торможению коррозионного процесса.
2.5 Оборудование для химической защиты от коррозии
Блоки дозирования реагентов «Озна дозатор»
Блок дозирования реагентов «Озна дозатор» представлен на рисунке 1 приложения А.
БДР предназначен для дозированного ввода жидких деэмульгаторов и ингибиторов коррозии в трубопровод промысловой системы транспорта и подготовки нефти с целью осуществления внутри трубопроводной деэмульсации нефти, а также защиты трубопроводов и оборудования от коррозии.
БДР выполнен в блочном исполнении. Оборудование блока смонтировано на сварной раме и находится в теплоизолированном помещении.
Блоки БДР состоят:
1) исполнение – технологический (взрывобезопасный В-1а) отсек и аппаратурный (общепромышленное исполнение) отсек;
2) исполнение – технологический, совмещенный с аппаратурным (взрывобезопасный В-1а) отсек;
3) исполнение – технологический (взрывобезопасный В-1а) отсек и шкаф управления (для установки в помещения общепромышленного исполнения).
В технологическом отсеке смонтированы:
насос-дозатор (или агрегат плунжерный), осуществляющий непрерывное объемное дозирование жидких деэмульгаторов и ингибиторов коррозии;
насос шестереночный, осуществляющий заполнение технологической емкости реагентом и периодическое перемешивание реагента в емкости;
расходная емкость прямоугольного сечения, сварная предназначенная для дозированного ввода определенного объема жидких деэмульгаторов и ингибиторов коррозии в трубопровод за регламентируемый промежуток времени; [1]
Емкость технологическая прямоугольного сечения, сварная, предназначенная для хранения и подогрева реагента с помощью вмонтированного электронагревателя. Технологическая емкость соединена с указателем уровня жидкости, который служит для визуального контроля уровня жидкости.
Управление электрооборудованием, установленным в технологическом отсеке блоков БДР (обогреватели помещения и реагента, освещение, вентилятор, насос циркуляции и дозировочный насос) должно производиться:
от поста управления с наружной стороны технологического отсека (вентилятор), со шкафа управления (остальное электрооборудование для первого и третьего исполнения блоков БДР) ;
от постов управления с наружной стороны технологического отсека
(вентилятор и освещение), от постов, установленных внутри технологического отсека (остальное электрооборудование для второго исполнения блоков БДР).
Изделия имеют различные модификации в зависимости от:
производительности насоса-дозатора и его типа;
количества насосов-дозаторов (один, два или три);
наличия или количества расходных емкостей;
наличия или количества смесителей;
типа шкафа управления;
типа применяемых обогревателей
Схема БДР в исполнении с двумя насосами-дозаторами, без расходной емкости, без смесителя и Схема БДР в исполнении с двумя насосами-дозаторами, с одной расходной емкостью, с одним смесителем представлены на рисунках 2 и 3 приложения А.
Схема БДР в исполнении с тремя насосами-дозаторами, с двумя расходными емкостями, с двумя смесителями таблица с техническими характеристиками представлены на рисунке 4 и таблицы 1 приложения А.
Установки «ОЗНА ДОЗАТОР» могут комплектоваться станциями управления «ОЗНА-БДР», которые выполняют функции контроля и управления технологическим оборудованием.
Станция управления конфигурируется в соответствии с исполнением установки (количество емкостей, дозаторов, линий нагнетания, типы установленных датчиков и исполнительных устройств). Возможно применение станции управления для модернизации существующих установок дозирования реагентов.[11]
Консоль управления может быть выполнена в дистанционном исполнении (связь по RS 485/ RS 422 – до 1200 метров), переносном исполнении (связь по радиоканалу, в разработке) или реализована программными средствами верхнего уровня АСУТП. Блок измерения и обработки информации легко интегрируется в SCADA – ориентированные системы АСУТП.
Станция управления с типовым программным обеспечением поддерживает:
управление приводами насосов-дозаторов (до 4-x): локальное - пуск \ останов с пульта ручного управления; удаленное – пуск \ останов по сети RS 485 возможен перехват локального управления удаленным;
программируемое время запуска привода (на время старта игнорируется ситуация «давление ниже минимума»);
автоматический остановка закачки по:
контролю давления в любой линии нагнетания (до 4-х одновременно, если блок головок дозатора подключен на несколько линий);
контролю уровня в любой емкости реагента (до 4-x одновременно, если блок головок дозатора запитан от несколько емкостей);
выходу из строя датчиков давления или уровня на любой из связанных с дозатором емкости или линии нагнетания;
три программируемых режима работы приводов дозаторов:
непрерывный;
однократный (на заданное время);
циклический (периодический останов и запуск привода);
автоматическая регистрация и запись в энергонезависимую память архива сведений о последней аварийной ситуации приводов дозаторов (дата, время, причина аварии);
контроль состояния давления в линии нагнетания (до 4-x) по аналоговому или двум дискретным пороговым сигналам (программируется), автоматическая регистрация и запись в энергонезависимую память архива сведений о последнем выходе давления за установленные пределы (дата, время, выход за минимум \ максимум) по каждой линии;
управление приводами насосов заполнения \ перемешивания емкостей (до 4-x): локальное - пуск \ останов с пульта ручного управления; удаленное – пуск \ останов по сети RS 485 возможно блокирование локального управления удаленным;
контроль уровня реагента в емкости (до 4-x) по аналоговому или двум дискретным пороговым сигналам (программируется); автоматическая регистрация и запись в энергонезависимую память архива сведений о последнем выходе уровня за установленный минимум (дата, время) по каждой емкости;
контроль температуры реагента в емкости (до 4-x) по аналоговому или двум дискретным пороговым сигналам (программируется); автоматическое управление обогревателями емкостей по релейному закону регулирования – включение обогрева при достижении программируемого минимума температуры и отключение при достижении программируемого максимума;
автоматическое отключение обогрева и перемешивания при понижении уровня реагента, в емкостях ниже программируемого минимума;
автоматическое отключение заполнения при повышении уровня выше программируемого максимума;
автоматическое периодическое включение насосов заполнения
перемешивания для перемешивания реагента в емкостях с программируемыми временными интервалами работы \ паузы;
контроль и трансляцию в систему телемеханики сигналов TC (сухой контакт) «Авария технологическая» и «Несанкционированный доступ в помещение»;
доступ по сети RS 485 к состоянию датчиков несанкционированного доступа в помещение; пожарной сигнализации;
газоанализатора (порог 1, порог 2, отказ) и сигнала технологической аварии; автоматическая регистрация и запись в энергонезависимую память архива сведений о последнем появлении каждого из упомянутых сигналов (дата, время появления); защелкивание упомянутых сигналов (кроме сигнала технологической аварии) в памяти станции управления для гарантии регистрации события квитированием по сети RS 485.
просмотр и программирование конфигурации установки, просмотр сведений о состоянии станции управления и технологических объектов установки, просмотр архивов аварийных ситуаций и отклонений контролируемых параметров за пределы при помощи встроенной консоли управления (индикатора 4х20 символов и клавиатуры 4х4 кнопки), системы меню, мнемосхем, окон сообщений и системы контроля от несанкционированного доступа к программе. [1]
2.6 Расчет протекторной защиты водоводов
Исходные данные:
диаметр dт= 0,159 м,
толщина стенки δ =0,005 м,
длина Lт =4500 м,
средняя глубина укладки hт =1,5 м;
наружная изоляция – полиэтиленовая пленочная (измерения сопротивления изоляции методом катодной поляризации не проводились, изоляция прошла контроль сплошности искровым дефектоскопом ДИ-74 в цехе после нанесения покрытия и в поле после изоляции полевых стыков, выполнены ремонт обнаруженных дефектов и повторный дефектоскопический контроль прибором ДИ-74).
Таблица 4. Распределение удельного сопротивления грунта ρ1 вдоль трассы:
Участки, м |
0-600 |
600-1200 |
1200-2000 |
2000-2500 |
2500-3500 |
3500-4500 |
Длины участков t1, м |
600 |
600 |
800 |
500 |
1000 |
1000 |
ρ1, Ом м |
18 |
25 |
32 |
20 |
39 |
22 |
Расчет параметров протекторной защиты
Принимаем сопротивление изоляции через 2 недели после засыпки трубопровода Rн = 6000 ОМ м2.
Рассчитываем начальное сопротивление изоляции (через 1 год после засыпки, когда поры и дефекты покрытия заполнены влагой и грунтом):
Rн (О) = К Rи (8)
Rн (О) = 0,5 6000 = 3000 ОМ м2
Рассчитываем сопротивление изоляции на конечный срок эксплуатации Т=15 лет:
Rи =Rи (0) ехр(-λТ) (9)
Rи= 3000 ехр (-0,125 15) = 460 ОМ м2
Определяем среднее по трассе значение удельного сопротивления грунта:
ρ=
(10)
ρ
5. Так как минимальное и максимальное значения удельного сопротивления грунта участков отличаются от среднего значения не более чем в 2 раза, а диаметр трубопровода по всей длине одинаков, то трубопровод считаем однородным по исходным параметрам
6. Рассчитываем продольное сопротивление водопровода:
(11)
r
Ом/м
7. Рассчитываем переходное сопротивление водопровода:
R=
(12)
7.1. Определяем нулевое приближение
R
7.2. Подставляя значение нулевого приближения в формулу (12) находим первое приближение:
Ом м
7.3. Подставляя это значение в (12), получаем второе приближение:
R2=
Ом м
7.4. Поскольку значения двух последних приближений совпали, то принимаем R=994 Ом-м.
8. Значение расстояния между протекторами L определяем из табл.
Таблица 5. Расстояние между протекторами L, при схеме с РП (в числителе в метрах в знаменателе в плетях)
Диаметр трубопровода dT, м |
Сопротивление изоляции Rи, Ом*м2 |
||||
250 |
350 |
500 |
700 |
1000 |
|
0,089 |
264/8 |
363/11 |
528/16 |
726/22 |
1056/32 |
0,114 |
198/6 |
297/9 |
429/13 |
594/18 |
858/26 |
0,159 |
165/5 |
231/7 |
330/10 |
462/14 |
660/20 |
0,219 |
132/4 |
198/6 |
264/8 |
363/11 |
528/16 |
0,273 |
99/3 |
132/4 |
198/6 |
264/8 |
396/12 |
0,325 |
66/2 |
99/3 |
132/4 |
198/6 |
264/8 |
0,426 |
66/2 |
99/3 |
132/4 |
198/6 |
264/8 |
0,530 |
66/2 |
99/3 |
132/4 |
198/6 |
264/8 |
Ближайшие к найденному значению сопротивления изоляции (Rи=460) табличные значения составляют Rин=350 и Rик=500 Ом м2. Для диаметра dТ=0,159 находим: L(350) =231м, L(500) =330м. По интерполяционной формуле определяем:
Д=Д(Кин)-(
Ки-Кин)
(13)
L=
м
в плетях это составит 304/33=9 плетей.
9. ρ=26 Ом м и dТ=0,159 м находим длину каждого протектора Lп =4,5м. При длине стержней Lс =1 м это 4,5 стержня (стержни можно распиливать пополам).
10. Рассчитываем требуемый диаметр протектора по сроку службы Тп по формулам:
dп=
(14)
(15)
10.1. Задаемся dп =0,04 м и рассчитываем сопротивление протекторов:
Rп=
(16)
Rп=
Ом
10.2. Рассчитываем силу тока протекторов (принимаем Rпр=0,01Ом):
IП
=
(17)
IП А
10.3. Рассчитываем КПД протектора (значения коэффициентов для МП-3 находим из таблицы 4: а=0,45, b=0,37, c=6,3).
Таблица 6. Значения коэффициентов a, b и c для магниевых протекторов.
Тип сплава |
a |
b |
с |
МП-1, МА8Цч, МА8ЦБч |
0,5 |
0,375 |
7,3 |
Мл16, МП-2, 3, 4 |
0,45 |
0,37 |
6,3 |
Мл15 (КМПО) |
0,35 |
0,26 |
5,4 |
=
0,34 или 34 %
10.4. Рассчитываем диаметр протектора:
dп=
м
10.5. Уточняем сопротивление растеканию протектора с учетом найденного диаметра:
Rп=
Ом
м
10.6. Уточняем силу тока:
IП =
А
10.7. Уточняем КПД:
=
0,29
10. 8. Уточняем диаметр протектора:
dп=
м
10.9. Еще раз уточняем параметры с учетом этого диаметра: Rп=5,16 Ом, IП=0,113 А, η=0,28, dп=0,068 м.
Значения двух последних приближений dп близки между собой (разница 3%), поэтому принимаем dп=0,068 м
11. Определяем количество параллельных рядов протекторных стержней в каждой точке:
N =( dп/ dc)2 (18)
N=(0.068/0.04)2=3
12. Таким образом параметры протекторной защиты следующие:
- расстояние между протекторами L=304 м или 9 плетей;
- длина протектора LП=4,5м;
- длина стержней dc=0,04 м;
- стержни общей длиной по 4,5 м размещают в каждой точке 3-мя параллельными рядами.