Форма 1. Информация о проекте

Тематика проекта

Название проекта

Разработка лабораторного комплекса для проведения коррозионных и механических испытаний образцов конструкционных материалов на совместимость с технологическими средами.

Название проекта на английском языке

Название НИОКР 1-ого года (этапа) реализации проекта

Разработка лабораторного стенда для проведения коррозионных испытаний образцов конструкционных материалов с жидкими коррозивными средами при повышенных термобарических условиях в статике.

Название НИОКР 2-ого года (этапа) реализации проекта

Разработка лабораторного комплекса для проведения коррозионных испытаний образцов конструкционных материалов в статике, и пост-коррозионного изменения упруго-прочностных свойств.

Название НИОКР 3-ого года (этапа) реализации проекта

Разработка лабораторного комплекса для проведения коррозионных испытаний образцов конструкционных материалов с жидкими и газожидкостными коррозивными средами при повышенных термобарических условиях в проточных условиях.

Объем запрашиваемых средств Фонда на выполнение НИОКР 1-ого года (этапа) реализации проекта (руб.)

980 000 руб.

Срок выполнения работ по 1-ому этапу проекта

12 мес.

Вариант софинансирования проекта из внебюджетных источников

Инвестирование.

Фокусная тематика

Направление программы СТАРТ

Н4. Новые приборы и аппаратные комплексы.

Приоритетные направления

Критическая технология федерального уровня

Ключевые слова

Коррозионные исследования, конструкционные материалы, коррозивная среда, химическая коррозия, электрохимическая коррозия, влажная коррозия, и т.д.

Участие предприятия или его сотрудников в других проектах, которые финансировались Фондом

Интеллектуальная собственность

Форма 2. Информация о предприятии и участниках проекта

Форма 3. Содержание проекта

Научно-техническая часть проекта

Научно-техническая задача, на решение которой направлен проект, ожидаемый результат

В современной промышленности – на объектах топливно-энергетического комплекса, химической индустрии и т.д., систематически возникают задачи по испытанию совместимости конструкционных материалов деталей технологического оборудования с технологическими жидкостями. Более конкретно может ставится несколько видов исследований: определение коррозионного износа (скорость потери массы с единицы площади, или толщины стенок), подбор конструкционных материалов при проектировании, или подбор ингибиторов коррозии для известной пары конструкционный материал/коррозивная среда. Помимо непосредственного коррозионного воздействия в виде уноса массы, коррозивная среда может приводить к разного рода изменению механических свойств конструкционных материалов, включая HIC, SSC и т.д.

Поскольку коррозия является кинетическим процессом, то скорость находится в сложной зависимости от температуры и давления среды. Температура влияет на скорость химических реакций, растворимость и степень диссоциации реагентов, на процессы конвективного и диффузионного массообемна и т.д. Давление в свою очередь влияет на растворимость газов (как естественных, так и образовавшихся в процессе реакции). Таким образом, для корректных коррозионных испытаний требуется воспроизведение термобарических условий, при которых конструкционный материал будет взаимодействовать с коррозивной средой.

Более сложные эффекты включаются при относительном движении коррозивной среды и поверхности материала. Во-первых, меняются условиях химических реакций и массообмена, во-вторых, к коррозионным процессам подключаются явления эрозии, в-третьих, коррозионные и эрозионные процессы взаимно усиливаются со сверх суммарным эффектом.

Таким образом, возникает потребность в комплексном решении, включающем устройство, программный модуль и методики, для экспериментального исследования коррозионного воздействия (скорость коррозии, пост-коррозионные изменения механических свойств и т.д.) на конструкционные материалы при заданных термобарических условиях как с статике, так и динамике, а также изучения прост-коррозионного изменения упруго-прочностных свойств материалов.

В первую очередь проект нацелен на нефтегазодобывающую промышленность, где за последние несколько лет наметилась тенденция к внедрению широкого спектра новых конструкционных материалов для промыслового и технологического оборудования. Как правило, на неосложненном фонде коррозионную опасность для конструкционных материалов представляют кислотные композиции, применяемые при различных ГТМ, включая матричные кислотные обработки или кислотный ГРП. В случае осложненного фонда коррозионную опасность представляет сам флюид, содержащий кислотные газы, включая углекислый газа и/или сероводород. Даже не принимая во внимание коррозивный пластовый флюид или целенаправленно закачиваемые в скважину кислотные композиции, обычная пластовая вода с высокой минерализаций вызывает коррозию низколегированных сталей.

Специфика целевой отрасли предъявляет следующие требования на проведения коррозионных испытаний: температуры и давления до 150^○C/350 атм.

Научная новизна предлагаемых в проекте решений

Новизной предлагаемых в проекте решений является воспроизведение в процессе испытания условий, при которых на практике происходит взаимодействие конструкционных материалов с коррозивной средой. Во-первых, это термобарические условия, во-вторых, …

Важным техническим решением, лежащим в основе стенда является применение герметичных пластиковых стаканчиков – реакторов, для изоляции тестовых образцов металлических сплавов и коррозионного агента от гидравлической жидкости, непосредственно создающей давления и передающей температуру от стенок КВД. Это позволяет применять обычные (не кислотоупорные) конструкционные материалы при изготовлении КВД и гидравлической системы, что кардинальным образом упрощает и удешевляет конструирование стенда. Опционально пластиковый реактор содержит сильфонную для компенсации избыточного давления внутри в случае протекания реакции с обильным выделением газообразных продуктов, таких как водород или оксиды азота при кислотной коррозии.

Обоснование необходимости проведения ниокр

Большой опыт работ в нефтегазовой отрасли, в том числе нефтепромысловой химии, и постоянное взаимодействие с Заказчиками позволяет выделить основные задачи НИОКР:

1. Конструирование малогабаритного лабораторного стенда для проведения коррозионных испытаний образцов конструкционных материалов при заданных термобарических условиях.

- Первым шагом будет сборка пилотного прототипа, рассчитанного на единовременное испытания 2 образцов при идентичных условиях – до 100^○С и 150 атм.

- Вторым шагом будет сборка полнофункционального стенда, рассчитанного на загрузку 8 образцов, с возможностью независимого заданий термобарических условий при проведении испытания.

2. Конструирование малогабаритного лабораторного стенда для определения упруго-прочностных характеристик образцов конструкционных материалов до и после взаимодействия с коррозивной средой.

3. Модификация стенда для коррозионных испытаний, обеспечивающая циркуляцию коррозивной среды вокруг образцов конструкционных материалов.

4. Разработка и согласование с Заказчиками методик проведения коррозионных и механических испытаний, включая методики отбора и/или приготовления эквивалента проб технологических жидкостей, методики отбора и первичного документирования образцов конструкционных материалов, методики входного контроля материалов, методики подготовки образов перед загрузкой в испытательную камеру, регламент проведения испытаний, методика количественного и качественного учета коррозионного воздействия и т.д.

5. Разработка программного обеспечения для предсказания коррозионного воздействия различных коррозивных сред на заданный набор конструкционных материалов.

- библиотека материалов (конструкционные металлы и сплавы) и коррозивных агентов (водные р-ры кислот, солей, щелочей и прочих органических и неорганических присадок, в том числе ингибиторов коррозии);

- физико-химическая модель взаимодействия металлов и сплавов с коррозионными агентами (химическая/электро-химическая, поверхностная/точечная/интеркристаллическая, структурные нарушения и т.д.), с возможностью корректировки на основе эмпирических данных.

Помимо перечисленных выше установок потребуется оснащение небольшого подсобного помещения по химическую лабораторию, направленную на работы с нефтепромысловой химией, позволяющей решать ряд подсобных задач, таких как:

- проведение испытания на совместимость различных реагентов с пластовыми флюидами, с точки зрения выпадения АСПО, солеотложения, образования эмульсий и т.д.

- испытание эффективности ингибиторов коррозии, ингибиторов солеотложения, ингибиторов АСПО, деэмульгаторов.