Лекция 1-2.

Раздел 1 Введение в курс «Коррозия и методы защиты от коррозии» Тема 1.1. Введение. Предмет и задачи дисциплины, её связь с другими дисциплинами. Проблема химического сопротивления материалов. Научно-технический, экономический, экологический и социальный аспекты проблемы химического сопротивления материалов и защиты от коррозии.

1.2. Общие положения. Определение понятия «коррозия металлов». Термодинамическая неустойчивость металлов в свободном состоянии. Классификация процессов коррозии по механизму протекания, условиям протекания и характеру коррозионных разрушений. Наиболее характерные виды коррозионных поражений материалов химического оборудования. Показатели скорости коррозии. Шкала коррозионной стойкости металлов. Условия применимости конструкционных материалов с учетом коррозионного и экономического факторов.

Основные понятия и термины. Виды коррозионных разрушений их классификация.

Химическим сопротивлением материалов или коррозией называется самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой. Разрушение металлов и сплавов от коррозии отличается от других видов самопроизвольного разрушения, например, от эрозии или изнашивания, которые вызываются механическим взаимодействием с контртелом или средой.

У большинства металлов и сплавов в условиях их эксплуатации более устойчивым является окисленное (ионное) состояние, в которое они переходят в результате коррозии. Термин «коррозия» происходит от латинского слова «corrodere», что означает «разъедать».

Коррозия металлов имеет место в большей или меньшей степени всюду, где обрабатываются металлы или эксплуатируются металлические изделия, конструкции или сооружения, и приводит к большим экономическим потерям. Так, амортизационный лом, включающий и вышедшие из строя вследствие коррозии металлические конструкции составляет около 20% от годового производства стали. Около двух третей от массы прокорродировавшего металла восстанавливается путем переплавки, однако 8-10% от начальной массы металлических конструкций теряется безвозвратно.

Потери от коррозии принято делить на прямые и косвенные.

К прямым потерям относятся:

• стоимость металла, который превращается в продукты коррозии, а также стоимость прокорродировавшего оборудования, вышедшего из строя до исчерпания предусмотренного техническими условиями амортизационного срока. При этом, как правило, стоимость изготовления оборудования намного превышает стоимость металла, из которого оно изготовлено;

• увеличение припусков на коррозию, что приводит не только к увеличению расхода металла, но и к ухудшению конструкции. Например, для трубопровода, при одном и том же внешнем диаметре, повышенный припуск металла влечет уменьшение полезного сечения, и, следовательно, понижение пропускной способности трубы;

• затраты на защитные мероприятия в виде металлических и неметаллических покрытий, коррозионно-стойких материалов, ингибиторов и др.

Косвенные потери от коррозии вызываются следующими причинами:

• дополнительными расходами на внеплановый ремонт оборудования, вышедшего из строя;

• недопроизводством продукции в результате остановок на ремонт разрушенного коррозией оборудования;

• возможностью аварий, взрывов и пожаров;

• утечкой продукции при образовании в результате коррозии сквозных отверстий в стенках оборудования;

• уменьшением сечения трубопроводов в результате отложения продуктов коррозии, что требует дополнительной затраты энергии для поддержания необходимой мощности потока жидкости;

• снижением качества продукции в результате загрязнения продуктами коррозии.

Примерно десятая часть потерь металла от коррозии приходится на нефтяную и газовую промышленность. Это связано не только с высокой агрессивностью технологических сред и с жесткими условиями эксплуатации оборудования, но также с большой металлоемкостью оборудования. Так, в нефтеперерабатывающей промышленности металлоемкость оборудования составляет 32 кг. на каждую тонну перерабатываемой нефти и в результате коррозии расходуется не менее 1 кг. металла.

Современное нефте- и газоперерабатывающее предприятие представляет собой комплекс мощных установок первичной переработки нефти и газа, каталитического крекинга, гидроочистки, риформинга, депарафинизации масел, производства битума и др. Производительность современных установок первичной переработки нефти достигла 8-9 млн. т/год и газа 5 млрд. м³/год. Существенно возросли мощности установок, осуществляющих вторичные процессы: вторичную перегонку бензинов, каталитический крекинг, пиролиз и др.

Осуществление столь разнообразных процессов при переработке нефти и газа потребовало применения аппаратуры, работающей в широком интервале изменения рабочих параметров. Так, например, температуры могут составлять от –60⁰С (кристаллизация в производстве масел) до 800-900⁰С (пиролиз), а давления – от глубокого вакуума (переработка тяжелых нефтяных остатков) до 150МПа (производство полиэтилена). Это приводит к росту потерь от коррозии и наносит серьезный ущерб как национальной экономике нашей страны, так и экономике промышленно развитых стран.

Особое место в этом плане занимает оборудование первичной переработки нефти, являющееся одним из самых металлоемких на каждом нефтеперерабатывающем заводе.

В зарубежных промышленноразвитых странах продолжительность межремонтных пробегов установок первичной переработки нефти составляет от 3 до 5 лет, а на предприятиях нашей страны от 1 до 2 лет. В результате коррозионных повреждений имеет место значительное количество внеплановых ремонтов установок первичной переработки нефти и, как следствие, большие дополнительные материальные потери.

Нефтегазоперерабатывающие и нефтехимические предприятия являются крупными водопотребителями с большой металлоемкостью теплообменного оборудования, при этом на долю конденсационно-холодильного оборудования приходиться 30-40% от всей теплообменной аппаратуры предприятий, а расходы на его капитальный ремонт достигают в среднем 25-30% от общих расходов на ремонт всех видов оборудования.

Одним из слабых в коррозионном отношении элементов системы оборотного водоснабжения являются градирни. Металлоемкость одной вентиляционной градирни составляет 70-130 т. в зависимости от числа секций. Потери металла за 10 лет эксплуатации одной вентиляторной градирни достигают 60% от ее металлоемкости, то есть ежегодно на каждой градирне теряется 6-8 т металла.

Важной частью основных производственных фондов является резервуарный парк. Большинство резервуаров изготовлено из незащищенной углеродистой стали, срок их службы составляет 15-20 лет. Отдельные коррозионные повреждения, особенно кровель резервуаров, проявляются уже через 1,5 года. При этом ежегодно из-за коррозии расходуется на ремонт резервуаров в среднем 2,6 кг металла на 1 м³ емкости.

Коррозионные повреждения вызывают потери нефтепродуктов и загрязнение окружающей среды. Значительный ущерб причиняет засорение продуктами коррозии топлив и смазочных материалов. В топливе и маслах ржавчина составляет до 90% от механических примесей, которые являются абразивом, вызывающим усиленный износ двигателей внутреннего сгорания и других видов техники.

В последние годы особенно остро стоит вопрос о более глубокой переработке нефти на отечественных предприятиях. О необходимости такого развития свидетельствуют приведенные в таблице данные о структуре нефтеперерабатывающей промышленности в различных промышленноразвитых регионах (по данным за 1999 год).

Увеличение глубины переработки нефти приведет к повышению параметров различных технологических процессов (температуры, давления), а следовательно к увеличению коррозионной активности технологических сред. Кроме того, в последние годы резко возросли объемы переработки нефти и газа с повышенным содержанием сероводорода, углекислого газа и минеральных солей. Поэтому должно усилиться внимание к разработке мероприятий по повышению работоспособности оборудования в условиях воздействия коррозионноагрессивных технологических сред.

Показатель	Россия	США	Западная Европа
Добыто нефти, млн. т.	304	284	298
Переработано, млн. т.	168	787	686
Глубина переработки, %	64,7	93	87
Мощность процессов в % от первичной перегонки:
Каталитический крекинг	5,2	34,3	16,4
Термические процессы	6,9	12,3	14,2
Гидрокрекинг	0,38	8,7	6,5
Сумма процессов, углубляющих переработку нефти	12,48	55,4	37,1

Увеличение глубины переработки нефти приведет к повышению параметров различных технологических процессов (температуры, давления), а следовательно к увеличению коррозионной активности технологических сред. Кроме того, в последние годы резко возросли объемы переработки нефти и газа с повышенным содержанием сероводорода, углекислого газа и минеральных солей. Поэтому должно усилиться внимание к разработке мероприятий по повышению работоспособности оборудования в условиях воздействия коррозионноагрессивных технологических сред.

Наука о коррозии и защите металлов изучает взаимодействие металлов и сплавов с коррозионной средой, устанавливает механизм этого взаимодействия и его общие закономерности. Научной основой для учения о коррозии и защите металлов являются металловедение и физическая химия.

Своей конечной практической целью эта наука имеет защиту от коррозионного разрушения металлов при их обработке и эксплуатации оборудования.

Поэтому «Химическое сопротивление материалов» является в значительной мере профилирующей дисциплиной для студентов, обучающихся по специальности 15.03.02 – Оборудование нефтегазопереработки, так как рассматривает закономерности коррозионного поведения сталей и сплавов в средах и условиях, характерных для нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности, их выбор с учетом условий эксплуатации и способы повышения коррозионной стойкости.