shammazov_ONGD

12.7. Средства защиты трубопроводов от коррозии

Трубопровод, уложенный в грунт, подвергается почвенной коррозии, а проходящий над землей—атмосферной. Оба вида коррозии протекают по электрохимическому механизму, т. е. с образованием на поверхности трубы анодных и катодных зон. Между ними протекает электрический ток, в результате чего в анодных зонах металл труб разрушается.

Для защиты трубопроводов от коррозии применяются пассивные и активные средства и методы. В качестве пассивного средства используются изоляционные покрытия, к активным методам относится электрохимическая защита.

Изоляционные покрытия Изоляционные покрытия, применяемые на подземных магистральных трубопроводах,

должны удовлетворять следующим основным требованиям:

•обладать высокими диэлектрическими свойствами;

•быть сплошными;

•обладать хорошей прилипаемостью к металлу трубопровода;

•быть водонепроницаемыми, механически прочными, эластичными и термостойкими.

Конструкция покрытий должна допускать возможность механизации их нанесения на трубы, а используемые материалы должны быть недорогими, недефицитными и долговечными.

В зависимости от используемых материалов различают покрытия на основе битумных мастик, полимерных липких лент, эпоксидных полимеров, каменноугольных пеков и др.

Наибольшее распространение в отрасли трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов получили покрытия на основе битумных мас­ тик. Они представляют собой многослойную конструкцию, включающую грунтовку, мастику, армирующую и защитную обертки.

Грунтовка представляет собой раствор битума в бензине. После ее нанесения бензин испаряется и на трубе остается тонкая пленка битума, заполнившего все микронеровности поверхности металла. Грунтовка служит для обеспечения более полного контакта, а следовательно, лучшей прилипаемости основного изоляционного слоя—битумной масти- ки—к трубе.

Битумная мастика представляет собой смесь тугоплавкого битума (изоляционного—БНИ-IV-3, БНИ-IV, БНИ-V или строительного— БН-70/30, БН-90/10), наполнителей (минеральных—асбеста, доломита, известняка, талька; органических — резиновой крошки; полимерных —

атактического полипропилена, низкомолекулярного полиэтилена, полидиена) и пластификаторов (полиизобутилена, полидиена, масла осевого, автола). Каждый из компонентов мастики выполняет свою роль. Битум обеспечивает необходимое электросопротивление покрытия, наполни- тели—механическую прочность мастики, пластификаторы—ее эластичность. Битумную мастику наносят на трубу при температуре 150…180 °С. Расплавляя тонкую пленку битума, оставшуюся на трубе после испарения грунтовки, мастика проникает во все микронеровности поверхности металла, обеспечивая хорошую прилипаемость покрытия.

Битумная мастика может наноситься в один или два слоя. В последнем случае между слоями мастики для увеличения механической прочности покрытия наносят слой армирующей обертки из стеклохолста. Для защиты слоя битумной мастики от механических повреждений она покрывается сверху защитной оберткой (бризол, бикарул и др.).

В зависимости от количества и толщины слоев мастики различают битумные покрытия нормального типа (общей толщиной 4 мм) и усиленного типа (толщиной 6 мм). Покрытия усиленного типа применяются на трубопроводах диаметром 1020 мм и более, а также независимо от диаметра в следующих случаях:

•южнее 50-й параллели северной широты;

•в засоленных, заболоченных и поливных почвах;

•на подводных переходах и в поймах рек, а также на переходах через железные и автомобильные дороги;

•на территориях перекачивающих станций;

•на участках промышленных и бытовых стоков, свалок мусора и шлака;

•на участках, где имеются блуждающие токи;

•на участках трубопроводов, прокладываемых параллельно рекам, каналам, озерам, а также вблизи населенных пунктов и промышленных предприятий.

Изоляционные покрытия на основе битумных мастик применяются при температуре транспортируемого продукта не более 40 °С. При более высоких температурах применяются полимерные изоляционные покрытия. Порошковые полиэтиленовые покрытия выдерживают температуру до 70, эпоксидные—80, полиэтиленовые липкие ленты—70 °С.

Покрытия на основе эпоксидной порошковой краски и напыленного полиэтилена изготавливаются, в основном, в заводских условиях. В настоящее время мощности по выпуску изолированных труб ограничены. Поэтому наиболее широко применяются покрытия на основе полимерных липких лент. Сначала на трубу наносится полимерная или битумнополимерная грунтовка, затем полиэтиленовая или поливинилхлоридная изоляционная липкая лента (1—2 слоя) и защитная обертка. Толщина

изоляционного покрытия нормального типа составляет 1,35…1,5 мм, а усиленного—1,7 мм.

Полимерные покрытия обладают высоким электросопротивлением, очень технологичны (простота нанесения, удобство механизации работ), однако они легко уязвимы—острые выступы на поверхности металла или камушки легко прокалывают такую изоляцию, нарушая ее сплошность. С этой точки зрения они уступают покрытиям на основе битумных мастик, проколоть которые достаточно сложно. Но и битумные покрытия имеют недостатки: с течением времени они теряют эластичность, становятся хрупкими и отслаиваются от трубопровода.

Указанных недостатков лишено комбинированное изоляционное покрытие «Пластобит». На слой грунтовки наносится битумная мастика толщиной 3…4 мм, которая сразу же обматывается поливинилхлоридной пленкой без подклеивающего слоя. Величина нахлеста регулируется в пределах 3…6 мм. В момент намотки полимерного слоя часть мастики выдавливается под нахлест, что обеспечивает получение герметичного покрытия.

Полимерный слой в конструкции покрытия «Пластобит» играет роль своеобразной «арматуры», которая обеспечивает сохранение целостности основного изоляционного слоя—битумного. В свою очередь, прокол полимерной пленки не приводит к нарушению целостности покрытия, т. к. слой битумной мастики имеет достаточно большую толщину.

Электрохимическая защита Практика показывает, что даже тщатель- трубопроводов от коррозии но выполненное изоляционное покрытие в процессе эксплуатации стареет: теряет свои диэлектрические свойства, водоустойчивость, адгезию. Встречаются

повреждения изоляции при засыпке трубопроводов в траншее, при их температурных перемещениях, при воздействии корней растений. Кроме того,

впокрытиях остается некоторое количество незамеченных при проверке дефектов. Следовательно, изоляционные покрытия не гарантируют необходимой защиты подземных трубопроводов от коррозии. Исходя из этого,

встроительных нормах и правилах отмечается, что защита трубопроводов от подземной коррозии независимо от коррозионной активности грунта и района их прокладки должна осуществляться комплексно: защитными покрытиями и средствами электрохимической защиты (ЭХЗ).

Электрохимическая защита осуществляется катодной поляризацией трубопроводов. Если катодная поляризация производится с помощью внешнего источника постоянного тока, то такая защита называется катодной, если же поляризация осуществляется присоединением защищаемого трубопровода к металлу, имеющему более отрицательный потенциал, то такая защита называется протекторной.

Рис. 12.14. Принципиальная схема катодной защиты:

1—ЛЭП; 2—трансформаторный пункт; 3—станция катодной защиты; 4—защищаемый трубопровод; 5—анодное заземление; 6—кабель

Рис. 12.15. Механизм действия катодной защиты

Рис. 12.16. Принципиальная схема протекторной защиты: 1—трубопровод; 2—протектор; 3—проводник; 4—контрольно-измерительная колонка

Практически же протекторы изготавливаются только из материалов, удов­ летворяющих следующим требованиям:

•разность потенциалов материала протектора и железа (стали) должна быть как можно больше;

•ток, получаемый при электрохимическом растворении единицы массы протектора (токоотдача), должен быть максимальным;

•отношение массы протектора, израсходованной на создание защитного тока, к общей потере массы протектора (коэффициент использования) должно быть наибольшим.

Данным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют магний, цинк и алюминий, сплавы которых и используются для изготовления протекторов.

Протекторную защиту рекомендуется использовать в грунтах с удельным сопротивлением не более 50 Ом·м.

Применяют защиту протекторами, расположенными как поодиночке, так и группами. Кроме того, защита от коррозии трубопроводов может быть выполнена ленточными протекторами.

Механизм наведения Появление блуждающих токов в подземных ме- блуждающих токов таллических сооружениях связано с работой электрифицированного транспорта и электрических устройств, использующих землю в качестве токопровода. Источ­

никами блуждающих токов являются линии электрифицированных же-

лезных дорог, трамваев, линии электропередачи, установки катодной защиты и др.

При работе электрифицированного транспорта ток совершает движение от положительной шины тяговой подстанции по контактному проводу к двигателю транспортного средства, а затем через колеса попадает на рельсы, по которым возвращается к отрицательной шине тяговой подстанции. Однако из-за нарушения перемычек между рельсами (увеличение сопротивления цепи), а также низкого переходного сопротивления «рельсы—грунт» часть тока стекает в землю. Здесь она натекает на подземные металлические сооружения, имеющие низкое продольное сопротивление, и распространяется до места с нарушенной изоляцией, расположенного недалеко от сооружения с еще меньшим продольным сопротивлением. В месте стекания блуждающих токов металл сооружения теряет свои ион-атомы, т. е. разрушается.

Блуждающие токи опасны тем, что они стекают, как правило, с небольшой площади поверхности, что приводит к образованию глубоких язв в металле в течение короткого времени.

ния на сооружение—источник блуждающих токов либо специальное за-

земление—называется электродренажной защитой.

Применяют прямой, поляризованный и усиленный дренажи. Прямой электрический дренаж—это дренажное устройство двусторонней проводимости. Схема прямого электрического дренажа (рис. 12.17 а) включает: реостат R, рубильник К, плавкий предохранитель Пр и сигнальное реле Ср. Сила тока в цепи «трубопровод—рельс» регулируется реостатом. Если величина тока превысит допустимую, то плавкий предохранитель сгорит, ток потечет по обмотке реле, при включении которого включается звуковой или световой сигнал.

Прямой электрический дренаж применяется в тех случаях, когда потенциал трубопровода постоянно выше потенциала рельсовой сети, куда отводятся блуждающие токи. В противном случае дренаж превратится в канал для натекания блуждающих токов на трубопровод.

Поляризованный электрический дренаж (рис. 12.17 б)—это дренаж-

ное устройство, обладающее односторонней проводимостью. От прямого дренажа поляризованный отличается наличием элемента односторонней проводимости (вентильный элемент) ВЭ. При поляризованном дренаже ток протекает только от трубопровода к рельсу, что исключает натекание блуждающих токов на трубопровод по дренажному проводу.

Рис. 12.17.

Принципиальные схемы

электрических дренажей:

а) прямой;

б) поляризованный;

в) усиленный

Усиленный дренаж (рис. 12.17 в) применяется в тех случаях, когда нужно не только отводить блуждающие токи с трубопровода, но и обеспечить на нем необходимую величину защитного потенциала. Он представляет собой обычную катодную станцию, подключенную отрицательным полюсом к защищаемому сооружению, а положительным—не к анодному заземлению, а к рельсам электрифицированного транспорта.

За счет такой схемы подключения обеспечивается: во-первых, поляризованный дренаж (за счет работы вентильных элементов в схеме СКЗ), а во-вторых, катодная станция удерживает необходимый защитный потенциал трубопровода.

После ввода трубопровода в эксплуатацию производится регулировка параметров работы системы его защиты от коррозии. При необходимости, с учетом фактического положения дел, могут вводиться в эксплуатацию дополнительные станции катодной и дренажной защиты, а также протекторные установки.

12.8. Насосно-силовое оборудование

Насосами называются гидравлические машины, которые служат для перекачки жидкостей.

При трубопроводном транспорте нефти используются центробежные насосы. Конструктивно (рис. 12.18) они представляют собой улитообразный корпус (элементами которого являются спиральная камера 3, всасывающий 2 и нагнетательный 4 патрубки), внутри которого вращается закрепленное на валу рабочее колесо 8. Последнее состоит из двух дисков, между которыми находятся лопатки, загнутые в сторону, обратную направлению вращения.

Принцип работы центробежных насосов следующий. Из всасывающего трубопровода через всасывающий патрубок жидкость поступает на быстровращающиеся лопатки рабочего колеса 8, где под действием центробежных сил отбрасывается к периферии насоса. Таким образом, механическая энергия вращения вала двигателя преобразуется в кинетичес­ кую энергию жидкости. Двигаясь по спиральной камере 3, жидкость попадает в расширяющийся нагнетательный патрубок 4, где по мере уменьшения скорости увеличивается давление жидкости. Далее через напорную задвижку 5 жидкость поступает в напорный трубопровод 6. Для контроля за работой насоса измеряют давление в его всасывающем и нагнетательном патрубках с помощью мановакуумметра 7 и манометра 9.

Рис. 12.18. Принципиальная схема насосной установки на базе центробежного насоса: 1—всасывающий трубопровод; 2—всасывающий патрубок насоса;

3—спиральная камера; 4—нагнетательный патрубок; 5—напорная задвижка; 6—напорный трубопровод; 7—мановакуумметр; 8—рабочее колесо; 9—манометр

Для успешного ведения перекачки на входе в центробежные насосы должен поддерживаться определенный подпор. Его величина не должна быть меньше некоторого значения, называемого допустимым кавитационным запасом.

По величине развиваемого напора центробежные насосы магистральных нефтепроводов делятся на основные и подпорные. В качестве основных используются нефтяные центробежные насосы серии НМ (табл. 12.5).

Марка насосов расшифровывается следующим образом: Н—насос, М—магистральный, первое число после букв—подача насоса (м3/ч) при максимальном КПД, второе число—напор насоса (м) при максимальном КПД. Насосы НМ на небольшую подачу (до 710 м3/ч)—секционные, имеют три последовательно установленных рабочих колеса с односторонним входом жидкости. Остальные насосы являются одноступенчатыми и имеют рабочее колесо с двусторонним входом, обеспечивающим разгрузку ротора от осевых усилий.

Основное назначение подпорных насосов—создание на входе в основные насосы подпора, обеспечивающего их устойчивую работу. При подачах 2500 м3/ч и более применяются подпорные насосы серии НМП (табл. 12.5). При меньших подачах используются насосы серии НД (насос с колесом двустороннего всасывания). Цифра в марке—это диаметр всасывающего патрубка, выраженный в дюймах. Применяются также насосы марки НПВ (Н—насос; П—подпорный; В—вертикальный). Это одноступенчатые насосы, располагаемые ниже поверхности земли в металличес­ ком или бетонном колодце («стакане»).

В качестве привода насосов используются электродвигатели синхронного и асинхронного типа. В зависимости от исполнения электродвигатели могут быть установлены в общем зале с насосами или в помещении, отделенном от насосного зала газонепроницаемой стеной. Взрыво­ защищенное исполнение электродвигателей, применяемых в общих залах нефтенасосных, достигается продувкой корпуса электродвигателя воздухом под избыточным давлением.

Основные и подпорные насосы устанавливаются соответственно в основной и в подпорной насосных.

При обычном исполнении электродвигателей их устанавливают в отдельном зале, герметично изолированном от насосного специальной стеной. В этом случае место прохождения через разделительную стену вала, соединяющего насос и электродвигатель, имеет конструкцию, препятствующую проникновению через него паров нефти.