11.2. Дм 7.2.

№ п/п	Тема для самостоятельного изучения	Кол-во часов	Самостоятельная работа		Форма контроля	Литература (номера источников указаны в разделе 7 – учебно-методическое обеспечение дисциплины рабочей программы)
			без преподо- вателя	с группой
1	2	3	4	5	6	7
1.	Механизм процесса коррозии металлов	3	3	-	Вопросы семестро- вого контроля	2–с.126-134
2.	Факторы, влияющие на эффективность выделения газа из нефти в сепараторах	4	4	-	Вопросы семестр. контроля	2-с.148-160
3.	Защита стальных резервуаров от коррозии	4	4	-	Вопросы семестр. контроля	2–с.263-267
4.	Стальные резервуары с плавающей крышей	3	3	-	Вопросы семестр. контроля	7 – с.56-70
5.	Изучение лекционного материала, подготовка к тестированию	2	1	1	Вопросы семестр. контроля	7 – с.76-91 5 – с.31-54
6.	Подготовка к лабораторным занятиям	2	1	1
Итого:		18	6	2

Механизм процесса коррозии металлов

Трубопроводы, резервуары и другое нефтепромысловое оборудо­вание в процессе эксплуатации подвергаются, как правило, ин­тенсивной коррозии, в результате чего затрачивается много вре­мени и средств на их замену для восстановления нормальной работы.

В коррозии промыслового оборудования и особенно трубопро­водов имеется много специфических вопросов, которые рассматри­ваются в двух следующих параграфах. В данном параграфе рас­смотрены в сжатой форме вопросы, касающиеся коррозии металлов вообще.

Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие физико-химического взаимо­действия их с окружающей средой.

При соприкосновении металлов с газами на поверхности его образуются окислы металлов, сернистые соединения, которые не­редко покрывают поверхность плотным слоем, защищающим ме­талл от дальнейшего воздействия тех же газов.

Иначе обстоит дело при соприкосновении металла с жидкой средой — водой и растворенными в ней веществами. Образующиеся при этом соединения могут растворяться, поэтому процесс кор­розии распространяется вглубь металла. Кроме того, вода, со­держащая растворенные вещества — это проводник электрического тока, поэтому возникают электрохимические процессы, обуслов­ливающие и ускоряющие процесс коррозии.

Чистые металлы в большинстве случаев почти не подвергаются коррозии (даже такой металл, как железо). Но технические ме­таллы всегда содержат различные примеси, что создает благоприят­ные условия для коррозии.

Процесс коррозии может протекать двумя путями: прямым химическим воздействием среды на металл и в результате электро­химических реакций, сопровождающихся прохождением электри­ческого тока между отдельными участками поверхности металла.

Одним из наиболее важных факторов, характеризующих агрес­сивную среду и указывающих большое влияние на протекание элек­трохимических реакций, является концентрация ионов водорода, т. е. водородный показатель рН среды. Все агрессивные среды по водородному показателю делятся на две большие группы: если рН среды < 7, среда является кислой, если рН > 7 — щелочной, а при рН = 7 — нейтральной.

Скорость коррозии особенно сильно увеличивается с уменьше­нием рН < 4.

При рН = 4÷9 скорость коррозии примерно остается постоянной.

Это объясняется тем, что при повышении рН образующаяся пленка окислов на металле становится более устойчивой, т. е. менее пористой, более прочной и лучше защищает металл от кор­розии.

Химическая коррозия металлов не столь интенсивна, как электрохимическая, поэтому на последней следует остановиться более подробно.

Необходимыми условиями протекания электрохимической коррозии являются наличие, прежде всего, электролита (токопроводящей среды) и непрерывное течение электрического тока. Для возникновения и течения процессов электрохимической коррозии необходимы: 1) наличие двух участков металла с различным потенциалом в растворе данного электролита, 2) контакт обоих участков с электролитом и 3) соединение обоих разнородных участков между собой проводником.

Описанный процесс напоминает нам гальванический элемент, примерная схема которого приведена на рис. 8.

Ионы цинка, перешедшие в раствор, взаимодействуя с гидроксильными нонами которые получаются в результате гидролиза образуют гидраты окиси цинка

которые выпадают в осадок. Процесс этот будет протекать до тех пор, пока весь цинк не растворится в электролите. Процесс электрохимической коррозии промысловых трубопроводов, изготов­ленных из стали, аналогичен процессу разрушения пластины цинка в гальваническом элементе.

В самом деле, на поверхности трубы (см. рис. 8, б) вследствие различной структуры металла на разных участках образуется ряд гальванических коррозионных элементов. На анодных участках ион-атомы железа переходят в раствор в виде гидратированных катионов ; при этом на поверхности металла остаются освобо­ждающиеся электроны, которые перемещаются по металлу к ка­тодным участкам. С катодных участков (черных) эти электроны вследствие ионизации молекул кислорода и образования гидроксильной группы , перемещаются, т. е.

Переходящие в раствор на анодных участках катионы и образовавшиеся на катодных участках гидроксильные ионы взаимодействуют в растворе с образованием закиси железа , а затем за счет свободного кислорода в воде или почве окиси железа

которая выпадает в осадок. Так происходит электрохимическая коррозия труб и любого другого оборудования; особенно интенсивно разрушаются от этого вида коррозии трубы и оборудование, предназначенные для транспортирования сточных вод.

Больше всего интенсивной коррозии подвергаются промысловые трубопроводы, которые прокладывают надземно, подземно и под водой. По этим трубопроводам обычно транспортируют газ, воду (пресную, минерализованную) и нефтяную эмульсию, которые являются электролитами, способствующими процессу электро­химической коррозии.

Интенсивность процесса коррозии трубопроводов зависит от многих факторов, главные из которых: 1) концентрация агрессив­ных компонентов (, ); 2) температура и давление; 3) ско­рость потока; 4) состояние поверхности оборудования (шерохова­тая, гладкая, полированная); 5) наличие продуктов, вызывающих жизнедеятельность микроорганизмов, являющихся причиной био­логической коррозии металла и, наконец, 6) механическое воздей­ствие на металл.

Кратко остановимся на этих факторах.

1. С ростом концентрации агрессивных компонентов ( и ) коррозионное разрушение металла происходит интенсивнее.

2. Повышение температуры ускоряет анодные и катодные процессы (см. рис. 49, б), т. е. увеличивает скорость движения заряженных ионов, а повышение давления — облегчает процесс гидролиза многих солей, увеличивает растворимость . Кроме того, углекислый таз, растворяясь при повышенном давлении в воде, образует слабый раствор угольной кислоты , которая, взаимодействуя с железом, образует растворимую угольную соль железа.

Интенсивность углекислотной коррозии возрастает с увеличе­нием парциального давления , так как растворение сопро­вождается резким снижением рН среды.

3. Увеличение скорости движения нефтегазоводяной смеси интенсифицирует процесс коррозии. Объясняется это динамиче­ским воздействием на разрушение защитных пленок и быстрой сменой прореагировавшего раствора на свежий, более коррозионноагрессивный.

4. Шероховатая поверхность металла корродирует значительно быстрее, нежели гладкая, или полированная.

5. Биологическая коррозия металлов.

6. Трубопроводы при перевозке часто подвергаются различной интенсивности ударам и деформациям, в результате чего в этих местах изменяется структура металла, возникают повышенные напряжения и эти места в трубопроводах усиленно корродируют.

Скорость коррозии выражают обычно числом граммов металла, разрушенного в течение часа (месяца) на площади в 1 м², или распространением этой коррозии в глубь металла (мм/год).

На нефтяных месторождениях трубопроводы, уложенные в почву, подвергаются коррозии, как с внешней, так и с внутрен­ней стороны с внешней — в результате контакта с почвой, пред­ставляющей неоднородный электролит, характеризующийся раз­личной электропроводностью, влажностью, кислотностью, вели­чиной рН и температурой; с внутренней — в результате контакта с нефтью, содержащей углекислый газ, сероводород, и пластовой водой, в составе которой имеется значительное количество растворенных солей, увеличивающих электропроводность среды и способствующих протеканию коррозии.

Огромное влияние на разрушение металла труб коррозией ока­зывает углекислый газ , содержащийся в пластовых водах, до­бываемых вместе с нефтью.

Если фактически присутствующее в воде количество углекис­лого газа больше равновесной концентрации, то избыток его спо­собен вызвать растворение , т. е. равновесие сдвинуть влево и довести рН воды до 3,5, при которой металл сильно коррозирует. Такую воду называют агрессивной. При недостатке в воде по сравнению с равновесной концентрацией бикарбонатные ионы распадаются, т. е. сдвигается равновесие вправо (уравнение С), что приведет к выделению из раствора осадка кар­боната кальция.

Если фактическое содержание в воде углекислого газа совпа­дает с необходимой равновесной концентрацией, из воды не будет выделяться осадок карбоната кальция, и он неспособен растворять . Такая вода называется стабильной (рН = 7.)

Обследование аварий, связанных с порывами трубопроводов, показывает, что разрушения металла от внутренней коррозии чаще всего носят локальный характер и наблюдаются, как пра­вило, на нижней стенке трубопровода в виде извилистой дорожки.

Аварии с трубопроводами, транспортирующими нефтяные эмульсии, происходят в основном за счет применения внутритрубной деэмульсации, в результате которой нижняя часть трубо­провода (при ламинарном режиме) контактирует не с нефтью, а с аг­рессивной водой, которая вызывает интенсивную коррозию. В этих случаях эмульсию следует транспортировать при турбулентном режиме или обязательно применять ингибиторы коррозии.