19. Коррозия трубопроводов и методы защиты.
Разрушение металла от воздействия на него окружающей среды называется коррозией. Скорость коррозии выражают обычно числом граммов металла, разрушенного в чечепие часа (года) на площади 1 ма, или величиной распространения этой коррозии в глубь металла (в мм/год).
Трубопроводы, проложенные на площади месторождения, могут подвергаться трем видам коррозии: атмосферной, почвенной и внутренней. Однако химизм процесса коррозии протекает только двумя путями: 1) под влиянием прямого-химического воздействия среды на металл (окисление кислородом воздуха, взаимодействие кислой и щелочной среды) и 2) в результате электрохимических реакций, сопровождающихся прохождением электрического тока между отдельными участками поверхности металла.
Атмосферная коррозия — это обычное ржавление труб, уложенных на поверхности земли. Разрушительное действие атмосферной коррозии невелико и легко может быть устранено путем нанесения па поверхность труб масляных красок или лаков.
Почвенная коррозия трубопроводов наиболее опасна и методы борьбы с ней более сложны и дороги. Интенсивность почвенной коррозии зависит от химического состава почвы, влажности ее, химического состава и неоднородности металла. Так, например, в сухом песке, не содержащем солей, трубопровод может лежать длительное время без заметных повреждений коррозией, и, наоборот, во влажной солончаковой почве он может быстро (в течение одного года) разрушиться и выйти из строя.
В связи с тем, что трубопроводы, проложенные но площадям нефтяных и газовых месторождений, подвергаются коррозионному разрушению изнутри и снаружи, их защита осуществляется rак с внешней, так и с внутренней стороны.
Ко всякому антикоррозионному покрытию труб должны предъявляться следующие требования: водонепроницаемость, прочность сцепления покрытия с металлом, хорошая изоляция от электрического тока, достаточная прочность и способность сопротивляться механическим воздействиям при засыпке траншеи, низкая стоимость.
Защита трубопроводов от почвенной коррозии делится на пассивную и активную. Пассивная защита сводится к изоляции поверхности трубопровода изолирующими покрытиями, в качестве которых могут быть использованы различные сорта битумов и полиэтиленовые и поливинилхлоридные пленки.
Битумные покрытия наносятся слоями на сухую, очищенную до металлического блеска поверхность труб с последующим обертыванием их гидроизолом. С течением времени битумные покрытия теряют свои защитные свойства.
По мере развития промышленности пластмасс все большее применение находят изоляционные покрытия па основе полимеров. Высокие прочностные свойства полимеров в сочетании с их химической стойкостью обеспечивают эффективную защиту трубопроводов. Эти покрытия технологичны: трудоемкость нанесения их в 2-—4 раза, а материалоемкость в 8—10 раз меньше, чем битумных. Однако полимерные покрытия еще недостаточно изучены в условиях длительной эксплуатации. Полимерные по- крытия для изоляции применяются в виде липкой ленты, на которую нанесен клей. Ленту наносят на очищенный и загрунтованный очистными машинами трубопровод.
Описанная выше внешняя защита труб от коррозии не может оставаться эффективной на весь период эксплуатации трубопровода. Поэтому через некоторое время (6—10 лет) сооружают катодную, или протекторную (активную), защиту трубопроводов.
При активной защите процессы коррозии переносятся с трубопровода на заземляющие устройства (аноды), т. е. происходит разрушение от коррозии не трубопровода, я анода, выполненного из металла.
Рис. 29. Схема катодной защиты трубопровода.
1 — источник постоянного тока; 2 — изолированный электропровод; 3 — трубопровод с по. врежденной изоляцией; 4--анод (заглубленное железо]; й — дренаж (соединение тела
трубы с элоктропроводом 2).
При катодной защите источник постоянного тока 1 (рис. 29) через плюсовую клемму соединен с зарытыми в землю кусками металлов 4 (анод). Минусовая клемма источника тока соединена дренажем 5 с поврежденным трубопроводом 3. Электрический ток проходит через анодное заземление 4, почву, затем через поврежденную изоляцию трубопровода и возвращается по дренажу 5 к минусовой клемме источника тока. Поступая в трубу через поврежденную изоляцию, электрический ток превращает эти места в катоды, вследствие чего поверхность самого трубопровода не подвергается коррозии, а разрушается анодное железо 4, которое для этого и предназначено.
В качестве источника энергии для катодной защиты может служить любой источник постоянного тока с напряжением около 40 В. Мощность, потребляемая для катодной защиты, колеблется от 1 до 20 кВт в зависимости от коррозионности Почвы, протяженности защищаемого участка, качества и состояния изоляционного слоя.
Для повышения эффективности катодной защиты и сокращения затрат электроэнергии защищаемый участок трубопровода отделяется от соседних участков фланцевым соединением с прокладкой из диэлектрического материала. В качестве заземленных анодов применяют специальные сплавы. Обычно аноды располагают по середине защищаемого участка трубопровода и па расстоянии 100—150 и от последнего.
Одна катодная станция (см. рис. 29, поз. /) в зависимости от .сопротивления защитного покрытия может защищать участок трубопровода длиной от 5 до 25 км. Катодной защитой можно предотвращать коррозию днищ нефтяных резервуаров и различных подземных металлических емкостей.
Защита трубопроводов от электрохимической коррозии протекторами осуществляется без подведения внешней электроэнергии и сводится к принципу работы гальванического -элемента. Принцип работы протекторной защиты трубопроводов заключается в следующем. Параллельно защищаемому трубопроводу в землю зарывают протекторы, электрический потенциал которых ниже потенциала материала трубопровода (магний, рафинированный цинк, алюминий и т. д.). Протекторы соединяют с трубопроводом изолированным проводником. При возникновении разности потенциалов между трубой и почвой протекторы превращаются в разрушаемые аноды, в результате чего трубопровод предохраняется от коррозии.
Преимущества протекторной защиты следующие: !) отпадает необходимость в сооружении катодных станций и источников тока; 2) простота схемы; 3) отсутствие эксплуатационных затрат.
К недостаткам протекторной защиты следует отнести прежде всего необходимость расходования цветных металлов и поэтому сравнительно большие капитальные затраты.
Для трубопроводов, транспортирующих пефгь с большим содержанием пластовых сильно минерализованных вод и сернистых соединений, особую опасность представляет внутренняя коррозия труб.
Для предохранения трубопроводов от внутренней коррозии с большой эффективностью применяют различные лаки, эпоксидные смолы и ингибиторы.