Дипломный проект Коррозия металлов

Подождите немного. Документ загружается.

1 Введение

В России первый нефтепровод диаметром 76 мм и длиной 9 км появился в

1878 году, он служил для перекачки 1300 тонн нефти в сутки с Балканских

нефтепромыслов на нефтеперерабатывающий завод в Черном городе (район Баку).

Открытие крупнейших месторождений нефти в северной части страны

изменило приоритеты трубопроводного строительства. Транспортировка нефти из

северных районов была крайне затруднена и обеспечить транспортировку все

возрастающих объемов нефти мог только трубопроводный транспорт. Так в начале

20 века были построены нефтепроводы Уса – Ухта – Ярославль - Москва,

Куйбышев – Тихорецкая – Новороссийск, Самгори – Батуми, Холмогоры – Сургут

и многие другие трубопроводы.

В процессе эксплуатации нефтепровод подвергается коррозии, что приводит

к его разрушению и вследствие чего может произойти потеря нефти или

нефтепродукта.

В своем дипломном проекте я рассматриваю защиту магистрального

нефтепровода диаметром 820 мм и протяженностью 1200 км Уса – Москва от

коррозии.

Трасса нефтепровода, проложенная в юго-западном направлении, проходит в

засоленной местности и проходит на всем протяжении по просеке с редкой

порослью березы, сосны, ольхи; через реки Печора, Волга, через заболоченные

участки, возвышенности, но в основном по равнинной местности. Климат участка

умеренно-континентальный с умеренно-холодной снежной зимой и теплым летом,

рассматриваемая территория относится к зоне достаточного увлажнения.

Еще до 21 века защита нефтепровода осуществлялась только пассивными

методами, т. е. покраской и нанесением битумной изоляции на наружной

поверхности трубопровода, но в связи с расширением районов строительства,

например в северных направлениях, где в основном трасса трубопроводов

проходит через заболоченные, обводненные, засоленные участки, эффективность

УТЭК.130502.ДП.23.00000.ПЗ

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

защиты трубопроводов только покрытиями стала явно недостаточным. Поэтому

для более эффективной защиты трубопровода от коррозии начали применять

комплексный метод защиты от коррозии, который сочетает средства

электрозащиты и изоляционные покрытия.

В своем дипломном проекте для защиты от коррозии нефтепровода я

использую пассивную и активную защиты. В качестве пассивной защиты я

предлагаю применить новый тип изоляционного покрытия “Пластобит”, которое

было разработано ВНИИСТнефтью (ныне ИПТЭР).

В связи с расположением вдоль трассы нефтепровода железнодорожных

путей, которые являются источником блуждающих токов, в качестве активной

защиты предлагаю использовать электродренажную и катодную защиты.

В настоящее время для более эффективной защиты нефтепроводов от

коррозии выдвигают ряд научно-инженерных задач:

1. разработка теории и практики создания новых и усовершенствования

существующих изоляционных покрытий с повышенными физико-механическими

защитными и технологическими свойствами;

2. обеспечение круглогодичного ведения изоляционно-укладочных работ

в различных климатических условиях;

3. развитие научных методов прогнозирования долговечности покрытий с

целью выбора наиболее экономичных систем защиты нВ основе различных

изоляционных материалов;

4. разработка новых и совершенствование существующих методов и

средств электрозащиты. [4]

УТЭК.130502.ДП.23.00000.ПЗ

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

2 Технологическая часть

2.1 Виды коррозии и коррозионных разрушений

Виды коррозии

Самопроизвольное окисление металлов, уменьшающее долговечность

изделий, называется коррозией (от позднелат. сorrosion – разъедание). Среда, в

которой металл подвергается коррозии, называется коррозионной, или

агрессивной. При этом процессе образуются продукты коррозии: химические

соединения, содержащие металл в окисленной форме.

По характеру взаимодействия металла со средой различают два основных типа

коррозии: химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия происходит по законам кинетики химических реакций

металла с окружающей газообразной или жидкой средой. При этом продукты

коррозии образуются непосредственно на всем участке поверхности металла,

находящемся в контакте с агрессивной средой. С химическим механизмом

протекают следующие виды коррозионных процессов:

 газовая коррозия – окисление металла кислородом или другим газом при

высокой температуре и полном отсутствии жидкостной пленки на поверхности

металлического изделия (например, коррозия лопаток газовых турбин на

компрессорных станциях газопроводов, образование окалины при нагреве и

прокате металла);

коррозия в неэлектролитах – разрушение металла в жидких или

газообразных агрессивных средах, обладающих малой электропроводимостью

(например, коррозия внутренней поверхности трбопроводов и аппаратуры при

перекачке высокосернистых сортов нефти).

Электрохимическая коррозия – это окисление металла в электропроводных

средах, сопровождающееся образованием электрического тока. При этом

взаимодействие металла с окружающей средой характеризуется анодными и

катодными процессами, протекающими на различных участках поверхности

УТЭК.130502.ДП.23.00000.ПЗ

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

металла. Продукты коррозии образуются только на анодных участках. С

электрохимическим механизмом протекают следующие виды коррозионных

процессов:

 коррозия в электролитах – коррозия металлов в жидких средах,

проводящих электрический ток; в зависимости от вида электролита различают

коррозию в морской или речной воде, растворах кислот, щелочей и солей

(кислотная, щелочная и солевая виды коррозии);

 почвенная коррозия – коррозия подземных металлических сооружений

под воздействием почвенного электролита;

 электрокоррозия – коррозия металлического подземного сооружения,

вызванная проникновением на сооружение токов утечки с рельсов

электрифицированного транспорта или других промышленных электроустановок и

сооружений;

 атмосферная коррозия – коррозия металлов в атмосфере воздуха или в

среде любого влажного газа;

 биокоррозия – частный случай почвенной коррозии, протекающей под

воздействием микроорганизмов, в результате которых образуются вещества,

ускоряющие коррозионные процессы;

 контактная коррозия – коррозия вызванная электрическим контактом двух

металлов, имеющих различный электрохимический потенциал.

Для основной массы металлов, эксплуатирующихся в атмосфере, морской и

речной воде, а также в почве, характерна электрохимическая коррозия.

Помимо перечисленных видов коррозии возможны также:

 коррозия под напряжением – при одновременном воздействии

коррозионной среды и механических напряжений в металле;

 щелевая коррозия – ускорение коррозионного разрушения металла

электролитом в узких зазорах и щелях (в резьбовых и фланцевых соединениях);

 коррозионная эрозия – при одновременном воздействии коррозионной

среды и трения;

УТЭК.130502.ДП.23.00000.ПЗ

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

 коррозионная кавитация – при одновременном коррозионном и ударном

воздействии окружающей среды (разрушение лопаток гребных винтов на судах,

коррозия лопаток рабочих колес центробежных насосов).

Виды коррозионных разрушений

Процесс коррозии начинается с поверхности металлического сооружения и

распространяется в глубь него. При этом изменяется внешний вид металла: на его

поверхности образуются углубления (язвы, пятна), заполненные продуктами

коррозии. По характеру коррозионного разрушения металлов различают

следующие виды коррозии:

 сплошная – коррозия по всей поверхности металлической конструкции,

находящейся под воздействием коррозионной среды;

 местная – коррозия на отдельных участках поверхности металлической

конструкции;

Сплошная коррозия может быть:

 равномерной – протекающей с одинаковой скоростью по всей поверхности

металлической конструкции (например, коррозия углеродистой стали в растворах

серной кислоты);

 неравномерной – протекающей с неодинаковой скоростью на различных

участках поверхности металла (например, коррозия углеродистой стали в морской

воде).

Местная коррозия может быть следующих видов:

 пятнами – в виде отдельных пятен, диаметр которых больше

глубины прокорродировавшего слоя металла (например коррозия латуни в морской

воде);

 язвенная – в виде отдельных

каверн, диаметр которых соответствует их глубине (например, коррозия

углеродистой стали в почве);

УТЭК.130502.ДП.23.00000.ПЗ

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

 точечная, или питтинговая – в виде множества отдельных точек диаметром

0,1-2 мм (например, коррозия аустенитной хромоникелевой нержавеющей стали в

морской воде);

 подповерхностная – коррозия, распространяющаяся преимущественно

под поверхностью металла и его расслоение (например, образование пузырей на

поверхности листового металла);

 структурно-избирательная – при которой разрушается главным образом

только одна структурная составляющая сплава (например, графитизация чугуна,

обесцинкование латуни);

 сквозная – сквозное разрушение металла (например, при дальнейшем

развитии язвенной или точечной коррозии);

 межкристаллитная – распространяющаяся по границам кристаллов

металла (этот вид коррозии, не меняя внешний вид поверхности металла,

приводит к быстрой потере прочности);

УТЭК.130502.ДП.23.00000.ПЗ

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

 коррозионное растрескивание – образование коррозионных трещин

вследствие коррозионной усталости металла и действия постоянных

растягивающих напряжений.

Язвенная и точечная виды коррозии особенно опасны для трубопроводов и

резервуаров, так как они быстро могут привести к сквозному проржавлению

стенок и, следовательно, к аварии, поскольку около каверн и питтингов

происходит концентрация местных напряжений. Межкристаллитная коррозия и

коррозионное растрескивание особенно опасны для трубопроводов и котлов

высокого давления, тросов, валов машин и тонкостенных профилей, несущих

силовую нагрузку. [6]

2.2 Способы защиты трубопровода от коррозии

В связи с тем что коррозия – естественный процесс, обусловленный

термодинамической нестойкостью металлов в эксплуатационных условиях, срок

службы металлических изделий часто бывает относительно коротким. Продлить

его можно в основном четырьмя способами, которые широко используются в

практике:

 изоляция поверхности металлических изделий от агрессивной среды;

 воздействие на металл с целью повышения его коррозионной устойчивости;

 воздействие на окружающую среду с целью снижения ее агрессивности;

 поддержание такого энергетического состояния металла, при котором

окисление его термодинамически невозможна или сильно заторможено.

1) Первый способ носит название пассивной защиты. К нему относятся

следующие методы:

 нанесение на поверхность металла слоя химически инертного относительно

металла и агрессивной среды вещества с высокими диэлектрическими свойствами.

УТЭК.130502.ДП.23.00000.ПЗ

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Этот метод является наиболее распространенным. Он предполагает использование

различного рода мастик, красок, лаков, эмалей и пластмасс, жидких в момент

нанесения, а затем образующих твердую пленку, которая обладает прочным

сцеплением (адгезией) с поверхностью металла. К этому методу следует отнести

также и специальные методы укладки, часто используемые для защиты подземных

сооружений на территории городов и заводов (например, коллекторная прокладка,

при которой подземные трубопроводы располагают в специальных каналах,

изолирующим слоем в данном случае является воздушный зазор между стенкой

трубопровода и каналом).

 обработка изделий специальными окислителями, в результате которой на

поверхности металла образуется слой малорастворимых продуктов коррозии.

Примером может служить образование нерастворимых фосфатов на поверхности

стальных изделий (фосфатирование) или окиси алюминия на изделиях из

алюминиевых сплавов;

 нанесение на изделие из малостойкого металла тонкого слоя металла,

обладающего меньшей скоростью коррозии в данной среде (например,

оцинкование, хромирование или никелирование стальных изделий);

 обработка металлических изделий растворами окислителей (пассиваторов)

для перевода поверхностного слоя металла из активного состояния в пассивное,

при котором резко уменьшается переход ионов металла в раствор и тем самым

снижается интенсивность коррозионного процесса.

2) Второй способ защиты – введение в металл компонентов, повышающих

его коррозионную стойкость в данных условиях, или удаление вредных примесей,

ускоряющих коррозию. Он применяется на стадии изготовления металла, а также

при термической и механической обработке металлических деталей. Общую

теорию коррозионного легирования предложил Н.Д.Томашев. Во многих случаях

легирование металла, мало склонного к пассивации, металлом, легко

пассивируемым в данной среде, приводит к образованию сплава, обладающего той

же (или почти той же) пассивируемостью, что и легирующий металл. Таким путем

УТЭК.130502.ДП.23.00000.ПЗ

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

получены многочисленные коррозионные сплавы, например нержавеющие стали,

легированные хромом и никелем.

3) Третий способ защиты предусматривает дезактивационную обработку

агрессивной среды путем введения ингибиторов (замедлителей) коррозии.

Действие ингибиторов сводится в основном к адсорбции на поверхности металла

молекул или ионов ингибитора, тормозящих коррозию. К этому способу можно

отнести и удаление агрессивных компонентов из состава коррозионной среды

(деаэрации водных растворов, очистка воздуха от примесей и осушка его).

Обработкой коррозионной среды различными ядохимикатами достигается

значительное снижение интенсивности деятельности микроорганизмов, что

уменьшает опасность биокоррозии металлов.

При борьбе с подземной коррозией осуществляется обработка агрессивного

грунта с целью его гидрофобизации (несмачиваемости водой), нейтролизации и

частичной замены на менее агрессивный грунт или специальную засыпку.

Последнее мероприятие может быть квалифицировано также как изоляции металла

от прямого воздействия среды.

4) Четвертый способ носит название активной защиты. К нему относятся

следующие методы:

 постоянная катодная поляризация изделия, эксплуатирующегося в среде с

достаточно большой электропроводимостью. Такая поляризация, осуществляемая

от внешнего источника электрической энергии, носит название катодной защиты. В

некоторых случаях катодная поляризация может осуществляться не постоянно, а

периодически, что дает ощутимый экономический эффект. При катодной защите

изделию сообщается настолько отрицательный электрический потенциал, что

окисление металла становится термодинамически невозможным;

 катодная поляризация, вызванная электрическим контактом изделия с

металлом, обладающим более отрицательным электродным потенциалом,

например стального изделия с магниевой отливкой. Более электроотрицательный

металл в среде с достаточно высокой электропроводностью подвергается

УТЭК.130502.ДП.23.00000.ПЗ

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

окислению, а следовательно, разрушается. Его следует периодически заменять.

Такой металл называется протектором, а метод - протекторной защитой.

К этому методу можно отнести мероприятия по борьбе с блуждающими

токами, которые ведутся по двум основным направлениям: предупреждение или

уменьшение возможности возникновения блуждающих токов на самом источнике

тока и проведение специальных работ на защищаемом подземном сооружении.

Мероприятия первого направления – обязательная, но только начальная мера.

Независимо от их результатов следует проводить работы по защите самих

подземных сооружений, к которым относятся использование высокоизолирующих

совершенных покрытий, устройство электрических экранов, установка

изолирующих соединений (фланцев) на трубопроводах, укладка трубопроводов в

подземных коллекторах и каналах, электродренажная защита, катодная

поляризация и др.

 анодная поляризация, которая в некоторых случаях способствует

поддержанию пассивного состояния металла в средах, не пассивирующих металл и

являющихся весьма агрессивными.

К способам защиты от коррозии часто относят использование

неметаллических материалов, обладающих высокой химической стойкостью

(асбоцемента, бетона, керамики, стекла, пластмассы и т. д.). Однако изготовление

изделий из других материалов не может рассматриваться как способ защиты от

коррозии – где нет металла, там нет и коррозии его. [5]

2.3 Выбор способа защиты трубопровода от коррозии

Для защиты трубопровода Уса – Москва диаметром 820 мм и длиной 1200 км.

от коррозии используем пассивную и активную защиту.

В качестве пассивной защиты будем применять комбинированное

изоляционное покрытие, а в качестве активной – электродренажную и катодную

защиты.

УТЭК.130502.ДП.23.00000.ПЗ

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата