Исследование процессов коррозии оборудования для переработки нефти. Выбор метода защиты от коррозии

Коррозия металлов – это окислительно-восстановительный процесс самопроизвольного разрушения металлов в результате их взаимодействия с окружающей средой.

Существует несколько способов классификации процессов коррозии, зависящих от факторов, положенных в ее основу.

По механизму протекания химических взаимодействий коррозионные процессы делятся на высокотемпературную химическую и низкотемпературную электрохимическую коррозию.

Оба этих процесса вызваны окислительно-восстановительной реакцией. Металл, участвующий в процессе коррозии, действует как восстановитель, подверженный окислительному процессу. Однако для того, чтобы процесс коррозии начался (активизировался), необходимо разрушить взаимосвязь атомов металла в решетке. Вот почему коррозия металла при низких температурах протекает гораздо медленнее, чем при высоких.

Повышение температуры приводит к увеличению числа активных атомов, которые могут взаимодействовать после получения достаточной энергии извне. Постепенно количество таких атомов увеличивается, а следовательно, увеличивается и скорость окисления. Например, только при температуре выше 300°C железо может быстро окисляться кислородом воздуха. Для окисления сероводорода эта температура немного ниже, около 260^oC [4].

Анализ состава нефти и ее влияние на образование коррозии

Нефть содержит окисленные соединения, которые состоят из органических кислот и асфальтобетонных веществ. Смолисто-асфальтеновые вещества подразделяются на нейтральные смолы, асфальтены, карбены, карбиды и асфальтеновые кислоты. Нейтральная смола является компонентом нефти и обладает нейтральными свойствами. В зависимости от вида масла содержание смолы в ней варьируется от 2,5 до 40%.

Содержание асфальтена в составе нефти от 5 до 10% оказывает существенное влияние на его химические свойства. Асфальтен представляет собой зародышевые центры. Их точечная структура обусловлена алкильной цепью кристаллизованных молекул парафина. В результате парафин распределится в большом количестве мелких центров и будет выступать на поверхности.

Присутствие смол оказывает значительное влияние на образование крупных кристаллов парафинов и их прилегание к материалам трубопроводов. В то же время смолы благодаря своей структуре нейтрализует асфальтены, тем самым предотвращая их взаимодействие с парафинами [1].

Коррозионные процессы в оборудования для переработки нефти

Металл нефтеперерабатывающего оборудования в процессе эксплуатации подвергается комбинированному воздействию высокой температуры и давления, агрессивных соединений, механических нагрузок и т. д., приводящие к ухудшению его коррозионной стойкости и механических свойств, и, как следствие, часто возникают внезапные повреждения и аварийные ситуации, основной причиной которых являются локальные виды коррозии.

При исследовании причин и видов коррозионных повреждений конструкционных материалов оборудования нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) традиционно учитывается агрессивность сырья и условия эксплуатации оборудования. Однако этого недостаточно, поскольку общая коррозионная стойкость металла определяется совокупным воздействием среды и условий на всех этапах эксплуатации, а также зависит от отложений, образующихся в оборудовании, конденсата пара в момент остановки.

Пропаривание оборудования и трубопроводов приводит к образованию конденсатов – водных растворов электролитов, содержащих высокие концентрации хлоридов, сульфатов, сернокислот, сульфитов, тиосульфатов и других ионов, которые вызывают точечную коррозию, стали.

Агрессивность отложений в оборудовании для переработки пара и конденсатов сравнима с агрессивностью нефти и других технологических сред. Среднее содержание агрессивных соединений в технологических средах установок первичной переработки представлены в таблице 1 [5, с. 272-276].

Очень трудно учесть влияние всех параметров, которые играют важную роль в механизме процессов, происходящих в этой сложной системе. Однако, основываясь на данных о конструкции материала, условиях эксплуатации и составе технической среды во всех режимах работы, можно определить оборудование и трубопроводы, которые более подвержены локальным коррозионным повреждениям.

Таблица 1

Среднее содержание агрессивных соединений в технологических средах установок первичной переработки нефти

Методы борьбы с коррозией

Защитные меры должны обеспечивать высокую эффективность, а также доступность и простоту технической реализации. Наиболее распространенные методы борьбы с коррозией представлены в таблице 2 [3, с. 248-258].

Таблица 2

Методы защиты нефтепромыслового оборудования от коррозии

1. Технологический метод направлен на повышение качества управления и контроля процесса коррозии нефтепромыслового оборудования с целью увеличения срока его службы и снижения прямых и косвенных затрат. Они могут включать в себя меры, направленные на обеспечение водонепроницаемости для уменьшения расхода воды. Эти меры эффективны и должны осуществляться надлежащим образом. Однако эти методы сопряжены с высоким риском негативных последствий и относительно коротким сроком эксплуатации оборудования.

2. Применение активных методов электрохимической защиты, относящихся к физическим методам, основано на нанесении защитных покрытий (алюминий, цинк, магний и их сплавы) с электродными потенциалами, которые более отрицательны, чем потенциалы металлических покрытий основного корпуса и материалов трубопроводов.

Применение антикоррозионных средств основано на нанесении металлических покрытий на основе железа на наружные поверхности корпусных деталей и агрегатов и добавлении легирующих элементов (хрома, никеля, кремния, молибдена, бора и углерода), которые имеют положительный электрод с большим потенциалом, чем основной металл корпуса.

Эти компоненты обладают хорошей антикоррозийной защитой, но только в том случае, если покрытие не имеет механических повреждений. Если во время монтажа, спуска и подъема происходит какое-либо повреждение металлического защитного покрытия, образуется гальваническая пара: металлическое покрытие становится катодом относительно корпуса. В процессе электрохимической коррозии основной материал окисляется и распадается на положительно заряженные ионы. Происходит процесс окисления, и корпус растворяется.

3. Химический метод защиты от коррозии образован на введении в среду ингибиторов. Его защитный эффект основан на способности адсорбироваться и образовывать защитную пленку на поверхности металла. Эта защита от коррозии является одним из наиболее удобных и экономичных средств борьбы с коррозией в этих условиях.

Преимущества от применения ингибиторной защиты:

1. Использование наиболее доступных конструкционных материалов;
2. Управляемость процессом снижения скорости коррозии и возможность гибкого реагирования на изменение коррозионной ситуации;
3. Стабилизация процесса эксплуатации нефтепромыслового оборудования;
4. Возможность одновременной защиты практически всех типов промыслового оборудования: трубопроводов, оборудования объектов подготовки нефти и воды.

К ингибиторам были предъявлены определенные требования с точки зрения технических и защитных характеристик. Ингибиторы должны обладать высокими защитными свойствами: в водной и газовой фазах, содержащих сероводород, не менее 85% общей коррозии и не менее 70% водородного охрупчивания. Они не должны оказывать негативного влияния на технический процесс [2, с. 315-316].

Сравнивая антикоррозионные методы с техническими показателями, следует отметить, что технология подавления коррозии вызывает большой интерес в круге лиц, занимающихся проблемой коррозии нефтепромыслового оборудования. Существует множество направлений и возможностей совершенствования методов защиты от коррозии за счет использования различных видов и комбинаций реагентов, и комплексные меры по предотвращению этой проблемы также являются многообещающими.