Електрохімічні методи захисту газопромислового обладнання

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Міністерство Освіти і Науки РФ

Казанський Державний технологічний Університет

Контрольна робота на тему:

Електрохімічні методи захисту газопромислового обладнання

Казань 2008

Зміст

Введення

Основні положення теорії корозії

Принципи створення корозійних сплавів

Металеві покриття

Висновок

Список літератури

Введення

Корозія металевих споруд завдає величезної шкоди всім галузям народного господарства. Особливо великі втрати в результаті корозії нафто-і газопромислового обладнання, що пов'язано з наявністю високоагресивних компонентів у робочих середовищах та іншими особливостями роботи устаткування. Довговічність і надійність роботи його багато в чому залежать від техніко-економічної характеристики конструкційного матеріалу для нафтогазовидобувного устаткування, до якого пред'являють надзвичайно високі вимоги, він повинен володіти поєднанням міцності і пластичних властивостей, що зберігаються в широкому інтервалі температур, високою корозійною стійкістю, стійкістю проти водневого охрупчивания, корозійного розтріскування і ін

Багато нафтові та газові родовища розташовані у віддалених і важкодоступних районах, що ускладнює транспортування обладнання, збільшення глибин свердловин і великі габарити обладнання вимагають підйомних механізмів великої потужності, тому бажано використання конструкційних матеріалів, що дозволяють знизити масу конструкцій. Конструкційні матеріали повинні бути технологічні і недефіцитних.

Використання нових конструкційних матеріалів, таких, як алюмінієві сплави, титан і його сплави, замість традиційних вуглецевих сталей в значній мірі могло б сприяти. Підвищенню техніко-економічних показників обладнання. Застосування цих та інших матеріалів у вигляді металевих покриттів вуглецевої сталі дозволяє розширити діапазон властивостей конструкційних матеріалів і збільшити довговічність обладнання. Конструкційний матеріал необхідно вибирати з урахуванням характеру корозійного руйнування обладнання в процесі його експлуатації.

Основні положення теорії корозії

Корозія металів - це руйнування поверхні металів в результаті хімічного або електрохімічного взаємодії з агресивним середовищем.

Більшість металів схильне місцевим увазі корозійного руйнування: міжкристалітної корозії, питтинга, виборчої корозії, корозійних розтріскування або втоми та ін Вважається, що характер корозійного руйнування залежить від взаємного розташування анодних і катодних ділянок у процесі корозії. При постійному їх розташуванні корозійні руйнування мають яскраво виражений місцевий характер.

Так, при питтинга анодні ділянки фіксуються на дні пір в захисній плівці, при міжкристалітної корозії-на межах зерен, в процесі корозійного розтріскування - у вершинах тріщин і т. п.

Рівномірна корозія є результатом безперервного переміщення анодних і катодних ділянок, що виникають внаслідок субмикроскопической неоднорідності металу - наявності дислокацій, сторонніх атомів в решітці основного металу, термічної флуктуації атомів металу та ін Приклади місцевої корозії при постійному розташуванні анодних і катодних ділянок та рівномірної корозії в разі їх безперервної флуктуації наведені па малюнку 1.

Загальна корозія може призвести до значних втрат металу, так як руйнується вся поверхня металу, що стикається з агресивним середовищем. Разом з тим загальна корозія представляє собою один з найменш небезпечних видів корозії за умови, що швидкість

розчинення металу внаслідок корозійних руйнувань не перевищує норм, визначених умовами роботи обладнання. При достатній товщині металу корозія мало позначається на зменшенні механічної міцності конструкції при рівномірно розподілених напругах по перерізу (розтяг, стискання). Однак загальна корозія може бути

Малюнок 1.

Основні типи електрохімічної неоднорідності кородуючої поверхні металу

1 - контакт різнорідних металів; 2 - диференціальна аерація; 3 - утворення питтинга, щілинна корозія; 4 - корозійне розтріскування або втома, 5 - межкристаллитная корозія; 6 - структурно-виборча корозія; 7 - компонентно-виборча корозія сплаву типу твердого розчину, 8 - наявність дислокацій в кристалічній решітці; 9 - відмінність у розташуванні атомів; 10 - термічна флуктуація атомів металу і молекул розчинника

небезпечної при роботі металу на кручення або вигин, так як руйнуються найбільш навантажені шари.

Місцева корозія, навпаки, при незначних втратах металу може викликати катастрофічне падіння міцності. Наскрізне руйнування обладнання, наприклад трубопроводів, резервуарів та ін, тягне за собою втрату продукції, забруднення навколишнього середовища і можливість створення аварійної ситуації внаслідок вибухо-і пожежної небезпеки продукції.

Загальна корозія у порівнянні з місцевою легше піддається захисту. Іноді для захисту обладнання від загальної корозії досить збільшити припуск з метою компенсації втрати металу. Захист від місцевої корозії вимагає не тільки впливу на контролюючий фактор корозійного процесу для зменшення швидкості корозії, але також застосування заходів для усунення локалізації корозійного руйнування.

Корозія в двофазних середовищах

Умови корозійного руйнування газопромислового обладнання відрізняються особливою специфікою, пов'язаної з гетерогенністю, що видобувається зі свердловини продукції. Співвідношення вуглеводневої і водної фаз у продукції може бути різним. При великих швидкостях руху потоку, що забезпечують інтенсивне перемішування фаз, утворюється емульсійна система типу масло у воді або вода в маслі. При відстої відбувається поділ на дві незмішувані фази. У всіх випадках корозійним середовищем є вода.

Механізм і кінетика протікання корозійного процесу залежать від характеру співвідношення вуглеводневої і водної фаз.

Корозія сталі в двофазних емульсійних системах

Корозійна агресивність середовища визначається фізико-хімічними властивостями вуглеводневої і водного компонентів системи, їх складом, кількісним співвідношенням, наявністю розчинених газів (сірководню, вуглекислого газу, кисню), в значній мірі залежить від умов розробки та експлуатації нафтових і газових родовищ, типу свердловини, способу видобутку, температури, тиску, швидкості руху середовища та ін Сукупність усіх чинників надає різний вплив на інтенсивність корозії. За інших рівних умовах вирішальний вплив на корозійну агресивність середовища надає сірководень. Тому прийнято класифікувати нафтові і газові свердловини на що містять і не містять сірководень.

Однак агресивність сірководню, а також інших розчинених у двофазної середовищі газів виявляється в свердловинах лише у присутності води. Так, насосно-компресорні труби в газоконденсатних свердловинах практично не піддаються корозії нижче зони конденсації незважаючи на те, що на цій ділянці труби тиск і температура досягають найбільших значень.

Пластові води нафтових і газових родовищ представляють собою високомінералізовані розчини солей переважно хлористого натрію і кальцію, однак за відсутності в них сірководню, вуглекислого газу або кисню надають, як правило, слабке корозійний вплив на сталеве обладнання свердловин. При наявності ж цих газів або попаданні у воду кисню корозійна активність вод різко зростає.

Принципи створення корозійних сплавів

Серед широкого арсеналу застосовуваних у даний час ефективних методів захисту від корозії металевих конструкцій та обладнання використання корозійностійких сплавів - один з найбільш надійних методів підвищення довговічності устаткування. В особливо жорстких умовах експлуатації, наприклад, при одночасному впливі агресивних середовищ, високих температур, механічних напруг і т. п., складного комплексу вимог до конструкционному матеріалу найбільш повно задовольняють корозійностійкі сплави.

На базі сучасної теорії корозійних процесів науково обгрунтовано і практично використовуються такі напрямки підвищення корозійної стійкості сплавів: підвищення їхньої термодинамічної стабільності, гальмування катодних процесів, гальмування анодних процесів.

Гальмування катодних процесів

Гальмування катодних процесів сприяє підвищенню корозійної стійкості сплавів лише в тих випадках, коли корозія йде з катодним контролем, і визначається кінетикою процесу відновлення катодного деполяризатора. Гальмування катодного процесу в цьому випадку можливо створити зменшенням площі катодних ділянок сплаву або введенням в сплав добавок, що підвищують перенапруження катодного процесу, зазвичай перенапруження водню. Ефективне зменшення площі катодних ділянок досягається при загартуванню сплаву. Наприклад, для дюралюмінію в результаті загартування відбувається розчинення активного катодного включення З u А1 2 і гомогенізація структури, що підвищує корозійну стійкість сплаву як у кислих, так і в нейтральних розчинах. Як приклад збільшення перенапруги катодного процесу можна вказати, на підвищення корозійної стійкості латуней легуванням малими дозами миш'яку. За даними ВНІІНЕФЕМАШ легування латуней марок ЛО70-1 або ЛА77-2 миш'яком в кількості 0,05 - 0, 06% призводить до збільшення терміну служби труб конденсаційно-холодильного обладнання в 1,5-2 рази.

Гальмування анодних процесів

Найбільш ефективний і широко поширений спосіб збільшення корозійної стійкості сплавів - підвищення їх пасивності в результаті гальмування анодних процесів.

Гальмування анодних процесів реалізується при легіро'аніі сплаву елементами, підвищують анодний пассівіруемость. Так, корозійна стійкість нержавіючих сталей базується на легуванні стали хромом, що є легкопассівірующімся елементом і забезпечує освіту на поверхні стали захисної окисної плівки хрому.

Важливе досягнення в підвищенні корозійної стійкості пасивуючих сплавів - так зване - катодне легування. Як було показано дослідженнями І. Д. Томащова і Г. П. Чернової, підвищення стійкості сплавів в умовах можливості пасивного стану може бути здійснено введенням в сплави додаткових катодних складових.

Металеві покриття

До конструкционному матеріалу для нафтогазовидобувного устаткування пред'являється широкий комплекс вимог: поряд з механічною міцністю необхідні мала маса, висока стійкість проти корозії, особливо проти специфічних видів корозійного руйнування, стабільність властивостей при перепадах температур, стійкість проти парафіноотложенія та ін Отримати матеріал з оптимальним поєднанням властивостей не завжди можливо. Тому дуже перспективно нанесення покриттів на сталеву основу. При цьому досягається економія дефіцитних і дорогих матеріалів і можливість використання властивостей обох компонентів - високої захисної здатності покриття і механічних властивостей основи. Для плакірующего шару плі покриття можуть бути використані високолеговані сталі або дефіцитні і дорогі метали (титан, нікель та ін), які мають підвищену корозійну стійкість. З огляду на те, що товщина плакірующего шару або захисного покриття зазвичай не перевищує 1 - 2 мм, а в більшості випадків значно менше, застосування двошарових металів або покриттів з корозійностійких матеріалів дозволяє економити до 70% легованих сталей і кольорових металів, причому вартість двошарових матеріалів значно нижче суцільнометалевих. Відзначено, що у двошарових матеріалах можливо отримати такі властивості, які не можна досягти при виготовленні вироби з будь-якого одного металу. Так, біметал Х18Н10Т - вуглецева сталь - у ряді випадків у меншій мірі піддається корозійного розтріскування, ніж сталь Х18Н10Т, у зв'язку з тим, що тріщини поширюються на глибину плакірующего шару і зупиняються.

По відношенню до корозійного впливу покриття металами діляться на катодні і анодні. У катодних покриттях метал покриття в корозійному середовищі більш електроположітелен, ніж сталь, тому у можливому корозійному процесі покриття є катодом, а сталь - анодом. До металам катодного покриття на сталі відносяться хром, нікель, свинець, мідь і інші метали, більш благородні, ніж залізо. У анодних покриттях метал покриття в даному середовищі більше електроотріцателен, ніж сталь, тому у можливому корозійному процесі покриття є анодом, а сталь - катодом. Такі покриття утворюють цинк, кадмій, алюміній та інші менш шляхетні, ніж залізо, метали.

Однак полярність покриття в значній мірі залежить від складу середовища, і в процесі корозії може в результаті поляризації або інших чинників відбутися зміна знака потенціалу покриття. Наприклад, алюмінієве покриття, яке спочатку було анодним, може запассівіроваться і стати катодним. Тому представляє великий інтерес для оцінки ефективності захисних властивостей покриттів визначення контактних струмів, що виникають між металом, основи і покриттям. Для цього І. Л. Розенфельд і Л. В. Фролова запропонували метод, за яким, порівнюючи, потенціали окремих електродів і потенціал системи, який буде знаходитися в проміжку між ними, можна судити про характер поляризації електродів, контролюючому факторі корозії, а також пористості системи.

Потенціал металу покриття вимірюють на цілісному електроді, вважаючи, що дифузійні та кінетичні обмеження, а також площа електрода через пір практично не змінюються. Потім будують поляризаційну криву для покриття, на неї наносять потенціал системи основа - металеве покриття і по ньому визначають щільність струму корозійного елемента. У електрохімічному відношенні при однакових товщинах покриттів найбільш активна система залізо-мідь, а найменш активна залізо-хром, чим пояснюються високі у багатьох випадках захисні властивості хромових покриттів. Таким чином, можливість визначення корозійного струму, що виникає між основою і покриттям, дозволяє оцінити захисну здатність покриття і є об'єктивним показником пористості покриття.

При локальному руйнуванні покриття катодного типу корродировать починає сталь, тому при таких покриттях необхідно прагнути до збереження суцільності захисного шару металу. Анодні покриття, хоча захищають сталь електрохімічно, але досить ефективно вони захищають сталеві вироби тільки в середовищах, де покриття має помірну швидкістю розчинення, у противному випадку покриття швидко розчиняється і втрачає свої захисні властивості. Часто застосовують багатошарові покриття з різних металів анодного і катодного груп, що сприяє більш повному захисту.

Для нанесення покриття використовують частіше за все цинк, алюміній і хром, а іноді й інші метали. Останнім часом цинк стає дефіцитним металом, і його намагаються менше використовувати для покриттів, в той час як алюміній отримує все більш широке застосування. На думку академіка Я. М. Колотиркіна, алюміній не поступається цинку за своїми властивостями, а в деяких середовищах володіє кращим захисним ефектом, більш технологічний і значно дешевше.

Ефективність захисної дії покриття залежить не тільки від природи наноситься металу, але також від технології нанесення покриття.

Для нанесення покриттів на сталь використовують різні методи: металізація з термічною обробкою і без неї, покриття з розплаву, механотерміческій метод (плакування), метод електрохімічного осадження, вакуумне нанесення, отримання покриттів з порошкових матеріалів з різними методами їх ущільнення, плакування вибухом нанесення покриття тертям , хімікотерміческій метод.

Малюнок 2.

Основні види нанесення покриттів металізацією

Способи металізації діляться на кілька видів залежно від вихідного стану та способу плавлення розпорошується металу (рисунок 2). У процесі формування металлізаціонного покриття відбувається окислення поверхні частинок наноситься металу, освіта деформованої структури з виникненням залишкових напружень, внаслідок чого підвищуються твердість і крихкість, зменшується пластичність покриття. Внаслідок окислення розпилюються частинок алюмінію електродний потенціал алюмінієвих метал-лізаціонних покриттів значно облагороджується в порівнянні з алюмінієм і може стати в напиленим стані близьким до потенціалу сталі або навіть вище за нього. Ця обставина обмежує можливість застосування металлізаціонних алюмінієвих покриттів для захисту сталі в електролітах.

Проте в морській воді алюмінієві покриття депассівіруются і потенціал набуває від'ємне значення, при якому сталь захищається електрохімічно. У морській воді довговічність алюмінієвих покриттів в 2,5 рази вище, ніж у цинкових однакової товщини. Міцність адгезійної зв'язку в алюмінієвих покриттів також вище, ніж у цинкового покриття,, і становить 1000 МН / м 2 та 400 МН / м 2 відповідно. Конструкції з алюмінієвим мсталліза-ційний покриттям можна зварювати, а цинкове покриття в місці зварювання повинно бути вилучено.

Металлізаціопное покриття відрізняється низьким зчепленням з основою, високою пористістю, низькою пластичністю. Встановлено, що мінімальна товщина шару алюмінію, нанесеного на сталеву основу металлізаціонним способом, без видимих ​​на просвіт пір повинна бути не менше 0,22 мм. Характерною особливістю цих покриттів є наявність у них порівняно великих пор (2-20 мкм), які надають високу проникність навіть при значній товщині шару. Пористі покриття успішно використовуються при роботі па тертя. При мастилі пористі покриття здатні вбирати в себе до 10% рідкої змащення, що сприяє зниженню моменту тертя, скорочення часу підробітки й зниження температури пари, що треться і забезпечує зменшення інтенсивності зносу.

Пористе покриття застосовують для деталей, що працюють на знос. Наприклад, пористе хромове покриття, нанесене гальванічним методом, застосовують для поршневих кілець двигунів внутрішнього згоряння.

Висновок

Гальванічне осадження найчастіше більш економічним, аніж інші способи нанесення металевих покриттів. Цей спосіб дозволяє отримувати відносно рівномірний шар із заданим хімічним складом, високими механічними і коррозіоннозащітнимі властивостями при невеликих товщинах покриття. Всі гальванічні покриття за їх призначенням можна розділити на наступні основні групи: покриття для підвищення зносостійкості, для поліпшення прірабативаемості та підвищення протизадирних властивостей, зменшення схильності до схоплювання, для підвищення стійкості проти корозії, для захисту окремих поверхонь деталей при їх хіміко-термічній обробці.

Поряд з позитивними властивостями гальванічні покриття мають недоліки: наводороживания основи при нанесенні покриття, наявність водню у виробі викликає водневу крихкість, що знижує як тривалу, так і циклічну міцність. Вплив гальванопокриттів хромом, нікелем, міддю на витривалість стали в повітрі значною мірою пов'язане з появою в приповерхневому шарі залишкових напружень розтягу, які при дії корозійного середовища внаслідок порушення суцільності цих покриттів, які є катодними по відношенню до сталі, посилюють анодне розчинення сталі. Залишкові напруги розтягу - не єдиний фактор, що викликає зниження втомної міцності сталі. Зниження втомної міцності сталі можна пояснити ще й наводороживания сталі при гальванічному нанесенні покриттів. Новим напрямком є легування покриттів титаном, що поглинає водень при подальшій термообробці.

Список літератури:

Саакіян Л.С., Єфремов А.П. Захист нафтогазопромислового обладнання від корозії. М., Надра. 2002, 227с.

Алюминированое сталі / М.М. Шерлаімов, А.Є. Штейнбах, Н.І. Волошина та ін - Корозія і захист у нафтогазовій промисловості. 2008.

Гонік А.А. Корозія нафтопромислового обладнання та заходи її попередження. М., Недра, 2006.

Гоннік А.А., Пєлєвін Л.А. Досягнення в розвитку та впровадженні засобів боротьби з корозією. - Корозія і захист у нафтогазовій промисловості. М., Недра, 2007.

Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Корозія і корозійностійкі сплави. Успіхи сучасного металознавства. М., Металургія, 2003.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Контрольна робота
45.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Електрохімічні методи аналізу їх теоретичні засади та класифікація
Електрохімічні методи аналізу та їх сучасне апаратурне оформлення огляд WEBсайтов фірмпродавцов
Портативне обладнання захисту інформації
Експлуатація газопроводів і обладнання мікрорайону з котельні і детальна розробка захисту газопроводів
Методи і засоби захисту інформації
Криптографічні методи захисту інформації
Методи і засоби захисту інформації
Сучасні методи захисту інформації
Комплексні методи захисту інформації
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru