Введение к работе
Актуальность темы. Увеличение объемов добычи и транспортировки природного газа и нефти в России, а соответственно - рост протяженности подземных трубопроводов - особенно остро ставит проблему обеспечения надежности их эксплуатации. Основной проблемой подземных металлических трубопроводных коммуникаций является защита их от коррозии и создание отечественных систем коррозионного мониторинга состояния трубопроводов. Коррозия промысловых коммуникаций газовых месторождений -это, в основном, электрохимический процесс, приводящий к разрушению под воздействием окружающей среды.
В нефтегазовой отрасли 65% всех отказов оборудования по причине коррозии приходится на долю подземной коррозии. К основным сложностям при идентификации коррозионных процессов в условиях подземной прокладки относятся: невозможность визуального контроля, значительные погрешности измерительной аппаратуры и сложности в интерпретации результатов измерений, большие трудозатраты при проведении обследований и т.д. Поэтому в условиях подземной коррозии огромное значение может приобрести интерпретирование уже имеющейся базы данных ранее проводимых измерений, например на стадии проектных изысканий, выборочный мониторинг коррозионно-опасных зон, выявленных с помощью методов электрометрической и электрохимической диагностики. В некоторых случаях для зашиты отдельных трубопроводов при надземной прокладке применяют алюминиевые, цинковые, лакокрасочные, стеклоэмалевые покрытия или другие атмосферо-стойкие покрытия.
В последнее время интенсивно разрабатываются новые технологии электролитического нанесения сплавов и композционных электролитических покрытий (КЭП) на основе цинка, способных увеличить коррозионную стойкость изделий. Наиболее перспективными являются сплавы и КЭП на основе цинка, содержащие в качестве легирующего компонента бор и фторопласт.
Цель работы: разработка способа контроля коррозионных процессов на магистральных трубопроводах и коррозионностойких покрытий на основе цинка для элементов оборудования нефте- и газодобывающей промышленности.
Цель исследований достигалась путем решения следующих задач:
исследование влияния коррозионно-опасных факторов (рН, влажности, температуры, пористости, удельного сопротивления, типа грунта) на скорость коррозии магистральных трубопроводов;
определение способа контроля коррозионных процессов магистральных трубопроводов;
оценка фактического коррозионного состояния и прогнозирование скорости коррозии магистральных трубопроводов;
разработка электролитов для нанесения сплава Zn-B и КЭП Zn-F и Zn-B-F на элементы оборудования нефте- и газодобывающей промышленности;
определение оптимальных составов и рабочих диапазонов концентраций компонентов в электролите для нанесения сплава Zn-B и КЭП Zn-F и Zn-B-F;
исследование физико-механических свойств и коррозионной стойкости покрытия Zn-В, Zn-F и Zn-B-F и определение возможности их применения в качестве коррозионностой-кого покрытия для элементов оборудования нефте- и газодобывающей промышленности;
исследование кинетических закономерностей электроосаждения сплава Zn-B и КЭП Zn-F и Zn-B-F;
доказательство участия тонкодисперсных соединений фторопласта в катодном процессе и изучение их влияния на свойства покрытий;
- апробирование результатов исследований в лабораторных и промышленных условиях.
Научная новизна работы:
разработан способ контроля и прогнозирования коррозионных процессов магистральных трубопроводов, описывающий рост реальных коррозионных дефектов, выявленных методом внутритрубной дефектоскопии и гипотетических - при отсутствии данных диагностики методом ранжирования - участков подземных трубопроводов по степени их коррозионной агрессивности;
установлено влияние типа грунта, рН грунтового электролита, влажности, температуры, пористости, удельного электрического сопротивления, продолжительности эксплуатации на скорость коррозии магистральных трубопроводов;
разработаны составы электролитов для нанесения защитных покрытий на основе цинка (сплава Zn-B и КЭП Zn-F и Zn-B-F) на элементы оборудования нефти- и газодобьшающей промышленности;
установлено влияние состава электролита и режимов электролиза (температуры, скорости перемешивания и катодной плотности тока) на качество покрытий, выявлены условия получения осадков с высокой коррозионной стойкостью;
выявлены закономерности катодного процесса электроосаждения КЭП Zn-F и Zn-B-F и установлено, что в присутствии фторопласта КЭП осаждаются с деполяризацией.
Практическая значимость работы:
разработан способ контроля коррозионных процессов, позволяющий планировать ремонтные мероприятия протяженных участков подземных трубопроводов, подверженных интенсивной почвенной коррозии;
апробирована модель определения скорости коррозии подземных металлических трубопроводов в условиях многофакторных грунтовых воздействий и влияние ионного состава грунтового электролита зоны прокладки газопроводов на образование коррозионно-опасных сред на ООО «Газпром трансгаз Ставрополь»;
- разработан и запатентован электролит для получения КЭП Zn-F (па
тент №201111287/02) для элементов оборудования нефте- и газодобывающей
промышленности;
- разработаны и рекомендованы производству технологические процессы нанесе
ния коррозионностойких покрытий Zn-B, Zn-F и Zn-B-F с заданными физико-
механическими свойствами для элементов оборудования нефте- и газодобьшающей
промышленности.
На защиту выносятся:
способ контроля и прогнозирования скорости коррозии магистральных трубопроводов;
новые составы электролитов для электроосаждения сплава Zn-B и КЭП Zn-F и Zn-B-F на элементы оборудования нефте- и газодобьшающей промышленности;
технологии получения коррозионностойких покрытий Zn-B, Zn-F и Zn-B-F, оптимальные режимы и условия осаждения;
экспериментальные данные по физико-механическим свойствам сплава Zn-В и КЭП Zn-F и Zn-B-F.
- результаты исследования влияния составов электролитов и режимов электролиза на свойства сплава Zn-B и КЭП Zn-F и Zn-B-F и практические рекомендации о возможности их использования в нефте- и газодобывающей промышленности;
Апробация работы. Основные результаты по теме диссертационной работы были доложены на ХГХ Международной научной конференции (г. Воронеж, 2006 г.), международной научно-технической конференции (г. Курск, 2013 г.), международной молодежной конференции (г. Новочеркасск, 2012 г.), XI Международной научно-практической конференции (г. Новочеркасск, 2012 г.), второй международной научно-практической конференции (г. Санкт-Петербург, 2012 г.), ежеодных научно-технических конференциях «Студенческая весна» (г. Новочеркасск, 2006,2009,2013 гг.).
Личный вклад соискателя в работах, выполненных в соавторстве, заключается в постановке задачи исследования, проведении экспериментов, обработке и интерпретации полученных результатов.
Обоснованность и достоверность результатов исследования. Достоверность и обоснованность полученных автором результатов обеспечивается корректным применением фундаментальных законов электрохимии, проведением исследований на стандартной поверенной аппаратуре. Результаты теоретических и экспериментальных исследований многократно обсуждались на международных конференциях с участием ведущих специалистов в области электрохимии.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы (143 наименований). Работа изложена на 133 страницах машинописного текста, содержит 91 рисунок и 30 таблиц.
