автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.03, диссертация на тему:Разработка и исследование особенностей применения экспресс-метода коррозионного поведения сварных соединений конструкционных сталей в коррозионно-активных средах

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ПРИМЕНЯЕМЫХ МЕТОДАХ ОЦЕНКИ КОРРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ, РАБОТЕ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ В КОРРОЗИОННО - АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ И ПРИМЕНЕНИИ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА.

1.1. Анализ применения методов исследования коррозионного поведения металла в коррозионно - агрессивных средах

1.2. Анализ влияния структуры сварных соединений конструкционных сталей на их поведение в коррозионно - активных средах

1.3. Анализ влияния физико - химических свойств коррозионно - активных технологических сред на коррозионное поведение металла

1.4. Роль ингибиторов коррозии в системе мероприятий по защите оборудования нефте - газового комплекса

1.5. Выводы по главе 1.

1.6. Постановка задачи

2. РАЗРАБОТКА ЭКСПРЕСС - МЕТОДА ОЦЕНКИ КОРРОЗИОННОГО ПОВЕДЕНИЯ МЕТАЛЛА В СОРБЦИОННО - АКТИВНОЙ СРЕДЕ.

2.1. Теоретическое обоснование разработки метода

2.2. Практическая реализация

2.3. Определение погрешности измерения величины работы адгезии

2.4. Результаты сравнительной оценки коррозионной стойкости металла известными методами и разработанным

2.5. Выводы по главе

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ РАЗРАБОТАННОГО ЭКСПРЕСС - МЕТОДА К СТРУКТУРНОМУ ФАКТОРУ И НАПРЯЖЕННОМУ СОСТОЯНИЮ

3.1 Исследование коррозионного поведения основного металла и сварных соединений в технологических средах

3.2.Влияние структурного фактора на коррозионную стойкость стали 09Г2С и ее сварного соединения

3.3. Влияние остаточных пластических деформаций на коррозионную стойкость стали 09Г2С и величину адгезионного взаимодействия в коррозионно - активных средах

3.4. Выводы по главе

4. ОЦЕНКА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ РАЗРАБОТАННОГО ЭКСПРЕСС -МЕТОДА К ИОННО-СОЛЕВОМУ СОСТАВУ СРЕДЫ, НАЛИЧИЮ ПАВ И ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ

4.1. Оценка чувствительности разработанного метода к сорбционно активной среде 85 4.2 Возможность применения метода для оценки эффективности ингибиторной защиты

4.3. Оценка эффективности ингибиторной защиты в коррозионно - активных средах методом оценки электродного потенциала

4.4. Применение метода к оценке эффективности ингибиторной защиты сварных соединений

4.5. Выводы по главе 4.

5. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНГИБИРОВАНИЯ КОРРОЗИИ ПРИ ЗАЩИТЕ ТРУБОПРОВОДОВ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ОАО «ЭКСИМНЕФТЕПРОДУКТ»

5.1. Оценка коррозионного поведения нержавеющей стали 08X18Н9 и ее сварного соединения в сточной воде очистных сооружений

Известно, что коррозия наносит нефтегазовому комплексу огромный, трудноисчисляемый ущерб. Полагают, что около 10 % массы ежегодного производства черных металлов расходуется на возмещение потерь от коррозии. Расходы, связанные с изготовлением конструкций, многократно превышают стоимость разрушенного металла. Ремонт сооружений, как правило, исключительно дорогостоящее мероприятие из-за больших затрат труда и применения дорогих дефицитных материалов. [1,2]

Большое количество сварных конструкций работает в сложных условиях нагружения при воздействии активных рабочих и внешних сред, нередко вызывающих необратимые физико-химические изменения в материале вследствие протекания коррозионных, сорбционных и других процессов, которые приводят к потере прочности и разрушению конструкций. [ 3,4,5 ] В этих условиях чрезвычайно важно оценить коррозионную опасность работы оборудования в технологических условиях и средах. Тем не менее, анализ ситуации на Астраханском ГКМ и Оренбургском ГКМ показывает отсутствие надежных методов исследования коррозионного поведения металла в агрессивных средах. Возникают трудности при оценке эффективности ингибиторной защиты, связанные также с отсутствием объективных методов контроля.

Статистика разрушений показывает, что наибольшее число отказов в нефтегазодобывающей промышленности приходится на сварные соединения, которые представляют собой область наиболее вероятного появления дефектов, структурно-механических неоднородностей и концентрации напряжений, особенно в зоне термического влияния (ЗТВ). Отказы часто происходят внезапно, без видимых причин, что является показателем недостаточной изученности вопросов, связанных с работой сварных соединений в технологических средах. Сложность изучения свойств сварного соединения состоит в необходимости одновременного учета многих различных факторов, влияющих на прочность и надежность сварных соединений в данной конкретной среде, таких как технологические параметры сварки, определяющие структуру и свойства сварного соединения, воздействие коррозионно-активных сред, влияние напряженного состояния (от внешних нагрузок и остаточных напряжений и деформаций). [6,7] Таким образом, возникает необходимость дополнительного изучения коррозионного поведения сварных соединений в технологических средах, что предусматривает совершенствование существующих и разработку новых методов исследования.

В этих условиях актуальна разработка новых экспресс-методов контроля коррозии, позволяющих учесть как свойства металла оборудования, с учетом гетерогенности структуры, так и свойства среды (ее физико-химические показатели, коррозионную агрессивность, наличие ПАВ(поверхностно-активных веществ)).

Необходим своевременный контроль за коррозионной ситуацией, которая постоянно меняется вследствие изменения как поверхностных свойств металла, так и ионно-солевого состава среды. В настоящее время данный вопрос не получил достаточно полного развития в трудах отечественных и зарубежных исследователей. В частности отсутствует методологический подход, рассматривающий корродирующий металл и коррозионную среду как единую систему. При этом в недостаточной степени учитываются физико-химические процессы, протекающие на границе раздела фаз металл - среда при сорбционном взаимодействии металла и его сварного соединения с коррозионно-активными средами. [8, 9 ]

В связи с изложенным выше диссертационная работа, направленная на изучение коррозионной стойкости основного металла и участков ЗТВ в сорбционно-активных средах и создания экспресс - метода оценки коррозионной ситуации является актуальной. 6

Актуальность работы подчеркивается ее включенным в программу " Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" (подпрограмма "Топливо и энергетика").

ВЫВОДЫ

1. Разработан экспресс - метод, позволяющий на основе представления о единой системе металл - среда, по выбранным параметрам (работе адгезии и электродному потенциалу) оценить влияние структурной неоднородности на коррозионное поведение металла в сорбционно - активных средах. Установлена его адекватность традиционно применяемым методам оценки коррозионной стойкости конструкций.

2. Установлена чувствительность метода к ионно - солевому составу среды, наличию ПАВ и ингибиторам коррозии. Показана возможность его применения для выбора эффективной ингибиторной защиты основного металла и сварных соединений. Разработан и защищен патентом № 2171463 способ оценки эффективности ингибиторной защиты метала в коррозионно -активных средах.

3. С использованием разработанного метода исследовано поведение основного металла и сварных соединений конструкционных сталей в коррозионно - активных средах. Выявлены наиболее слабые в отношении коррозионной стойкости участки ЗТВ при эксплуатации в средах различного ионно - солевого состава. Показано, что эти участки ЗТВ характеризуются по отношению к основному металлу более высокими значениями работы адгезии, скоростями коррозии и наиболее отрицательными значениям электродного потенциала. Показано, что электродный потенциал и работа адгезии, неравномерно распределенные по участкам ЗТВ и основному металлу, приводят к локальной коррозии.

4. Выявлено влияние структурного фактора (фазового состава, дисперсности) и напряженного состояния на коррозионную стойкость металла и участков ЗТВ в сорбционно - активной среде. Повышение содержания в структуре феррита и наличие напряженного состояния приводит к появлению анодных фаз, вследствие чего увеличивается работа адгезии. Различная дисперсность участков ЗТВ может приводить к изменению характера протекания адсорбцонных процессов и, таким образом, влиять на величину работы адгезии и электродного потенциала. Наличие грубодисперсной структуры приводит к увеличению работы адгезии, что указывает на повышение уровня межмолекулярного взаимодействия в системе металл -среда, а на мелкодисперсной структуре снижение работы адгезии свидетельствует о снижении адгезионного взаимодействия и облегчении обменных процессов.

5. Показана возможность повышения коррозионной стойкости сварных соединений путем выравнивания значений работы адгезии и электродного потенциала посредством применения ингибиторов коррозии.

При этом должны соблюдаться следующие требования:

- создание эквипотенциальной поверхности на сварном соединении, работа адгезии не должна превышать 100 мДж/м при общем облагораживании электродного потенциала,

- эквипотенциальность поверхности должна соблюдаться с учетом гетерогенности последней и при наличии на ней продуктов коррозии.

Показано, что оптимизация ингибиторной защиты (тип и концентрация ингибитора) необходимо проводить в зависимости как от ионно - солевого состава технологических сред, так и от структуры наиболее опасных участков ЗТВ сварных соединений.

6. Разработанный метод был опробован на технологических средах промышленных объектов и позволил оценить коррозионную агрессивность среды и коррозионную стойкость основного металла и сварных соединений в отсутствии ингибирования коррозии, а также подобрать эффективные ингибиторные составы и рекомендовать оптимальные концентрации и технологию применения ингибиторной защиты на предприятии ОАО "ЭКСИМНЕФТЕПРОДУКТ".

Методика внедрена в учебный процесс.

1. Зорин Е.Е., Ланчаков Г.А., и др. Работоспособность трубопроводов: В 3-х ч. -М.: ООО "Недра Бизнесцентр", 2000.- Ч.1.- Расчетная и эксплуатационная надежность.- 244 е.: ил.

2. Зорин Е.Е., Степаненко А.И., Ланчаков Г.А. Коррозионно механическая прочность и статистика отказов трубопроводов/УГазовая промышленность.-1991.-№10.-С. 14-16.

3. Винокуров В.А. и др. Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности; Под ред. Б.Е.Патона М.: Машиностроение. 1996.-576 с.:ил.

4. Стеклов О.И. Прочность сварных конструкций в агрессивных средах.-М.: Машиностроение, 1976.- 200 с.

5. Гутман Э.М. Механохимия металлов и защита от коррозии.- М.: Металлургия, 1981.-271 с.

6. А.Г. Филиппов, A.B. Ляшенко, С.Е. Севастьянов. Ингибиторная защита и контроль коррозии на Астраханском ГКМ. Материалы НТС "Научно-технические решения по повышению эффективности ингибиторов коррозии". -М.: ООО "ИРЦ ГАЗПРОМ",2000. с. 121-141.

7. А.Б. Киченко, В.М. Кушнаренко. О некорректности точных значений защитного действия ингибиторов коррозии. Материалы НТС "Научно-технические решения по повышению эффективности ингибиторов коррозии". -M.: ООО "ИРЦ ГАЗПРОМ",2000. с. 168-178

8. Sastri V.S. Corrosion inhibitors: principles and applications. Copyright 1998 John Wiley & Sons Ltd, Baffins Lane, Chichester, West Sussex P019 IUD, England, 903 p.

9. Лившиц Л.С., Хакимов А.Н. Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений. -М.: Машиностроение, 1989. 336 е.: ил.

10. Ланчаков Г.А., Зорин Е.Е. и др. Работоспособность трубопроводов: В 3-х ч.-М.: ООО "Недра Бизнесцентр", 2001.- 4.2. Сопротивляемость разрушению. -350 е.: ил.

11. Абид Ал-Сахиб Набеел Кадим Разработка технологии сварки взрывом крупно-габаритных биметаллических пластин и комплексное исследование их свариваемости с учетом воздействия коррозионных сред: Авт. дисс. канд. техн. наук.-М., 2001 г, 33 с.

12. Н.Н. Кошелев, В.В. Антонов. Методика имитации термических циклов сварки с помощью установки токов высокой частоты. Труды МИНХ и ГП, вып. 151,1980, с. 5-10.

13. Тылкин М.А., Большаков В.И., Одесский П.Д. Структура и свойства строительной стали. -М.: Металлургия, 1983. 287 с.

14. Разрушение. Ред. Г.Либовиц. Том 2. Математические основы теории разрушения. Пер. с англ.- М.: Мир, 1975. 763 с.

15. Шмитт Томас К.Г. Металловедение для машиностроения. Справочник/ Пер. с нем. под ред. В.А. Скуднова.- М.: Металлургия, 1995.- 512 с.

16. Саакиян Л.С., Ефремов А.П. Защита нефтегазопромыслового оборудования от коррозии. М., Недра. 1982, 227с.

17. Гоник А.А. Сероводородная коррозия и методы ее предупреждения. М.: Недра, 1966.-146 с.

18. Анучкин М.П., Горицкий В.Н., Мирошниченко Б.И. Трубы для магистральных трубопроводов.- М.: Недра, 1986.- 231 с.

19. Шпарбер И.С., Шрейдер А.В. Исследование водородного разрушения стали в сероводородных электролитах// Наводороживание металлов и борьба с водородной хрупкостью.- М.: Машиностроение, 1976.- 142 с.

20. Шрейдер А.В. Коррозионное растрескивание нефтегазового оборудования и защита от него. М.: ВНИИОЭНГ, 1977. - 63 с.

21. Логан Х.Л. Коррозионное растрескивание под напряжением.- М.: Металлургия, 1970. 340 с.

22. Simon Narasimhan Acoustic Emission Studies of H2S Corrosion//NL 1981 H2S Symposium, Career Development Center, April May, 1981, Houston, Texas, p. 160 - 169.

23. Troiano A.R. Sulfide Stress Cracking in Sour (H2S) Chloride Environments// NL 1981 H2S Symposium, Career Development Center, April May, 1981, Houston, Texas, p. 1 - 14.

24. Zamanzadeh M. Hydrogen Sulphide Corrosion in the Oil Industry and Application of the IPZ Model for its analysis/ / Corrosion? April 23-27, 1990, p. 208/12.

25. Митина А.П., Фролова Л.В., Куница Т.С. Ингибиторная защита оборудования подготовки, переработки сероводородсодержащего газа в условиях газоконденсатных месторождений. М: ИРЦ "ГАЗПРОМ", 1993.-37 с.

26. Фокин М.Н., Фролова Л.В., Алиева К.М. Наводороживание углеродистой стали в минерализованных средах при контролируемом потенциале. Защита металлов, 1986, т. 22, № 5, с. 852.

27. Митина А.П., Горичев И.Г., Хорошилов А.В. и др. Теоретические основы карбонатной коррозии стали.- М.:ВНИИЭгазпром, 1992. 54 с.

28. Фролова Л.В., Зорина В.Е. Коррозионно электрохимическое поведение и наводороживание углеродистых сталей в карбонатно - сульфидных средах. - М: ИРЦ "ГАЗПРОМ", 1996.-33 с.

29. Фокин М.Н., Булыгин Е.В., Оше Е. К. Наводороживание мягкой стали при анодной поляризации в условиях карбонатного коррозионного растрескивания. Изд. ВУЗов. Химия и хим. технология, 1986, т.29, вып. 3, с. 117.

30. Sticksma J., Bradford S. Stress Corrosion Cracking of Dual-Phase Steel in Carbonate/Bicarbonate Solutions. CORROSION NACE, 1985, p. 446 - 450.

31. Шкляр Р.Л., Аксельрод Ю.В. Абсорбция сероводорода и двуокиси углерода 13 природного газа водным раствором моноэтанол -амина//Химическая тромышленность. 1972. - №3. - с. 198 -202.

32. Ю. Митина А.П. Ингибирование коррозии в процессах очистки природного 'аза от кислых компонентов: Диссертация канд. техн. наук-М: ВНИИГАЗ, 988,218 с.

33. Sardisko J.B., Greco Е.С., Wright Wm.B. Corrosion of Iron in an H2S-C02-H20 -system: Corrosion Film Properties on Pure Iron//Corrosion.- 1963.- V.19, № 10.-P. 345 359.

34. Tuttle R.N., Kane R.D., A. Compilât of Classic Paper,NACE, Houston T.X., 1981.

35. Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии. M.: "Химия", 1977, 352 с.

36. Антропов Л.И., Макушин Е.М., Панасенко В.Ф. Ингибиторы коррозии металлов./Под ред. Антропова Л.И. Киев: Техника, 1981.- 183 с.

37. Томашев Н.Д., Чернова Г.П. Пассивность и защита металлов от коррозии.:Москва, Наука, 1965 г., 208 с.

38. Розенфельд И.Л., Богомолов Д.Б., Городецкий А.Е. и др. Формирование защитных пленок под действием ингибитора ИФХАНГАЗ-1 в водном растворе, насыщенном сероводородом //Защита металлов. 1982. - Т. 18, № 2. - с. 163 -168.

39. Шехтер Ю.Н., Фурман А.Я, Корох Н,И, Ингибиторы коррозии для защиты нефтепромыслового оборудования. ВНИИОЭНГ, Сер. Защита от коррозии и охрана окружающей среды. Вып. 7, Москва, 1990, стр.8 15.

40. Гутман Э.М., Елиманов Б.Д. Оценка защитных свойств ингибиторов коррозии, применяемых на Тенгизском месторождении. ВНИИОЭНГ, Сер. Защита от коррозии и охрана окружающей среды. Вып. 7, Москва, 1990, стр.15 17.

41. Медведева М.Л. Автореферат дис. д-ра техн. наук М.: Изд-во ГАНГ им. И.М. Губкина, 1996.-29с. коррозия и защита оборудования, катализатор-иь/эс произЬоЗатб нгфт^ ере работы бающих, предприятий.

42. Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия. Учебник для вузов. -М.: Химия, 1995, 336 с.

43. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976, 230 с.

44. Абрамзон A.A. Поверхностно активные вещества: Свойства и применение. -2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1981. - 304 с.

45. Кнорре Д.Г., Крылова Л.Ф., Музыкантов B.C. Физическая химия. : Учеб. для биол. ф-тов университетов. 2- е изд., испр. и доп. М.: Выш. шк., 1990. -416 с.

46. Зимон А.Д. Что такое адгезия. М.: Наука, 1983, 170 с.

47. Томашов Н.Д, Жук Н.П., Титов В.А. и др. Лабораторные работы по коррозии и защите металлов. М.: Металлургия, 1971, 280 с.

48. Практикум по физической химии/Под. ред. В.В. Буданова, Н.К. Воробьева. -5-е изд., испр.- М.:Химия, 1986. 352 с.

49. Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике: Учеб. пособие. -2-е изд., перераб. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. - 288 с.

50. Портова С.С. Исследование влияния структуры сварных соединений конструкционных сталей на водородное охрупчивание: Авт. дисс. канд. техн. наук.-М., 2001 г, 24 с.

51. Флорианович Г.М., Реформатская И.И. Роль фаз перлитного типа в углеродистой стали в процессе ее локальной коррозии. Вестник Тамбовского Университета, Сер. Естественные и технические науки, Т.4, вып.2, 1999, с. 131 132.

52. Кристиан Дж. Теория превращения в металлах и сплавах: Пер. с англ. М.: Мир, 1978, 4.1,806 с.

53. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986, 544 с.

54. Н.И. Исаев. Теория коррозионных процессов. М.: Металлургия, 1997. 368 с.

55. Митина А.П., Стеклов О.И., Ефименко JI.A., Митин A.C., Мурадов A.B., Прыгаев А.К. Способ оценки эффективности ингибиторной защиты металла в коррозионно активных средах (его варианты) Патент РФ на изобретение № 2171463 от 27 июля 2001 года

56. Лившиц Л.С., Медведева М.Л., Розенфельд И.Л., Фролова Л.В., Брусникина В.М. О влиянии состояния стали и природы ингибитора на эффективность торможения сульфидного растрескивания.//ФХММ.-1984.- т.20, №2 .- с. 163 -168.

57. Томин В.П., Корчевин H.A., Бадеников В.Я. Проблемы рационального водопользования и коррозионной защиты теплообменного оборудования в нефтеперерабатывающей промышленности. Монография.- Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1998. 136 с.

58. Яковлев Д.Г. Исследование коррозии и защиты металла в системах оборотного водоснабжения с помощью ингибиторов: Авт. дисс. канд. техн. наук.- М., 1967 г., 37 с.

59. Ефименко Л.А., Мурадов A.B., Митина А.П., Митин A.C. Метод оценки коррозионного поведения металла в сорбционно активных средах.//НТЖ. Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе, 2001. №5, с. 14 - 18.

60. Митин A.C. Исследование влияния сорбционно активных сред на коррозионную стойкость сварных соединений конструкционных сталей нефтегазового сортамента.// НТЖ. Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе, 2001. №5, с. 40 - 48.148

61. Камаева С.С. Локальные коррозионные явления, сопряженные с воздействием микроорганизмов. Обз. Информ. Сер. Защита от коррозии оборудования в газовой промышленности. М.: ИРЦ Газпром, 1998, с. 40.

62. Свистунова Т.В. Современные коррозионно стойкие стали и сплавы. Труды Пятой сессии Международной школы повышения квалификации «Инженерно - химическая наука для передовых технологий».т.2., ГНЦ РФ НИФХИ им. Л.Я. Карпова, Москва, 1999 г., С. 231 - 250.

63. Вердиев Сулейман Чилинкир оглы. Исследование совместного ингибирующего действия неорганических окислителей и этаноламинов на коррозионное поведение стали в нейтральных средах: Авт. дисс. канд. Техн. наук. Баку; 1987 г., 24 с.

64. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. Пер. с англ. Под ред. Зорина З.М., Муллера В.М. Изд. во «Мир», 1979.568 с.5Л 5,72. 5,72 5,72.5,72.5 ) -- К î ¡I f COSfX)}