автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.14, диссертация на тему:Сопротивление сталей сероводородному растрескиванию и оценка эффективности противокоррозионных мер

од

. МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕШ НЕЙТИ И ГАЗА ИМЕНИ и.:.1. ГУБКИНА

На правах рукописи СТАВИШЕНКО ВИКТОР ГЕННАДЬЕВИЧ

УДК 620.193:620.194.2.

СОПРОТИВЛШлЕ СТАЛЕЙ СЕРОВОДОРОДНОМУ РАСТРЕСКИВАНИЮ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОТИВОКОРРОЗИОННЫХ МЕР.

Специальность 05.17.14 - Химическое сопротивление

материалов и защита от коррозии.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ыосква - 1994

Работа выполнена з Оренбургском политехническом институте. Иаучкып руководитель - доктор технических наук, доцент

Кушнаренко.Владимир Михайлович.

Официальные оппоненты:

доктор ллмпчаикю. наук Колесников 11..<1. кандидат технических наук Гал^ЛНОа в. А.

Ведущее предприятие: ПО "Оренбургнефтъ".

Защита диссертации состоится в часов на заседании Специализированного совета

Л 053.27.13 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук в Московской академии нефти и газа имена й.Л.Губмша по адресу: 117917, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65, ауд. .

С диссертацией амино ознакомиться в библиотеке ГАНГ имени й.М.Губкина.

Автореферат разослан

Ученье! секретарь Специализированного советау д.т.н.

Общая характеристика работы.

Актуальность теш. Опыт эксплуатации оборудований и трубопроводов сероводородсодеркащих месторождении свидетельствует о том, что несмотря на комплекс противокоррозионных мероприятий наблюдаются коррозионные отказы металлических конструкций. Результаты анализа коррозионного состояния конструкций Оренбургского газохимического комплекса свидетельствуют об актуальности проблемы повышения их надежности а необходимости проведения исследований, направленных на выбор коррозионно-стойких материалов и оценки эффективности способов защиты металлических конструкций.

Металлические конструкции сероводородсодержащих месторождений работают в условиях сложного напряженного состояния, что оказывает влияние на сопротивление материалов сероводородному раст-рескиванпэ (СР ). Необходимость определения сопротивления материалов сероводородному растрескиванию при действия касательных, напряжений и в условиях двухосного напряженного состояния предопределило постановку данной работы.

■ Диссертационная работа выполнена в соответствии с программой райот ГЛНТК ."Антикор" ПШТ СССР и АН СССР постановление £ 451 от 26 .12,1988 г'к ,

Иельд диссертации является разработка методики и оборудования для экспресс-оценки сопротивления сталей сероводородному растрескиванию с учетом-напряженного состояния и определения путей повышения их стойкости. Научная новизна.

1. Созданы методика и оборудование для экспресс-оценки сопротивления материалов СР и определения эффективности противокоррозионных мер.

2. Разработаны способы испщашй материалов на коррозионное растрескивание при медленное двухосном растяжении и медленном сдвига.

3. Оценена роль касательных напряжений при СР сталей. Установлено, что повышение сопротивления С? металла,в определенном диапазоне времени наводородиваняя связано с влиянием водорода на деформации сдвига.

4. Разработана методика классификации сталей по сопротивлению СР, а такие классигтаацин защитных покрытии,ингибиторов, позволяющая оценить известные и новые защитные покрытия,а инги- >

битош пеоед их применением для защиты металлических кон;трук- !

I

. ций сероводородсодерглщих месторождений.

5. Предложена математическая зависимость, позволяющая по результатам одноосных испытаний сталей на сероводородное растрескивание. прогнозировать коррозионно-механические свойства их при двухосном чапрякенном состоянии»

Практическая ценность. Практическим выходом работы является создание нормативного документа "Расчеты и испытания на прочность. | •Летодц определения сопротивления материалов воздействию серово- ! доводе одержала сред". Р 54-298-92, Москва 1992 г. ;

Освоение исследовательскими лабораториями научно-обоснован- ; ных параметров коррозионно-механических испытаний и оригинальных установок позволило в 10-30 раз сократить время на оценку сопротивления материалов коррозионному растрескиванию и определение эффективности противокоррозионных мер. Полезный• эффект от использования одной машины ЫР-5-8В - 141495 руб. в ценах 1990 г.. Методики испытаний и машины 1нР-5-8В переданы: ВМНИЙК, БНИИГАЗ, БНИИСТ, ЩШМАШ - г.Ыосква, ВЕШПТХНА - г.Волгоград, ВНИИСПТ-найть, УЕИ - г.Уфа, ВЕ1ГО1 - г.Днепропетровск, ИШГнефть - г.Самара, ЛЕШШИЗСШАИ - г.Санкт-Петербург, ЦКБН - г.Подольск, НИПИ ПНГС - г.Оренбург.

Адробашм -работу. Основные положения диссертации дополнены и обсуадены на следующих конференциях и саминарах: семинаре "Коррозия 90" г.Кулбышев, 1390 г. ; Всесоюзном совещании "Проблемы

- 5 - •

защити от коррозхг кефтегазопромнслового оборудован:^" Смоленск, 1991 г. ; Конференция "Повыпенпе износостойкости рзкущего инструмента и деталей манин" Оренбург, 1991 г. ; Республиканской конференции "Повышение надежности и долговечности глазик п сооружена:" Киев, 1991 г. ; конференции "Состояние и перспектлш развития Уральского региона" Оренбург, 1992 г.

Публикации. Основные положения и результаты работы опубликованы в 13 печатных работа"., среди которых одно авторское свидетельство, один отраслевой нормативной: документ.

Обьегл таботн. Диссертация состоит из введения, трех глав, обших выводов, списка литература из ¿53 наименований. Работа изложена на 122 страницах, в том числе 31 таблица, Ц5 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЖАЕЕ РАБОТЫ.

Петаая глава. Посвящена обследован::;;; коррозионного состояния ыетадяиче.ских конструкций ОГК',; и анализу методов испытании материалов на сероводородное растрескивание. Сероводород в всдеых растворах значительно болыле усиливает прошгкновеняе водорода в стали, чем общуто коррозии .металла, и основную опасность для оборудования, эксплуатируемого в сероводородных среда;:, создает не общая коррозия, а наводороыдвание сталей.

Воздействие сероводородсодер:-каще:: среды на мягкие нелегиро-ваннне стали при неболъзнх напряжениях вызывает образование тре- • щин п расслоени:!, ориентированных вдоль проката парапально действующим напряжениям. В случае сталей повыяонно:" прочности твердости или мягкой стали, но при высоких концентрациях, капрямени:., возникают трещины перпэцдлкулярнце действующ::;.! напряжения:.!.

Увеличение срока слуабн изделиГ., коатактирудах с сероводо-родсодердащими средам, обеспечивается проведение:.: ряда мероприятий, одшп.: из которых является применение защитных покрытии. Их

выбор проводится с учетогл условий эксплуатации защищаемого объекта: состава, температуры,. скорости перемещения и давления рабочей среды, характера нагрузепля. 0cHOEHi5.ni методами нанесения металлических покрыт:;::, принципиально отличающимися один от другого физико-::импчесг.и:лп процессами формирования, являются: гальванически:'! ( злектролитическш":) , химический, металлизационный, днф~ фузионный, ионный (метод ионного осаздения) .

Одни.! из наиболее эффективных способов повышения надеяности оборудования и трубопроводов является применение ингибиторов коррозии. Эффективность защити оценивает путем сравнения времени до растрескивания при постоянной деформации изгиба или растяжения образцов в коррозионной среде з отсутствии и в присутствии ингибитора. Все методы определения эффективности ингибиторов, связанные с необходимостью извлечения образцов из коррозионной среди а последующим разрушением их на воздухе,характеризуются низкой стабильностью результатов. Кроме того, эти методы не позволяют оценить степень иягибиторной защиты в процессе коррозионного растрескивания.

В последнее время для оценка эффективности ингибиторов применяют метод постоянной низко:! скорости деформирования образцов в коррозионной среде. При этом появляется возможность быстро получить сведения о склонности материалов к коррозионному растрескиванию или об эффективности способмзащпты от коррозии в условиях, когда методы испытаний гладких образцов не дата необходимой информации.

Применяемые для испытания на сероводородное растрескивание ттериалов типовые методы /1/АСЗ Т;.Ю1-77 и аналогичны!; отечественный ¡ЛСКР 01-85 требуют много времени и не позволяют сравнить коррозионностойкие материалы или определить эффективность защитных мероприятий, так как образцы не разрушаются в течении базового времена испыташй. Дда быстрого получения сведений о сопротив-

ленки материалов СР целесообразно применение ускоренных испытаний в условиях идентичных типовым испытаниям, но при медленном растяжении.

Учитывая работу аппаратов и трубопроводов в условиях слсшно-напряаенного состояния и несовершенство существующих методик коррозионно-механических испытаний на двухосное растяжение, включающее их длительность и опасность для-обслуживающего персонала при атих испытаниях, представляется целесообразным создание методик й оборудования, позволяющих получать экспресс-оценку сопротивления материалов СР при двухосном растяжении и частом сдвиге.

Анализ состояния вопроса позволял сфорцулировать основные задачи работы:

1. Создать методику и оборудование для экспресс-оценки сопротивления материалов.

2. Определить влияние напряженного состояния на сопротивление сталей сероводородному растрескивании.

3. Оценить эффективность противокоррозионных мер.

Вторая глава. На основе анализа известных конструкций отечественных и зарубе&ных испытательных машин создана оригинальная установка для лабораторных экспресс-испытаний на коррозионное растрескивание одновременно от одного до восьми стандартных образцов цри скоростях относительной деформации 10"®. Установка содержит электромеханический привод и блок нагружате-лей и отличается компактностью, универсальностью и высокой производительностью. {/¡ангина МВ-5-8В является универсальной и позволяет проводить коррозионные испытания образцов при постоянной нагрузке ( ПН) и медленном растяжении (1.5Р) , а такке механический дорыв образцов после их выдерики в коррозионных средах при постоянной нагрузке. Машина ¡.-¡Р-б-вВ используется также для испытаний не только при одноосных, но и при двухосном напряженном состоянии и в условиях чистого сдвига.

Для определения коррозионно-механических свойств материала при двухосном напряженном состоянии разработано устройство для испытаний трубчатых образцов под нагрузкой, равномерно распределенной по круговому сечения. Разработанное устройство имеет простую и компактную конструкцию, позволяет проводить на обычных разрывных машинах испытания трубчатых образцов, обеспечивая в двух— осно-дефордируемом участке образца постоянную скорость деформирования.

При определении геометрических параметров головки тяги разработанного устройства для испытания трубчатых образцов с радиусом К = 20 Мм и толщиной стенки образца ¡) = 1,5 мм из стали 20 модуль упругости Е = 2Ч04 кг/юл2, коэффициент Пуассона р = 0,3 определяли конфигурацию головки тяги при требовании: получить эквивалентную_скорость деформации <5 , как в опытах с одноосной деформацией <5 = Ю-® с--'-.

Из условия, что скорость тяги равна (л= 7,2'КГ6 мм/с, а скорость деформации Е = 2'10~^Чшределили начальный утол .

Конфигурации остальных участков головки тяги с учетом пласти- • ческой деформация и-при заданных условиях: Ц. = соп$1 (скорость тяги постоянна) я £экв = соп5^ ( скорость деформации постоянна} установить аналитическими расчетами представляется невозможным в связи с отсутствием соответствующих методик расчета.

В результате испытаний трубчатых образцов устройством с конусообразной конфигурацией головки тяги при скорости перемещения захвата и. = 7,2*10""^ мм/о были построены зависимости дефорлаций з окружном и продольном направлениях:

такие функция поперечных перемещений - при изменении

времени -¿. в интервале О4^^ 4,6'Ю^с.

Из анализа результатов экспериментов следует отметить, что

при {. > 7,2'10~4с значения функции СхИ) . Из это-

го следует, что эквивалентная скорость д&йормации равна £. экв = = £ = 6, . Лия определения требуемой конфигурации остальных1 участков головки тяги по результатам эксперимента получена зависимость в аналитическом виде:

\Х/ =1,32(£экв- 0,55 )1/3 + 1,08 ( 2)

Далее требуемую конфигурацию головки тяги определяли подстановкой <£ дкв = соп^ в выражение (2)

\Х/ = 1»32 (£экв- I - 0,55) + 1,08 (3 )

Координата точек головки тяги X и время г£ связаны соотношением X =(й' I (О.- сопЗI ) , например, при ¿2 = 7,2'10~5мм/с

£ экв « 2-Ю"6 о-1.

Согласно выражения ( 3) и заданному значению Ц получили четыре участка конфигурации головки тяги:

I - в пределах изменения 5,8'Ю с, угол = 0,7°

постоянный - прямолинейный участок;

П - &,8*Ю3о <¿4 7,2'Ю4с; 0,7°>о6>0,4°;

Ш - 7,2'Ю4с<£^ 2,8'Ю5с;

1У - 2,8'Ю5с<^ 4,6'105с; 9°>р6»1°, т.е. П, Ш и 17 - криволинейные участки гладкой составной кривой первого порядка гладкости. При этом под гладкостью двухмерного обвода будем понимать наименьший порядок соприкосновения нормальных сечений составляет: их в граничных точках. Составная поверхность является обводом первого порядка гладкости, если в каадой точке граничной линии смежные составляющие имеют общую касатоть-ную плоскость.

При проведении испытаний трубчатых образцов внеаняя поверхность образца омывается сероводородеодергэдой коррозионной средой и внутри образца находится кагрука-ощеэ устройство. Испытания проводили до момента возникновение сквозного повреждения трубчатого образца, которое фиксировалось високостабильным коррозион-

ним датчиком типа 165 -813, предназначенным для измерения концентрации сероводорода.

При работе сварных конструкций возникают нормальные и касательные напряжения. Образование и активизация повреждений металлов происходит в местах действия наибольшее касательных напряжений и одновременно достаточно больших растягивающих напряжений. Исследователи неоднозначно оценивают роль касательных напряжений в пооцес'сз возникновения повреждений материалов при наводорожива-нзи,

В зависимости от условий эксперимента на кручение проволочных образцов исследователи фиксируют либо релаксацию напряжений при постоянной деформации, либо мнкропластическую деформацию прямого или обратного последействия. Установлено, что непосредственно после наводероживания пластичность металла в условиях сдвиговых деформаций становится весьма незначительной. Отмечено также, что внешняя нагрузка существенно влияет на направление распространения водородных расслоений за счет значительного изменения распределения сдвиговых напряжений в области-расслоений, вызванного давлением водорода.

Для оценки влияния касательных напряжений на свойства сталей при наводероживании предложена методика, позволяющая на обычных разрывных машинах при растяжении образца создавать в исследуемом участке материала напряженное состояние близкое к чистому сдвигу. Образцы, предназначенные для испытания на растяжение,имеют прорези, расположенные под утлом 45° к оси образца. Данные образцы предложены Денисом для определения предела прочности при сдвиге листовой заготовки. При растяжении образцов материал в зоне перемычки деформируется в условиях, близких к простому сдвигу. Это предположение проверяли экспериментально. В области перемычки наносили рштерные точки для определения угла сдвига. Образец растягивали. вплоть до разрушения и на промежуточных стадия:: измеш-

да параметры искаженной делительной сетки. В результате обработки данных измерения параметров искаженной сетки на различнее стадиях деформирования установлено, что квадратная сетка исказилась практически без изменения линейных размеров. Следовательно, материал в исследуемой области находится в условиях близких к простому сдвигу.

Для оценки влияния напряженного состояния ( НС) на коррозион-но-ыаханические характеристики стали 20 проводили испытания образцов трех видов до и после предварительной их вццер:хки в среде /VACE 5 2 ЛЬ.С£ + 0,5 % CHgCOOH, рК 3,0, Т 20 ± 2°0 с концентрацией сероводорода 1,5 и 3,0 г/да3 с последующим разрушением их на шайке ЫР-5—8В.в среде /VAC3 3,0 г/да3 Н25 при медленном растяаении 7,2'Ю-^ м/с , обеспечивающей скорость относительной

—А т

деформации 2'Ю-0 с

Испытании на одноосное растяжение подвергали цилиндрические образцы диаметром 6 мм тип 37 ГОСТ 1497-84.

Степень деформации сдвига при растяжении цилиндрических образцов определяли по формуле:

= 2 i-n ct0 /Ы. , (4)

We с^о й с£ — диаметр образца до и после испытания.

Учитывая работу аппаратов и трубопроводов сероводородсодержа-: щах местороддений в условиях близких к двухосному НС, разработана методика и устройство для испытания трубчатых образцов, позволяющие определять коррозионно-механические свойства материалов при двухосном НС. Трубчатые образцы имели внеякпй диаметр 40 мм и толщину стенки 1,5 мм.

Максимальную окружную степень деформации трубчатого образца при разрушении вычисляли из соотношения:

Лт = г in к/ к 0 , (5)

где S 0 и R - радиус внешней окружности трубчатого образца до и после испытания.

Роль касательных напряжений в поведении стали при наводоро-живаигл оценивали испытаниями плоских образцов толщиной 2 мм с прорезями, расположенными под утлом 45° к оси образца ; доказано, что матерная в зоне перемычки деформируется в условиях, близких к простому сдвигу.

Предельную деформацию при ддвиге в случае испытания плоских образцов рассчитывали по формуле:

/v/З, (6)

где сС- угол отклонения вертикальной риски, нанесенной на образец в области перемычки до испытания, измеренный на инструментальном микроскоре с точностью до — I мин. •

Согласно полученным данным пластичность цилиндрических и трубчатых образцов снижается с увеличением концентрации'сероводорода, а такие времени наводороживания. Максимальную, пластичность наводороженная стать имеет при чистом сдвиге, а минимальную пластичность - в случае двухосного растяжения. При этом в условиях чистого сдвига испытания плоских образцов наблюдается повышение пластичности стали после 48...96 часового предварительного наводороживания относительно образцов, разрушенных в среде /VACE без предварительной выдержки. Установлено, что повышение сопротивления СР металла в определенном диапазоне времени наводороживания связаны с влиянием водорода на. деформации сдвига. Дальнейшее повышение зремеки предварительного наводороживания приводит к снижению степени деформации*сдвига. Повышение концентрации сероводорода в среде /VACE также • снижает пластичность материала плоских образцов {рис. I ).

Анализ полученных данных позволил сделать заключение о том, что между пластичностью и временем наводороживания иглеется обрат-нопропорциональнач зависимость, увеличение времени приводит к сникешш пластичности при одноосном и двухосном напряженном состоянии.

л,еР

13 0,2

О «96 Ш

Рис. I. Зависимость пластических свойств стали при испытании на СР от времени предварительной выдержки в среде//АСЕ и условий испытании: О, Л- трубчатые образш:Г~1 .ШЯ~ - плоские образцы;,</^ цилиндрические образцы: . СЮ '0 - I.5 г/дм Б^о ; Ф.В.4 ~ 3»° г/дм3;^ .

Л,

Рис. 2. Сопротивление стали СР в зависимости от напряженного состояния.

Взаимосвязь маяду значениями Л-^ при одноосном и двухосном Л2 нахружении представляли в виде:

У = ах2 + Ех + с , (V)

Значения коэффициентов также, как и в первом случае

определяли ранением матричного'уравнения. За элементы вектора У принимали значения при двухосном нагружении, а за X значения Л J при одноосном нагружении. Для концентрации 1,5 г/л:

Л 2 =~ 2,71/I + 0,966/4-0,018 ; (в)

для концентрации Н23 3,0 г/л:

л2 =- 2,571/ \ + 1,98бЛ - 0,173. (9)

Зависимость меяду двумя вариантами нагружения с учетом концентрации выражена в виде:

Д2=/ 1(Т)' К / 1,5 + /2(Г)- (к / 1,5 - I) СЮ)

и представлена на рисунке 2,

где £(Т) ~ правая часть уравнения (8 ^

Ss.CC) ~ п^авэл часть уравнения (э) К - концентрация в г/л. Полученные математические зависимости позволяют по результатам одноосных испытания сталей на серозодородное растрескивание прогнозировать корразионно-глаханические свойства их при двухосном напряженном состоянии.

Третья глаза. В результате исследования натурных конструкций 0ПС.1 и сероводородного растрескивания образцов с учетом существующих представлений о механизме СР, строении и свойствах, границ зерен предложена модель СР сталей. Очагами зарождения микротрещин СР наряду с границами раздела матрица - неметаллическое включение являются островки границ с плохим сопряжение:.! кристаллических решеток смежных кристаллитов. Эти островки (каналы вакансий) язхчются микрополостями - микроконцентраторами, в области которых под действием остаточных напряжений иди внешне нагрузок''(особен-

но при наличии макроконцентратороз напряжений.) возникает обьем-ное напряженное состояние. Образующийся в результате контакта сталей с сероводородсодержащей средой водород, поступая через границы аерен и из кристаллической решетки в микрополости, -уменьшает прочность этих участков транш; зерен, по мере повышения концентрации водорода молизуется. Увеличение давления водорода в микрорасслоениях до критических значений, наряду с усугубляющим действием водорода, находящегося вблизи этих микрорасслоений - в областях трехосного напряженного состояния, приводит к активизации дислокационных процессов, микродеформациягл и разрушению островков границ зерен с хорошим сопряжением решеток смежных зерен. Б дальнейшем описанные процессы повторяются, вызывая рост и объединение микротрещин в макротрещину.

Анализ коррозионного состояния оборудования сероводородсодер-жащих месторождений показал, что^одной из основных причин отказов является СР стальных конструкций. В процессе эксплуатации оборудования возникает необходимость замены отдельных деталей, узлов, трубопроводов и аппаратов на отечественные, при этом используют стали, являющиеся аналогами поставленных инофирмами. Для определения сопротивления СР испытывали стали, применяемые при обустройстве подобных нефтегазовых месторождений и рекомендуемых для работы в этих условиях. При изготовлении корпусов сосудов применяют стали 09Г2С, 16ГС, а в последнее время 20Ш, 09ХГ2НАБЧ. Отдельные виды аппаратов имеют шгакирующий слой из высоколегированных сталей аустенитного класса, например, 08Х18К10Т. Стали 40Х, 40ХН и ЗОХыА применяют для изготовления крепежа, деталей арматуры и насосно-кошрессорного оборудования.

Сопротивление сталей СР определяли методами постоянной нагрузки (ПН) и медленного растяжения С:.2>) - З.б'Ю^м/с, а также испытаниями'образцов ;Д? в промысловых условиях ОГК.,;. Классификацию сталей по сопротивлению СР осуществляли с использованием в

качестве критерия оптимизации функцгга желательности Харрингтона. Для ее построения измеренхше значения откликов, в нашем случае Когкг, преобразовывали в безразмерную шкалу желательности:

с1 = ехр Г - ехр (- у ; ] (II)

а применяли метод количественных оценок с интервалом значений нелательЕости от нуля до единицы. Значение Ы. = О соответствует абсолютно неприемлемому значении данного отклика, а Ы. = I - самому лучшему значения отклика. Параметр У = 0,24 К0ГКГ1 - 6 получен из условия совмещения идеалы, принятой для функции желательности и идеалы пределов изменения измеряемой величины К0ГИ1. С учетом этого и условия равновероятностного попадания параметра • в интервал установлены интервалы оценок и классифицированы стали по сопротивлению СР.

Надежность сварных металлических конструкций, контактирующих с коррозионными-средами, определяется свойствам их сварных соединений. • Сопротивление СР металла нвов включала только шов и имела кольцевую проточку длиной' 10 мгл и диаметром' 4 мм, в качестве критериев оценки принимали коэффициенты влияния коррозионной сре-

V (V)

Результаты исследований свидетельствуют о соответствии мевду значения!, т коэффициентов влияния коррозионной среды К-^ и .

Установлено, что высоким сопротивленцам СР обладает сварные швы, выполненные электродами с основным видом покрытия (ОЗС/ВНИИСТ -26, 1В-52(X , БохЭГ-50, Шварц ЗК, Гарант, УШЙ-13/55.) при условии легирования одинаковыми элементами, что объясняется их более высоким металлургическигл качеством.

Одним из наиболее эффективных способов повышения надежности оборудования и трубопроводов является применение ингибитопов кор— -розии. Защитные свойстза ингибиторов определяла при ;.ТР со скоростью 7,2'Ю-8 м/с стальных образцов-^ 6 мгл в среде /УАСЕ. Для иск-

лючения влияния на результаты оценки ингибиторов изменения концентрации сероводорода в среде и коррозиокно-механичесхих свойств материала образцов, в качестве критерия оценки защитных свойств ингибиторов приняли степень защиты ( 21) металла ингибитором от

СР, определяеодто по формуле: •

2 = ' " ' 100 (13)

7 ~ Тс

где относительное сужение металла образцов, определенное

на воздухе по ГОСТ 1497-84;

и VI - среднеашфметические значения относительного сужения с с

пяти, идентичных образцов, разрушенных в неингибиро-ванной и ингибированной коррозионной среде соответ-. , ственно. На защитные свойства ингибитора оказывает влияние его концентрация и режим течения коррозионной среды. Результаты испытаний свидетельствуют о хороших защитных свойствах ингибиторов ВИСКО 904 А/1К, ГИПХ-4 и ШАНГАЗ. Ингибиторы И-25-да и Викозолин в меньшей степени повышают сопротивление стали СР. Разработанная с использованием в качестве критерия оптимизации функции желательности Харрингтона классификация ингибиторов свидетельствует о том, что отечественные ингибиторы по эффективности защиты не уступают заруб ежным аналогам и могут успешно применяться для защиты промыслового оборудования.

Одним из современных'способов защиты металлов от коррозии, в том числе и от сероводородной, является диффузионный метод, при котором на поверхности сталей создается тонкий беспористый слой с адгезией равной или даже выше прочности защищаемого материала за счет внедрения частиц покрытия в кристаллическую решетку подложки. Толщина слоя диффузионного покрытия зависит от материала подложки, способа, температуры и продолжительности процесса.его нанесения. В качестве материала-покрытия применяла алюминий, ти-

тан, хром, цинк и ж композиции.

Заглтте свойства .покрнтяй асследозалп при Ш и .МР образцов в среде Л/АС2, заштныГ. э?уект определяли по формуле:

2 = ^ 0 ■ 100 % . (14) • V ~ Ус • .... -

где • Ц^ - относительное сужение металла образцов,.определенное на воздухе по.ГОСТ 1497-84; • Ц/ с и ф - среднеарифметические значения относительного

сужения пяти идентичных образцов соответственно с покрнтием и без него,-разрушенных в коррозионной среде.

По результатам испытаний наплучаяш защитными свойствами обладают хромовые покрытия, полученные из паровой фазы и комбинированные покрытия цинк + хром. Наименьшую стойкость против СР имеют образцы покрытые хромом + алюминием. Металлографическими иссле-дованилми в этих покрытиях обнаружена появление столбчатой структуры а трещин, что значительно облегчает диффузию водорода через покрытие. Недостатком диффузионных покрытий является необходимость дополнительной термообработки для измельчения зерна металла подложки и восстановления ее механических свойств. Поэтому оценивали возможность применения гальванияеских, химических, пи-ролитических, полимерных покрытий для повышения сопротивления сталей СР. Гальванические покрытия кадмий + титан, химические покрытия М'+ Со + р и ппролптические хромовые покрытия повышают сопротлвлвная сталей СР. Однако применение этих покрытий для деталей крепежа ограничено из-за локальных повреждений и при монтаже флакцезых соединений.

Исследование сталью: образцов с полимерными! покрытиями проводили в лаборатории:: и промысловых условиях. Лабораторные испытания показали высокие защитные свойства пояиуретановах покрн-т:С и гояхозяцгй Э2К-1, хороаие защитные свойства имеет кошози-

_ ".'с _

Щ1Я ЭЖ-2. Однако в промысловых условиях при воздействии конденсата композиция ЗЖ-1 отслаивается от металлической поверхности, а наилучшими свойствам обладает композиция ЭФК-2. Опытно-проглынь ленные испытания емкостей удаления кислых вод, защищенных поли-эфируретановым покрытием и композицией ЭФК-2, подтвердили высокие защитные свойства этих, покрытий. Анализ результатов исследований защитных свойств покрытий с использованием в качестве критерия оптимизации функции, желательности Харрингтона, в которой параметр У = 0,24 '2-6 для металлических покрытий и У = 0,12 -2Г - 6 дая полимерных, позволил классифицировать покрытия по защитным свойствам при СР сталей.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. Установлено, что одной из основных причин отказов металличес-• ких конструкций, контактирующих с сероводородсодержащими средами является сероводородное растрескивание.

2. Созданы методика и оборудование для экспресс-оценки сопротивления материалов СР и определения эффективности противокоррозионных мер при одноосном и двухосном растяжении, а" такке при медленном сдвиге.

3. Оценена роль касательных напряжений при СР сталей. Установлено, что повышения сопротивления СР металла в определенном диа-

. пазоне времени наводорояивания связаны, с влиянием водорода на деформации сдвига.

4. Предлояена математическая зависимость, позволяющая по результатам одноосных испытаний сталей на сероводородное растрески-

- вание прогнозировать коррозионно-механические свойства же при двухосном напряженном состоянии.

5. Разработана методика классификации сталей по сопротивлении сероводородному растрескиванию, а таете классификации защитных

покрытий,;шгибпторов,-позволяющая оценить известные и новые защитные покрытия и ингибиторы перед их прженением для защиты металлических конструкций сероводородсодернащах месторождений. 6. Предложена .модель сероводородного растрескивания сталей, согласно которой зарождение и развитие сероводородного растрескивания происходит за счет молизацип водорода не только на границах раздела матрица - неметаллические включения, но и в островках границ с плохим сопряжением кристаллических решеток сменных зерен с последующим разрушением островков границ с . хорошим сопряжением решеток смежных кристаллитов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Кушнаренко В.".!., Фот А.П., Уханов B.C., Ставишенко В.Г. Многопозиционная разрывная машина. Ннф. листок J2 90-6. Оренбургская ЦНТИ, 1990 г. - 4 с.

2. Кушнаренко В.М., Фот А.П., Узяков Р.Н., Ставишенко В.Г. Установки и метод испытания на коррозионное растрескивание. // Тезисы докладов областного мешотраслевого научно-технического семинара "Коррозия 90". Куйбышев, 1990 г. - I с.

3. Кушнаренко В.ГЛ., Фот А.П., Ставишенко В.Г., Узяков Р.Н. Экспресс-оценка защитных свойств покрытий в сероводородсодержащпх средах. // Тезисы докладов Всесоюзного совещания "Проблемы защиты от коррозии нефтегазопромыслового оборудования". Смоленск, 1991 г. - I с.

4. Бойко C.B., Ильичев Л.Л., Кушнаренко B.ï.I., Ставишенко В.Г. Защита изделий паралитическими хромовыми покрытиями. // Тезисы докладов научно-технической конференции "Повышение износостойкости режущего инструмента и деталей машин". Оренбург, 1991 г. -1с...

5. Емельянов Ю.В., Романов В.В., Кушнаренко В.М., Ставишенко В.Г. Узяков Р.К. Защитные свойства полимерных покрытий в сероводо-

родсодзрпгацйХ средах. // Защита от, коррозия и охрана окруяаю- , щей средн. - 19Э1 Г. - Г: 7. -4 с.

6. Кушнаренко В.У., Стазшенко В.Г., Гетманский ¡л.Д., Бугай Д.З. Защитные свойства ингибиторов сероводородного растрескивания. // Защита от „коррозии и охрана..окрунаэдей среди. - 1991. - ß 8. - 6 с.

7. Гончаров Н.Г., ;Лазель А.Г., Кушнаренко В.:.!., Ставишенко В.Г. Сопротивление сероводородному растрескиванию металла швов, выполненных различными сварочными материалами // Сварочное .производство. - 1992. .2. - 3 с. , .

8. Кушнаренко В.М., Масюю О,.¡Л., Ставишенко В.Г. Фрактография поверхности при сероводородном растрескивании сталей // Тезисы докладов XIF научно-технической конференции "Состояние и перспективы Уральского .региона", Оренбург, 1992 г. - 2 с.

9. Стеклов О.И., Кушнаренко В..М., Фот А.П., Макаров А.П., Ставишенко В.Г., УзяковР.Н. Методы определения сопротивления материалов воздействию сероводородсодериащих сред. Р-54-298-92.• 1Л.: ВНИЖЛАШ Госстандарта России, 1992 г. - 26 с.

10. A.C. I7I80I2 СССР, ivEC-I4<э01 А/ 17/00. Устройство для испытания трубчатых образцов. / Кушнаренко В.Г.Т., Фот А.П., Стеклов 0.11., Ставишенко В.Г., Огородников В.А.

11. A.C. ( Положительное решение по. заявке 4840138/28 )СССР, &01А/Ц/00. Установка дая коррозионно-механических испытаний. / В..'Л.Кушнаренко, А.П.Фот, В.С.Уханов, В.Г.Ставишенко.

12. Кушнаренко В.М., Павлов С.:!., Ставишенко В.Г. Классификация сталей по сопротивлению сероводородному растрескиванию. // Тезисы докладов ХУ научно-технической конференции. Оренбург, 1993 г. - I с.

13. Узяков Р.К., Ставишенко В.Г., Юршев E.H. ГДногоканадънзя система регистрации нагрузки для машины !Я?-5-8В. // Тезисы докладов XF научно-технической конференции. Оренбург. 1993 г. - I с.

Соискатель TM^rreW-- Схаз:1Шо:л-:о Б.Г.

Лицензия » Р 020716 от 02.02.93 г. Сдано в печать 4- ■ 94 Подписано 4 Азриат 60 х 84/16 Бумага офсетная

У сл. печ. Тираж 75 оаказ 7 >

460354, г. Оренбург, Га1, пр. Победы 13, политехнический институт, множительный участок