Повышение коррозионной стойкости труб, покрытых эмалью, как один из факторов повышения экологической безопасности окружающей среды тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.16, кандидат технических наук Риккер, Виктор Иоганесович

• Риккер, Виктор Иоганесович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Риккер, Виктор Иоганесович

ВВЕДЕНИЕ

1. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭМАЛИРОВАННЫХ ТРУБ В МЕЛИОРАЦИИ, В ВОДО- И ТЕПЛОСНАБЖЕНИИ,

А ТАКЖЕ В НЕФТЕПРОМЫСЛОВОЙ ПРАКТИКЕ.

2. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЦЕССА НАНЕСЕНИЯ ЭМАЛИРОВАННОГО ПОКРЫТИЯ.

3. ИСПЫТАНИЯ ЭМАЛИРОВАННОГО ПОКРЫТИЯ.

3.1. Метод определения ударной прочности покрытия.

3.2. Определение переходного электрического сопротивления изоляционных покрытий труб в заводских условиях.

3.3. Определение удельного веса покрытия из силикатной эмали.

3.4. Испытания покрытия из силикатной эмали на разрыв.

3.5. Определение прочности сцепления силикатно-эмалевого покрытия с металлом (адгезия)

4. ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ

ТРУБОПРОВОДОВ С ЭМАЛЕВЫМ ПОКРЫТИЕМ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗОЛЯЦИИ СВАРНЫХ СТЫКОВ.

4.1. Технология сварки труб, покрытых эмалью.

4.2. Технология изоляции сварных стыков.

4.2.1. Технология изоляции сварных стыков трубопроводов из эмалированных труб термоус.аживащимися материалами.

4.2.2. Технология изоляции сварных стыков трубопроводов из эмалированных труб полиэтиленовыми липкими лентами.

5. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ДВИЖЕНИЮ НЕФТИ И ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ В ТРУБАХ,

ПОКРЫТЫХ ЭМАЛЬЮ.

5.1. Гидравлические сопротивления при движении воды по трубам, покрытым эмалью.

5.2. Использование эмалированных труб при проектировании нефтепровода.

5.3. Гидродинамические особенности движения горячей воды по трубам, покрытым эмалью.

6. АНТИКОРРОЗИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИЛИКАТНО-ЭМАЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ ТИПА МК-5 НА ТРУБАХ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ НЕФТЕПРОМЫСЛОВ ТЮМЕНСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

6.1. Методика испытаний.

6.2. Результаты лабораторных и стендовых испытаний.

6.3. Анализ результатов лабораторных и стендовых испытаний.

6.3.1. Физико-химическая модель системы: сталь - силикатно-эмалевое покрытие - электролит

6.3.2. Анализ результатов испытаний.

6.3.3. Прогноз коррозионной надежности эмалированных труб.

6.3.4. Результаты экспертизы коррозионного состояния трубопроводов из эмалированных труб, находящихся в эксплуатации.

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение коррозионной стойкости труб, покрытых эмалью, как один из факторов повышения экологической безопасности окружающей среды»

Использование стальных труб для строительства напорных трубопроводов оросительных систем, холодного хозяйственно-питьевого, горячего коммунального водоснабжения и отопления, систем нефтепроводов и газопроводов обусловлено их высокой прочностью и хорошей сопротивляемостью труб динамическим нагрузкам и прогибающим усилиям. Стальные трубы применяют в трубопроводах, работающих при значительных внутренних давлениях, а также при укладке их в макропористых грунтах, в сейсмических районах, по мостам и эстакадам и при устройстве дюкеров.

Существенным недостатком стальных труб является их подверженность коррозии, которая ведет к огромной бесполезной трате металла, сокращению срока службы трубопроводов, увеличивает шероховатость внутренней поверхности стенок труб, что сопряжено с дополнительными затратами энергии на подачу жидкости. Таким образом, коррозия труб вызывает увеличение как строительных, так и эксплуатационных расходов в системах транспортировки жидкостей.

Для защиты от коррозии внешней поверхности стенок трубы долгие годы применялись различные типы битумных покрытий, обмотка различными типами полимерных плёнок в полевых условиях. В настоящее время используется покрытие труб экструвированным полиэтиленом в заводских условиях.

Для предохранения внутренней поверхности труб от коррозии применяют различные виды покрытий: цементно-песчаные, лаковые, эпоксидные, эмалевые и др. Одни из них имеют ограниченную область применения, а цементно-песчаные, например, обуславливают значительное уменьшение площади поперечного сечения, что приводит к увеличению гидравлических сопротивлений и снижению пропускной способности труб.

К настоящему времени накопился достаточно большой опыт использования эмалевых покрытий для защиты от коррозии стальных труб.

В 1949 г. инженером Подклетовым было получено авторское свидетельство на изобретение — способ эмалирования труб с использованием для обжига покрытия метода нагрева труб в электромагнитном поле индуктора. С этого времени в России впервые в мире начала разрабатываться технология эмалирования труб на станках-автоматах с использованием индукционного обжига покрытий.

В 1961 г. во Всесоюзном научно-исследовательском институте по строительству магистральных трубопроводов (ВНИИСТ) была создана лаборатория эмалирования труб, на которую были возложены функции головного подразделения в области индукционного эмалирования труб.

В 1960-1970 гг. во ВНИИСТе на опытно-промышленной базе (ст. Львовская Московской обл.) проведены работы по индукционному эмалированию опытных партий с внутренним и наружным покрытием.

По технологии ВНИИСТа созданы производства по эмалированию труб в г.г. Краснокамске, Шевченко, Похвистнёво, которые ориентированы на нефтяников.

В г.г. Казани, Нижнем Новгороде, Волгограде, Москве, Донецке, Одессе с 1975 г. созданы участки по эмалированию внутренней поверхности труб для нужд коммунального, теплоэнергетического хозяйства.

В 1980 г. в Пензе объединением "Пензаводпром" впервые в мире была создана технология двухстороннего эмалирования труб с использованием метода нагрева труб в электромагнитном поле индуктора.

Метод индукционного эмалирования отмечен в 1990 г. премией Совета Министров СССР, а в 1991 г. на XIX Международном салоне по новейшим технологиям в Женеве — золотой медалью.

Выпускаемые Пензенским заводом трубы использовались в основном для сооружения мелиоративных систем и трубопроводов хозяйственно-питьевого водоснабжения. В последние годы эти трубы нашли широкое применение при сооружении промысловых трубопроводов, транспортирующих высоко-агрессивные среды на нефтяных месторождениях, а также при строительстве теплотрасс, топливопроводов в аэропортах и трубопроводов для перекачки высоко-агрессивных стоков животноводческих комплексов.

При эмалировании большое внимание уделяли составам эмалей для покрытия труб. Был опробован ряд составов. Наилучшее качество показали безгрунтовые эмали МК-5 и МК-5Р, разработанные Рижским политехническим институтом и получившие гигиенический сертификат Госсанэпиднадзора РФ на использование в трубопроводах питьевого и хозяйственного назначения. Для транспортирования обводненной нефти с большими примесями сероводорода лабораторией ПО "Пензавод-пром" и ВНИ ИСТом были разработаны кислотостойкие эмали № 8 и № 16. Участок варки фритты (гранулированной эмали) имеется на ПО "Пензаводпром".

Пензаводпром" выпускает стальные трубы с двухсторонним си-ликатно-эмалевьм покрытием наружным диаметром 89.426 мм, толщиной стенки 3.8 мм, толщиной эмали 300.500 микрон (ТУ 1390001-01297858-96).

Стоимость изоляции двухсторонним эмалированием составляет 95. 110 % от стоимости стальной трубы в зависимости от ее диаметра, толщины стенки, химического состава и толщины эмалевого покрытия.

При строительстве трубопроводов наиболее эффективным способом соединения труб считается фланцевое, но оно является надежным только для низконапорных трубопроводов. Наибольшее распространение получило соединение стальных труб на сварке. Однако долгое время сварные швы на эмалированных трубопроводах оставались слабым местом. В настоящее время разработаны технологии сварки, обеспечивающие высокую коррозионную стойкость сварных стыков внутри трубы.

Среди многообразных способов и методов защиты металлов от коррозии нанесение эмалевых покрытий на изделие занимает особое место в практике повышения химической стойкости металлических конструкций в коррозионных средах. В отличие от изоляционных покрытий из органических материалов (низко и высокомолекулярных соединений) эмалевые покрытия помимо высокой механической прочности обладают большой термической, химической и биологической стойкостью во многих средах.

Эмалевые покрытия все шире внедряются в практику защиты не только технологического оборудования в химическом производстве, но и для защиты от внешней и внутренней коррозии труб, используемых в сетях теплоснабжения [9, 10, 17, 22, 30, 38], мелиорации [2, 22, 25] и нефтепромысловом деле [3, 4, 6, 22, 24, 26, 31, 37, 41, 42].

Опыт эксплуатации трубопроводов из эмалированных труб, транспортирующих различные органические и неорганические продукты, позволяет достаточно уверенно прогнозировать защитную эффективность эмалевых покрытий на стальных трубах.

Одной из главных задач работы является определение эффективности защитного действия эмалевых покрытий на стальных трубах в водных средах, характерных для нефтепромыслов.

В плане выполнения поставленной задачи проводились следующие работы: лабораторные и стендовые испытания защитных свойств эмалевых покрытий типа МК-5 на стальных трубах в минерализованных водах, идентичных пластовым водам нефтепромыслов Тюменского региона; анализ коррозионного состояния эмалированных трубопроводов после продолжительной эксплуатации их в системах транспорта различных водных продуктов; прогнозная оценка антикоррозионной эффективности эмалевого покрытия типа МК-5 на стальных трубах в условиях Тюменских нефтепромыслов и определение вероятной продолжительности безотказной эксплуатации эмалированных трубопроводов в этом регионе; разработка основных направлений повышения защитной эффективности эмалевых покрытий на стальных трубах применительно к воздействию других коррозионно-активных транспортируемых продуктов.

Работа состоит из введения, шести глав и списка литературы.

В первой главе приводится опыт использования эмалированных труб в мелиорации, в водо- и теплоснабжении, а также в нефтепромысловой практике.

Вторая глава посвящена описанию технологического процесса нанесения эмалированного покрытия.

В третьей главе излагаются различные виды испытаний эмалированных покрытий.

В четвертой главе даются современные методы сварки трубопроводов с эмалевым покрытием и технология изоляции сварных стыков.

В пятой главе излагаются результаты гидравлических исследований при движении воды по трубам, покрытым эмалью.

Шестая глава посвящена коррозионным испытаниям эмалевых покрытий в водных средах, характерных для нефтепромыслов Тюменской области.

Заключение диссертации по теме «Технические средства и методы защиты окружающей среды (по отраслям)», Риккер, Виктор Иоганесович

Выводы

1. Проведены лабораторные и стендовые испытания четырех серий образцов стальных труб с силикатно-эмалевыми покрытиями в водных средах, имитирующих химический состав пластовых вод Тюменских нефтепромыслов. В результате испытаний установлено: однослойное покрытие, при отсутствии в нем макродефектов, первоначально имеет сквозную пористость порядка 10~3 % и переходное сопротивление менее 103 Ом«м2. Скорость коррозии стали под покрытием уменьшается в 105.Л06 раз по сравнению с коррозией незащищенного металла. Характер изменения скорости коррозии стали под покрытием во времени свидетельствует о химической устойчивости силикатной эмали и о "залечивании" микропор продуктами коррозии; большинство обследованных образцов эмалированных труб имели макродефекты и несплошности покрытия в зонах сварного шва. Л ока лизания коррозионного разрушения стенки трубы, вплоть до сквозного проржавления, наблюдалась преимущественно на сварных швах и близлежащих участках поверхности.

2. Экспертиза образцов эмалированных труб после 2-4 лет эксплуатации на Тюменских нефтепромыслах показала, что силикатно-эмалевые покрытия сохранили высокие защитные свойства на гладкой поверхности труб. В зонах нарушения сплошности покрытия (на продольных и спиральных сварных швах), равно как и на незащищенных кольцевых швах, наблюдается интенсивная язвенная коррозия, приводящая к выходу из строя трубопровода уже через 1,5.2 года эксплуатации.

3. Результаты лабораторных и производственных испытаний стальных труб с силикатно-эмалевыми покрытиями МК-5 позволяют

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Риккер, Виктор Иоганесович, 2000 год

1. Альтшуль А. Д. Гидравлические потери на трение в трубопроводах. - М.: Госэнергоиздат, 1963.

2. Бизерманис JI.K. и др. Двухстороннее эмалирование труб для мелиоративного строительства //* Стекло и керамика. 1984. № 9.

3. Вебер В.Ш. Изучение коррозии при термических методах разработки нефтяных месторождений // Тезисы докл. научн.-техн. конф. молодых ученых и специалистов предприятий нефт. и газ. пром-ти Мангышлакской области. Шевченко. - 1984.

4. Вебер В.И. и др. Разработка композиций эмалевых шликеров для нефтяной промышленности // Тр. Белгородского технол. ин-та строительных материалов. Белгород. - 1986.

5. Вебер В.И. и др. Преимущество эмалевых покрытий для защиты нефтепромыслового оборудования от коррозии в условии Мангышлака // Нефт. хоз-во. 1986. - № 3.

6. Вебер В.И. Состояние и перспективы применения стеклоэмалевых покрытий в нефтяной промышленности. М. : В Н И И ОЭНТ. -1989. - Вып. 9.

7. Гукасов H.A., Каледа И.А., Демидочкин В.В. Гидродинамика труб, покрытых эмалью. — Пенза: ПГАСА, 2000. 160 с.

8. Гукасов Н.А, Каледа И.А, Стерлигова Г.И., Демидочкин В.В. Гидравлический расчет нефтепровода из труб, покрытых эмалью // Материалы всероссийской конференции / Теория, практика и перспективы использования труб, покрытых эмалью. Пенза, 1999. - С. 12.14.

9. Гукасов H.A., Михайловский Ю.Н., Риккер В.И. Теория, практика и перспективы использования труб, покрытых эмалью. М.: ОАО "ВНИИОЭНГ", 2000. - 124 с.

10. Гукасов H.A., Риккер В.И., Каледа И.А., Демидочкин В.В. Гидродинамические особенности движения горячей воды по трубам, покрытым эмалью // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2000. - № 4.

11. Гукасов H.A., Риккер В.И., Каледа И.А., Демидочкин В.В. Энергетические возможности труб, покрытых эмалью // Сб. материалов / Проблемы энерго- и ресурсосбережения в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах. Пенза: ПДЗ, 2000. -С. 23.25.

12. Инструкция по применению импортных полимерных лент и липких оберток. ВСН 2 — 84 — 82. М.: Миннефтегазстрой, 1982.

13. Кочин И.Е., Кибель И.А, Розе Н.В. Теоретическая гидромеханика. Часть II. — М.: Гос. изд-во физ-мат. лит-ра, 1963.

14. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1970.

15. Методические указания по выбору оптимальной технологии эмалирования труб для системы теплоснабжения. — М.: АКХ им. К.Д. Панфилова, 1998.

16. Патрашев А.Н. Гидромеханика. М.: Военно-морское изд-во, 1953.

17. Подклетнов E.H., Сиротинский A.A. Эмалирование труб и резервуаров на станках-автоматах // Строительство трубопроводов. -1973. № 6.

18. Применение эмалевых покрытий на месторождениях Мангышлака / А.Л.Ивлев, В.И.Вебер и др. М.: 1986.

19. Риккер В.И. Трубы стальные с антикоррозионным эмалевым покрытием // Материалы всероссийской конферегпдии / Теория, практика и перспективы использования труб, покрытых эмалью. -Пенза: ПДЗ, 1999. С. 3.5.

20. Риккер В.И. Результаты использования эмалированных труб // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. -2000. № 4.

21. Риккер В.И. Технология изоляции сварных стыков трубопроводов из эмалированных труб // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2000. - № 3.

22. Риккер В.И. Антикоррозионные исследования силикатно-эмалевых покрытий типа МК-5 на трубах, предназначенных для нефтепромыслов Тюменских месторождений // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2000. - № 4.

23. Риккер В.И. Использование эмалированных труб в различных областях // Всероссийская н/практ. конференция / Теория, практика и перспективы использования труб с различными покрытиями. Пенза: ПДЗ. - 2000.

24. Риккер В.И. Варианты изоляции сварных швов эмалированныхтрубопроводов / / Всероссийская научно-практическая конференция / Теория, практика и перспективы использования труб с различными покрытиями. Пенза: Г1ДЗ. - 2000.

25. Риккер В.И., Каледа И.А., Демидочкин В.В. Экономия энергии при использовании труб, покрытых эмалью // Всероссийская н/практ. конференция / Теория, практика и перспективы использования труб с различными покрытиями. Пенза: ПДЗ. - 2000.

26. Рейзин Б.JI. Защиты системы горячего водоснабжения от коррозии. — М.: Стройиздат, 1983.

27. РД. ПермНИПИнефть. Технологический процесс эмалирования труб нефтяного сортимента. — Пермь, 1986.

28. Разработка технологических процессов при эмалировании нефтепромыслового оборудования / Отчет о НИР, промежуточный. КазНИ II Инефть. Руководитель Ив лев A.A. Шифр заказ - наряд 4476. - Шевченко, 1976.

29. Стеклов О.С. Технология сварки трубопроводов с двухсторонним эмалевым покрытием / / Сварочное производство. — 1958. — № 2.

30. Стеклов О.С. A.C. 372403, 787768, 1636616, 1648696, 18301213 СССР.

31. Стерлигова Г.И., Каледа И.А., Демцдочкин В.В. Физико-химические аспекты снижения гидравлических сопротивлений // Материалы всероссийской конференции / Теория, практика и перспективы использования труб, покрытых эмалью. — Пенза: ПДЗ, 1999. С. 18.20.113

32. Стефашок И.В. и др. Опыт применения эмалированных труб для борьбы с коррозией и парафинизацией нефтяных скважин // НТС Сер. / Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. М.: ВНИИОЭНТ, 1983. - № 7.

33. СТО 06-101-84 ПО Мангышлакнефть. Технология эмалирования опытно-промышленной партии насосно-компрессорных труб.

34. Стрижевский И.В., Сурис М.А. Защита подземных теплопроводов от коррозии. — М.: Энергоатомиздат, 1983.

35. РД 34.20.518-95. Типовая инструкция по защите тепловых сетей от наружной коррозии. М.: Служба передового опыта ОРТРЭС, 1997.

36. ТУ 1390-001-01257858-96. Трубы стальные с двухсторонним сили-катно-эмалевым покрытием. ОКГ1 139000, Группа В-62. М.: АО. "Роснефтегазстрой", ВНИИСТ, 1996.

37. Хуснутд1шов Т.Ф., Архипов В. В. Задачи развития Тенгизского нефтяного месторождения // Строительство трубопроводов. — 1986. № 3.

38. Шевелев Ф.И. и Шевелев А.Ф. Таблицы для гидравлических расчетов водопроводных труб. — М.: Стройиздат, 1984.