Повышение ресурса стальных вертикальных резервуаров на основе использования лакокрасочных покрытий и ингибиторов коррозии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат технических наук Красиков, Дмитрий Викторович

• Красиков, Дмитрий Викторович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Красиков, Дмитрий Викторович

Введение

1. Аналитический обзор источников

1.1. Характеристика интенсивности коррозии внутренней поверхности резервуаров

1.2. Коррозионная характеристика нефтепродуктов

1.3. Защита от коррозии внутренней поверхности резервуаров лакокрасочными покрытиями

1.4. Защита внутренней поверхности резервуаров ингибиторами атмосферной коррозии 24 Постановка задачи исследования

2. Методика проведения экспериментов

2.1. Обобщенная оценка состояния покрытий, испытываемых в агрессивных средах

2.1.1. Метод оценки устойчивости покрытий к образованию пузырей

2.1.2. Метод оценки растрескивания и отслаивания покрытий при воздействии агрессивных сред

2.1.3. Методы определения коррозии металлов под лакокрасочными пленками

2.1.4. Метод оценки состояния покрытий при испытании в агрессивных средах

2.2. Гравиметрический метод оценки защитной способности ингибиторов

3. Изучение влияния лакокрасочных покрытий на ресурс резервуаров

3.1. Исследование скорости коррозии углеродистых сталей в паровоздушной среде резервуаров

3.2. Изучение влияния старения лакокрасочных покрытий на их защитную способность

3.3. Исследование кинетики образования дефектов в лакокрасочных покрытиях с помощью электрохимических измерений

4. Исследование влияния систем комбинированной защиты на ресурс стальных резервуаров

4.1. Разработка компонентного состава и предварительные испытания летучего ингибитора коррозии

4.2. Определение давления насыщенных паров летучего ингибитора коррозии

4.3. Влияние летучего ингибитора в системах комбинированной защиты на лакокрасочное покрытие

4.4 Влияние летучего ингибитора на стойкость лакокрасочных покрытий к образованию дефектов и повышение ресурса

4.5. Влияние среднегодовой температуры стенки на ресурс резервуаров

4.6. Влияние вместимости и коэффициента оборачиваемости резервуаров с комбинированной защитой на их ресурс

5. Промышленная апробация работы 110 Основные выводы 121 Список используемой литературы 122 Приложение 1. Акт о внедрении результатов диссертационной работы 133 Приложение 2. Руководство по определению ресурса новых и действующих резервуаров для хранения нефти и товарных нефтепродуктов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение ресурса стальных вертикальных резервуаров на основе использования лакокрасочных покрытий и ингибиторов коррозии»

Высокие темпы добычи и значительная потребность в нефтепродуктах требуют большого количества металла для создания необходимого резервуарного парка. Отечественной и зарубежной практикой установлено [15, 56], что в среднем на 1 т. добываемой нефти необходимо иметь примерно 0,4-0,5 м3 резервуарной емкости. Согласно среднестатистическим показателям расход металла на 1 м3 емкости резервуаров составляет 25 кг.

В настоящее время темпы роста добычи нефти значительно опережают темпы роста производства стали. В результате такого несоответствия снижается коэффициент резервуарной обеспеченности. По-видимому, проблема должна решаться путем увеличения сроков службы резервуаров как вновь строящихся, так и находящихся в эксплуатации.

Проведенные разными авторами исследования и практические данные показывают, что срок службы стальных резервуаров определяется главным образом скоростью коррозии их внутренней поверхности, намного превышающей скорость коррозии наружной поверхности. Кроме того, наружная поверхность резервуаров имеет противокоррозионную защиту, а внутренняя поверхность в большинстве случаев не имеет таковой.

Фактический срок службы металлических наземных вертикальных резервуаров составляет в среднем 25 лет, хотя потенциальная их долговечность (без учета коррозионного фактора) равна 80-100 годам.

Как известно, в практике отечественного резервуаростроения, необходимая толщина листов стенок резервуаров устанавливается по гидростатическому расчету на прочность, с учетом снеговых, ветровых и тепловых воздействий, при этом часто без учета припуска на коррозию. Это хотя и снижает металлоемкость резервуаров, но вместе с тем значительно сокращает их ресурс. При использовании более тонких листов и профильных изделий для строительства резервуаров, должна быть предусмотрена противокоррозионная защита внутренней поверхности строящихся резервуаров. Однако в ранних проектах на строительство резервуаров такая защита внутренней поверхности в большинстве случаев не предусматривалась.

Имеющиеся литературные данные свидетельствуют о том, что коррозионные отказы кровли зафиксированы в 36-40% всех случаев отказов РВС, остальные отказы приходятся на нижние пояса и днище. Совершенствование систем противокоррозионной защиты внутренней поверхности резервуаров сокращает число их отказов.

Вопросам изучения защитных свойств лакокрасочных и других пленочных покрытий посвящены работы Басина В.Е., Берлина A.A., Гоника A.A., Калимуллина A.A., Карякиной М.И., Кравцова В.В., Лыкова М.В., Майоровой Н.В., Мулина Ю.А., Рейбмана А.И. и др.

Способы защиты внутренней поверхности резервуаров давно разработаны и испытаны в промышленных условиях в течении 45-50 лет. Наиболее эффективные технические решения достигнуты по защите днища и нижних поясов резервуаров, соприкасающихся с подтоварной водой, заключающиеся в использовании лакокрасочных, армированных покрытий и электрохимической защиты [22, 46, 90]. На днище резервуаров уделяется большее внимание из-за вероятности утечки продукта в грунт (при сквозной коррозии металла). Однако очень часто, при определенных климатических условиях и технологических режимах работы резервуаров, коррозия кровли и верхних поясов резервуаров протекает с более высокими скоростями, чем коррозия днища. Следствием этого бывают повышенные утечки паров легких фракций нефтепродукта в атмосферу и ее загрязнение, обрушения крыши или ее отдельных элементов за счет снеговых и ветровых нагрузок.

Поверхность металлоконструкций крыш с внутренней стороны резервуара имеет развитую поверхность и является весьма труднодоступной для обеспечения высокого качества защитных покрытий. В связи с этим представляется перспективным совершенствование противокоррозионной защиты с использованием комбинаций противокоррозионных защитных покрытий с ингибированием паровоздушного пространства [12, 16, 70]. Кроме того, в настоящее время представляются недостаточно развитыми методы оценки ресурса с системами противокоррозионной защиты, необходимые для планирования ремонтов, сроков возобновления покрытий и других систем противокоррозионной защиты.

Целью диссертационной работы явилось исследование защитной способности систем комбинированной противокоррозионной защиты металлоконструкций в паровоздушном пространстве резервуаров и повышение ресурса резервуаров путем применения лакокрасочных покрытий и ингибиторов коррозии.

Заключение диссертации по теме «Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ», Красиков, Дмитрий Викторович

Основные выводы

1 На основании анализа литературных источников и практического опыта эксплуатации резервуаров выявлено, что ресурс резервуара ограничен вследствие критического утонения его стенок и коррозии металлоконструкций крыши со стороны паровоздушного пространства до 20-25 лет, что не соответствует нормативным срокам эксплуатации. Применение лакокрасочных покрытий и ингибиторной защиты раздельно, даже при условии их периодического возобновления также не обеспечивает нормативный срок эксплуатации.

2 Старение лакокрасочных покрытий сопровождается образованием дефектов в виде пузырей, разрушение которых приводит к развитию подпле-ночной коррозии металла вследствие смещения стационарного потенциала поверхности системы «металл-покрытие» в отрицательном направлении. Установлены стадийный характер разрушения покрытий и продолжительность этих стадий для различных систем лакокрасочных покрытий. При этом ресурс резервуаров не превышает 24 лет.

3 Разработан летучий ингибитор коррозии на основе алкилимидазолинов из компонентов отечественного производства с величиной защитного действия 84-87 %. Определено давление насыщенных паров ингибитора и их рабочая концентрация в паровоздушном пространстве резервуаров.

4 Достигнуто повышение ресурса резервуаров при использовании систем комбинированной защиты в 2-4 раза. Установлено повышение защитных свойств лакокрасочных покрытий в присутствии ингибиторов коррозии, оказывающих пластифицирующее действие на материал покрытия. Рассчитано влияние среднегодовой температуры стенки на ресурс резервуаров с различными системами противокоррозионной защиты.

5 Реализация результатов диссертационной работы осуществлена в разработанном "Руководстве по определению ресурса новых и действующих резервуаров для хранения нефти и товарных нефтепродуктов" и внедрении в резервуарных парках нефти и товарных нефтепродуктов на ОАО «Хабаровский НПЗ». Ожидаемый экономический эффект от внедрения составит 180-260 руб. на 1 м2 защищаемой поверхности.

122

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Красиков, Дмитрий Викторович, 2005 год

1. Абдуллин И.Г., Кравцов В.В., Давыдов С.Н. Коррозия нефтезавод-ского и нефтехимического оборудования. Уфа: УНИ, 1986. - 94 с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. - М.: Машиностроение, 1979. - В 3-х томах.

3. Басин В. Е. Адгезионная прочность. М.: Химия, 1981. - 208 с.

4. Белый В.А. Полимерные покрытия.-М.: Наука и техника, 1976.-415 с.

5. Бокшицкий М.Н. Длительная прочность полимеров. М.: Химия, 1978.-308 с.

6. Буренин В.А. Прогнозирование индивидуального остаточного ресурса стальных вертикальных резервуаров: диссертация доктора технических наук 05.15.13. Уфа: УГНТУ, 1994. - 270 с.

7. Вакула B.JL, Притыкин JIM. Физическая химия адгезии полимеров.-М.: Химия, 1984. 224 с.

8. Владимирский В.Н., Денкер И.И. Энциклопедия полимеров. М.: Советская энциклопедия, 1977. - Т. 3. - С. 101-102.

9. Воронин И.В., Кондрашов Э.К. Долговечность адгезионных связей полимерных покрытий // ЛКМ. 1991. - №1. - С. 25-26.

10. Гафаров H.A., Гончаров A.A., Кушнаренко В.М. Коррозия и защита оборудования сероводородсодержащих нефтяных месторождений: Под ред. В.М. Кушнаренко. М.: ОАО Издательство «Недра», 1998.-437 с.

11. Гафаров H.A., Кушнаренко В.М., Бугай Д.Е. и др. Ингибиторы коррозии // Диагностика и защита от коррозии под напряжением нефтегазопромыслового оборудования. М.: Химия, 2002. - Т. 2. - 367 с.

12. Гершликович И.Л., Ермилов С.П., Яковлев А.Д. и др. Эпоксидные олигомеры и лакокрасочные материалы на их основе // Тез. докл. всесоюз. совещ. (Котовск). Черкассы: НИИТЭХИМ, 1980. - С. 49.

13. Головин В.А. Материалы и технология ВИКОР для противокоррозионной защиты резервуаров и трубопроводов // Транспорт нефти и нефтепродуктов. ЦНИИТЭнефтехим, 2002. - №5-6.-С.14-15.

14. Голяницкий О.И. К вопросу о давлении насыщенных паров летучих ингибиторов коррозии // Защита металлов. Выпуск 5. 1977. - Т. XIII. -С.542-548.

15. Гоник A.A., Калимуллин A.A., Сафонов E.H. Защита нефтяных резервуаров от коррозии. Уфа: РИЦ АНК «Башнефть», 1996. - 264 с.

16. Гоник A.A. Комплексная защита от коррозии нефтяных резервуаров по зонам агрессивного воздействия сероводородсодержащей среды // Практика противокоррозионной защиты. 2001. - №2.-С.48-57.

17. Гоник A.A. Коррозия нефтегазопромыслового оборудования и меры ее предупреждения. М.: Недра, 1976. - 191 с.

18. Гуль В.Е. Структура и прочность полимеров. М.: Химия, 1978. -326 с.

19. Гусев В.П. Протекторная защита внутренних поверхностей резервуаров от коррозии // Транспорт и хранение нефтепродуктов. -ЦНИИТЭнефтехим, 2002. №5-6.- С. 6-7.

20. Дьяков В.Г. Шрейдер A.B. Защита от сероводородной коррозии оборудования нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1984. - 35 с.

21. Евтюков Н.З. Стабилизация адгезии лакокрасочных покрытий в водных средах // Лакокрасочные материалы и их применение. 1992. -№ 6.-С. 38-41.

22. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений // Справочник / Под ред. A.A. Герасименко. М.: Машиностроение, 1987. - Т. 2. - 784 с.

23. Защитные покрытия и футеровки на основе термопластов // Мулин Ю.А., Паншин Ю.А., Бугоркова H.A. и др. Л.: Химия, 1984. - 176 с.

24. Защитные свойства полимерных покрытий. М.: НИИТЭХИМ, 1989.

25. Звездин O.A., Трегуб В.Д. Контроль качества при производстве противокоррозионных работ. Киев: Будивельник, 1978. - 138 с.

26. Зимон А. Д. Адгезия пленок и покрытий. М.: Химия, 1977. - 352 с.

27. Зубов П.И., Сухарев Л.А. Структура и свойства полимерных покрытий. М.: Химия, 1983. - 256 с.

28. Иванов Е.С. Ингибиторы коррозии металлов в кислых средах. М.: Металлургия, 1986. - С. 175.

29. Игнатьев A.A. Передовые методы работы в области антикоррозионной защиты металлоконструкций, резервуаров, труб и трубопроводного транспорта. Интервал, 2001. - №7. - С. 25-26.

30. Карякина М.И. Физико-химические основы формирования и старения покрытий. М.: Химия, 1980. - 216 с.40Кацнельсон М.Ю., Балаев Г.А. Пластические массы: Свойства и применение // Справочник / Изд. 3-е, перераб. Л.: Химия, 1978. - 384 с.

31. Красиков Д.В., Кравцов В. В., Абдуллин И.Г. Современные проблемы повышения ресурса металлоконструкций и пути их решения // Материалы 56-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. - С. 220.

32. Изд-во УГНТУ, 2004. С. 111-113.

33. Красиков Д.В., Кравцов В.В. Проблемы и перспективы комбинированной защиты резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов // Прикладная синергетика II: Сб. науч. трудов. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004.-Т. 2.-С. 168-170.

34. Лапин B.C., Вольберг В.В. Контроль окрасочных работ в машиностроении. М.: Высшая школа, 1984. - 199 с.

35. Ли X., Невилл К. Справочное руководство по эпоксидным смолам / Пер. с англ. под ред. Н.В. Александрова. М.: Энергия, 1973. - 416 с.

36. Миренский Б.Р. Повысить эффективность использования лакокрасочных материалов // ЛКМ. 1981.- № 2. - С. 1-4.

37. Миронова Г. А., Федякова Н. В. Елисаветский А. М. Исследование защитного действия эпоксидного покрытия в зависимости от толщины // Лакокрасочные материалы и их применение. 1987. -№ 4. - С. 37-39.

38. Изд-во УГНТУ, 2004. С. 220.

39. Огибалов П.М. и др. Механика полимеров. М.: Наука, 1975. - 528 с.

40. Плугатырь В.И. Коррозия металлических конструкций и защитные покрытия в сероводородсодержащих средах. М.: Химия, 2004.- 128 с.

41. Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров // Учеб. пос. для вузов / Кузнецов М.В., Новоселов В.Ф., Тугунов П.И. и др. -М.: Недра, 1992. 238 с.

42. Рекомендации по механизации процессов очистки и антикоррозионного покрытия резервуаров и технологических емкостей. Миннеф-тепром: ВНИИСПТнефть, 1982. - 33 с.

43. Розенфельд И.Л., Рубинштейн Ф.И. Антикоррозионные грунтовки и ингибированные лакокрасочные покрытия. М.: Химия, 1980.- 200 с.

44. Розенфельд И.Л., Рубинштейн Ф.И., Жигалова К.А. Защита металлов от коррозии лакокрасочными покрытиями. М.: Химия, 1987. - 224 с.

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

46. Санжаровский А.Т. Физико-механические свойства полимерных и лакокрасочных покрытий. М.: Химия, 1978. - 318 с.80Сафрончик В.И. Защита от коррозии строительных конструкций и технологического оборудования. Л.: Стройиздат, 1988. - 255 с.

47. Сборник инструкций по защите резервуаров от коррозии. М.: Недра, 1982.-60 с.

48. Силебеков С.Е Структура и свойства композиционных материалов. -М.: Машиностроение, 1979. 255 с.

49. Старение покрытий. Качество покрытий //Лакокрасочные материалы и их применение. 1992. - № 2. - С. 50-54.

50. Сухарева Л.А. Долговечность полимерных материалов. М.: Химия, 1982.-256 с.

51. Сухарева Л.А., Иванова С.С., Зубов П.И. Влияние условий формирования покрытий на механизм кратерообразования // Коллоид. 1973. -Т. 35. -№1.- С. 69-76.

52. Сухарева JI. А., Иванова С. С., Зубов П. И. Исследование механизма структурообразования при формировании эпоксидных покрытий // Высокомолекулярные соединения. 1973. - Т. 15А. - № 11. -С. 2506-2511.

53. Тушинский Л.И., Плохов A.B. Исследование структуры и физико-механических свойств покрытий. Новосибирск: Наука, 1986.- 200 с.

54. Федоров И.В., Строгалин Ю.В. Влияние температуры водной среды на структурно-чувствительный коэффициент и энергию активации разрушения адгезионных соединений // Лакокрасочные материалы и их применение. 1990. - № 2. - С. 36-38.

55. Финкелыитейн М.И. Промышленное применение эпоксидных лакокрасочных материалов. Л.: Химия, 1983. - 120 с.

56. Хижняков В.И., Махрин В.И. Противокоррозионная защита резервуаров // Трубопроводный транспорт нефти: Приложение. 2003. -№3.-С.4-5.

57. Чернин И.З., Смехов Ф.М., Жердев Ю.В. Эпоксидные полимерные композиции. М.: Химия, 1982. - 230 с.

58. Шварцман И.С., Андрющенко Е.А. Исследование особенностей коррозионного процесса под лакокрасочными покрытиями // Лакокрасочные материалы и их применение. 1998. - №4. - С. 32-35.

59. Шварцман И.С. и др. Лакокрасочные материалы и их применение. -1979.-№5.-С. 46-47.

60. Шигорин В.Г. Защита металлов. 1985. - Гл. 21. - № 1. - С. 80-86.

61. Шумовская Л.Г., Бурлов В.В. Опыт антикоррозионной защиты внутренней и наружной поверхностей резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов // Транспорт и хранение нефтепродуктов. -ЦНИИТЭнефтехим, 2002. №5-6. - С. 8-11.

62. Яковлев А.Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий // Учеб. пособие для ВУЗов. JL: Химия, 1981. - 352 с.

63. Якубович С.В. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий. -М.: Госхимиздат, 1962. 480 с.

64. Andrews E.H. Testing of Polymers IV / Ed. W.A. Brown. New York: Intersience, 1969. - P. 237.

65. Brewis D.M., Comyn. J., Cope B.C., Moloney A.C. Polymer. 1980. -V. 21.-P. 1477.

66. Brewis D.M., Comyn. J., Tegg J.L. Polymer. 1980. - V. 21. - P. 134.

67. Crank J. Mathematics of Diffusion. Oxford: Oxford University Press, 1956.

68. Funke W. e. a. Farbe + Lack. 1980. - Bd. 86. - №. 10. - P. 870-876.

69. Hertzherg R.M., Manson J.A. Fatigue of Engineering Plastics. New York: Academic Press, 1980.

70. Hu P., Adamson A.W. J. Colloid Interface Sei. 1977. - V. 59. - № 3. -P. 605.

71. ГОСТ 12020-72. Пластмассы. Метод определения стойкости к действию химических сред.

72. ГОСТ 14243-78. Материалы лакокрасочные. Методы получения свободных пленок.

73. ГОСТ 21513-76. Материалы лакокрасочные. Метод определения влагопоглощаемости пленок.

74. ГОСТ 8832-76. Материалы лакокрасочные. Методы получения лакокрасочного покрытия для испытаний.

75. ГОСТ 9.025-74. Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей перед окраской.

76. ГОСТ 9.401-91. Покрытия лакокрасочные. Общие требования и методы ускоренных испытаний на стойкость к воздействию климатических факторов.

77. ГОСТ 9.407-84. Покрытия лакокрасочные. Метод оценки внешнего вида.

78. ГОСТ 9.707-80. Материалы полимерные. Методы ускоренных испытаний на климатическое старение.

79. РД 39-1-74-78. Руководство по технологии нанесения защитных покрытий на внутреннюю поверхность резервуаров и технологических аппаратов на нефтепромыслах.

80. РД 39-3-18-77. Инструкция по подготовке и антикоррозионной защите внутренней поверхности строящихся промысловых резервуаров. Миннефтепром, Главтюменнефтегаз, Гипротюменнефтегаз. Тюмень, 1978. 29 с.

81. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии. М.: Госстрой, 1986.