Магистерский диплом на тему Разработка комплекса мероприятий по защите технологического оборудования от коррозии на примере оборудования топливо-заправочных станций

Содержание:

Содержание

Введение 7
Глава 1. Исследование основных процессов коррозии и направлений защиты от нее 10
1.1 Основные процессы коррозии 10
1.2 Исследование способов и критериев защиты от коррозии 25
1.2.1 Пассивные способы защиты от коррозии 28
1.2.2 Активные способы защиты от коррозии 29
1.2.3 Ингибиторная защита 32
1.2.3 Критерии защиты 34
1.3 Оценка защищённости трубопроводов от коррозии 38
Глава 2. Теоретические исследования и методики 40
2.1 Научные подходы к защите элементов технологического оборудования АЗС 40
2.2 Применение ПКМ при строительстве и ремонтах технологических трубопроводов АГЗС 43
2.2.1 Анализ классификации ПКМ для трубопроводов АЗС 45
2.2.2 Требуемые свойства ПКМ для изготовления трубопроводов и создания защитных покрытий из них 46
2.2.3. Методика испытаний стали на воздействие растворов солей 56
2.3 Сравнение технологий нанесения покрытий трубопроводов при применении ПКМ 60
Глава 3. Анализ рисков при производстве конструкционных материалов технологического оборудования топливозаправочных станций 63
3.1 Качественная оценка рисков возникновения коррозии на АЗС 63
3.2 Оценка рисков при выполнении работ по возведению АЗС 66
3.3 Влияние неоднородности состава металла и среды на скорость протекания коррозии 67
Глава 4. Исследовательская часть 76
4.1 Обеспечения контроля качества на стадии эксплуатации трубопроводов на АГЗС и промышленная безопасность 76
4.2 Исследование защитных покрытий для организации антикоррозийной защиты в лабораторных условиях 81
Глава 5. Технико-экономическое обоснование различных способов защиты от коррозии 94
5.1 Применение защитных бандажей 94
5.2 Замена поврежденных участков на полимерные материалы 98
5.3 Прокладка стальных труб с применением серобетона 100
5.4 Применение специальных защитных лакокрасочных покрытий 105
5.5 Применение станции катодной защиты 115
Заключение 124
Список использованной литературы 128

Введение:

Без эксплуатации различных видов трубопроводов невозможно пред-ставить себе жизнь в целом. Они находятся практически в каждом населен-ном пункте, исполнены множеством узлов и ответвлений для более надежной и качественной транспортировки газообразных и жидких веществ. Произ-водство труб осуществляется из металлов и сплавов самых разных типов.
Коррозия является ключевым фактором, влияющим на надежность и сроки службы трубопроводных систем. Нередко встречающиеся коррозион-ные перфорации происходят вскоре после ввода в эксплуатацию трубопро-водов. Это не только приводит к утечкам топлива, простоям оборудования, к потере материалов, рабочей силы и остановке производства из-за техниче-ского обслуживания, и может провоцировать аварии и инциденты, такие, как взрыв или пожар. Коррозия трубопроводов серьезно сказывается на надеж-ности трубопроводных систем, вызывая огромные экономические потери, за-грязнение окружающей среды и влияя на среду обитания человека. Борьба с коррозией стала неотложной задачей, которая должна быть кардинально решена.
Со временем любые металлические трубы неминуемо подвергаются коррозии под действием «агрессии» внешней среды, что ведет к их разруше-нию. Коррозия – это самопроизвольное разрушение металлов и сплавов в результате химического, электрохимического или физико-химического взаи-модействия с окружающей средой [1]. Данный процесс является неизбежным, но его можно значительно отсрочить с помощью некоторых защитных спо-собов. Для этого используются специальные составы, образующие на метал-лической поверхности небольшую защитную пленку, а также электрохими-ческую защиту, которая не дает агрессивной подземной среде влиять на структуру трубопровода.
Коррозия металлических сооружений наносит большой материальный и экономический ущерб. Она приводит к преждевременному износу агрега-тов, установок, линейной части трубопроводов, сокращает сроки беспере-бойной эксплуатации, приводит к авариям и, как следствие, вызывает потери транспортируемого продукта (экологические проблемы).
Наиболее высокие потери от коррозии несут топливно-энергетический комплекс (ТЭК) – порядка 30 %, химия и нефтехимия – 20 %, сельское хо-зяйство – 15 %, металлообработка – 5 % [2]. По данным статистики, ежегод-но происходит около 50 – 70 тысяч нарушений герметичности и разрывов труб, и их количество растет с каждым годом. Около 90% отказов трубопро-водных сетей топливо-заправочных станций являются следствием коррози-онных повреждений. На ежегодную замену трубопроводных сетей расходу-ется 7…8 тыс. км труб или 400…500 тысяч тонн стали. Порядка 17 % труб не выдерживают даже двухлетнюю эксплуатацию. В результате прорывов трубопроводов концентрация нефтепродуктов в водоемах некоторых густо-населенных городов в 9…15 раз превышает предельно допустимые нормы, экстремальное загрязнение почвы в 150…200 раз превосходит фоновые зна-чения, а десятки тысяч гектаров земли уже частично или полностью исклю-чены из хозяйственного оборота. Для АЗС эта проблема усугубляется опас-ностью воздействия блуждающих токов, утечками и загрязнениями окружа-ющей среды и подземных вод, что в условиях плотной городской застройки может привести к авариям со значительным экологическим и экономическим ущербом. Поэтому тематика организации антикоррозийной защиты трубо-проводов является на сегодняшний день в высшей степени актуальной. По-этому в работе поставлена задача разработки комплекса мероприятий по защите технологического оборудования топливозаправочных станций от коррозии. Степень коррозии зависит от внешней среды, материала и анти-коррозийных способов. Процесс защиты металлических труб и оборудова-ния от коррозии на сегодняшний день приобретает наибольшую актуаль-ность и целесообразность, являясь одной из важнейших научно-технических и экономических проблем. Известные способы защиты от коррозии:
– правильный выбор коррозионно-стойких материалов;
– разумную антикоррозионную конструкцию на этапе проектирования;
– применение электрохимической защиты;
– оптимальную обработку окружающей среды;
— выбор покрытия металлов поверхности и др.
Наиболее часто используемый способ защиты от коррозии – примене-ние различных типов покрытия для отделения наружной поверхностей тру-бопровода от окружающей среды. Но когда вода и ионы окружающей среды проникают к поверхности металла, возникает коррозия под покрытием.
Цель выпускной квалификационной работы – проведение исследования и поиск наиболее эффективных технологий и материалов антикоррозийной защиты технологического оборудования от коррозии на примере оборудо-вания топливозаправочных станций.
Исходя из цели выпускной квалификационной работы, необходимо в процессе ее выполнения решить следующие задачи:
— исследовать основные процессы коррозии, способы и критерии защи-ты от коррозии;
— произвести оценку защищённости оборудования от коррозии;
— дать оценку свойств ПКМ, применяемых для изготовления конструк-ционных материалов, позволяющих обеспечить длительную работоспособ-ность;
— произвести исследование влияния неоднородности состава металла на скорость протекания коррозии;
— оценить влияние внешних факторов на скорость протекания корро-зии;
— дать практические рекомендации для проектировщиков с целью по-вышения коррозионной стойкости оборудования и трубопроводов АЗС.
Объект исследования – технологии и материалы антикоррозийной за-щиты оборудования.
Предмет исследования – поиск оптимальных решений в процессе ана-лиза технологий и материалов антикоррозийной защиты оборудования топ-ливозаправочных станций.
В процессе выполнения выпускной квалификационной работы предпо-лагается получить научный и практический опыт по исследуемой тематике, который пригодится в дальнейшей трудовой и научной деятельности.

Заключение:

Несмотря на значительный технический прогресс в сфере защиты тру-бопроводов от коррозии, процесс коррозионного разрушения на подземных трубопроводах имеет место быть. Более 50% отказов и аварий на трубопро-водах возникают вследствие губительного действия коррозионных процес-сов. На сегодняшний день решение задачи обеспечения эффективной ком-плексной противокоррозионной защиты в значительной степени определяет уровень надежности и безопасности магистральных трубопроводов. В свою очередь, надежность и безопасность трубопроводов — важнейший приоритет для обеспечения стабильности и роста экономического потенциала страны.
Стальные трубопроводы являются основным устройством для транс-портировки природного газа и сырой нефти по всему миру, что в свою оче-редь связано с постоянными финансовыми затратами. Популярность и эф-фективность трубопроводного транспорта можно объяснить рядом факто-ров:
1) малые временные затраты при транспортировке углеводородного сырья на большие расстояния;
2) требуется относительно короткий период времени для запуска новых сегментов рынка;
3) высокая эффективность;
4) высокая безопасность и экологичность;
5) возможность поставок больших объемов;
6) высокая рентабельность;
7) инновационные методы проектирования, прокладки, ремонта и об-служивания;
8) возможность задействования районов со сложными климатическими и географическими характеристиками;
9) возможность выступать как в роли импортера так и в роли экспор-тера ресурсов.
Часто трубопровод находится в сложных климатических условиях или условиях агрессивной коррозионной среды, как пример – трубопровод, проходящий по морскому дну, что накладывает определенные трудности для проведения его ремонта, реконструкции или замены. Решение данной проблемы очень трудоемкий и ресурсоемкий процесс. В соответствии с этим защита от коррозии нефтетрубопроводов является первостепенной задачей при прокладке новых трубопроводов и эксплуатации уже существующих.
На сегодняшний день, основная причина выхода из строя трубопрово-дов приходится на разрушительное действие почвенной коррозии (не менее 50% от общего количества аварий и отказов). Таким образом, уровень надёжности трубопроводов находится в прямой зависимости от уровня за-щиты трубопроводов от коррозии. Помимо этого, фактор коррозии, в отли-чие от других факторов, может быть сведен к минимуму за счет целенаправ-ленных действий эксплуатирующей организации (служба защиты от корро-зии) и своевременных диагностических обследований трубопровода.
Для борьбы с коррозией предлагается:
– применение новых конструкций и способов нанесения изоляционных покрытий;
– использование инновационных, высокоустойчивых к коррозии кон-струкционных материалов;
– введение в коррозионную среду соединений, способных уменьшить коррозионную активность (использование ингибиторов);
– рациональное строительство и эксплуатация деталей и сооружений из металлов (использование высокоэффективных и экономичных труб);
– диагностика и мониторинг объектов (создание надежных методов об-следования действующих трубопроводов без нарушения режима их работы).
На практике не удается добиться полной сплошности изоляционного покрытия вне зависимости от вида применяемого ЗП. Различные виды по-крытия обеспечивают различный уровень диффузионной проницаемости и поэтому обеспечивают различную степень изоляции трубы от окружающей среды. В процессе строительства и эксплуатации в изоляционном покрытии возникают трещины, задиры, вмятины и другие дефекты. Наиболее опасны-ми для трубопроводов являются остающиеся без защиты сквозные повре-ждения защитного покрытия, где возможно развитие локальной коррозии с большими скоростями на небольших (менее 1%) участках поверхности тру-бопровода.
На основании проведенного обзора конструкций и способов нанесения изоляционных покрытий трубопроводов была сформирована и представлена классификация защитных покрытий по типу, материалам покрытий, спосо-бам нанесения на поверхность.
Проведенный анализ требований к качествам защитных покрытий по-казывает нам следующее: следует совершенствовать технологии переизоля-ции трубопроводов в трассовых условиях и использовать изоляционные по-крытия в зависимости от конкретных условий строительства, строго следить за условиями хранения покрытий, за технологией нанесения покрытий.
За последние годы новшеств в области активной защиты трубопрово-дов практически не было за исключением конструкций станций катодной за-щиты и источников питания к ним. Разработки в области активной защиты подземных сооружений, в основном затрагивают экономическую составля-ющую использования установок катодной защиты. Предложено, произво-дить катодную поляризацию не постоянно, а периодически, что обеспечивает значительный экономический эффект для эксплуатирующих организаций. Затраты на катодную поляризацию сильно зависят от состояния защитных покрытий и переходного сопротивления изоляции. Соответственно, затраты на активную защиту находятся в прямой зависимости от технического состо-яний изоляционных покрытий.
По магистерской диссертации получены следующие результаты:
– исследованы основные процессы коррозии, способы и критерии за-щиты от коррозии;
– произведена оценка защищённости трубопроводов от коррозии;
– произведено исследование влияния неоднородности состава металла на скорость протекания коррозии на поверхности трубопровода;
– произведена оценка влияния внешних факторов на скорость протека-ния коррозии на поверхности трубопровода, влияние состава перекачивае-мой среды на коррозию;
– осуществлен анализ и классификация основных требований к защит-ным покрытиям для организации антикоррозийной защиты;
– исследованы современные инновационные конструкции защитных покрытий, произведена оценка их эффективности;
– осуществлено моделирование коррозийных процессов и прогнозиро-вание инспекции изоляции трубопровода с помощью специального про-граммного обеспечения.

Фрагмент текста работы:

Глава 1. Исследование основных процессов коррозии и
направлений защиты от нее
1.1 Основные процессы коррозии

Коррозия металлов – это физико-химический процесс, вызывающий разрушение металла или изменение его свойств в результате химического или электрохимического воздействия окружающей среды.
Следует отметить, что определение «коррозия» распространяется только на самопроизвольные процессы разрушений металлических материа-лов при взаимодействии с окружающей средой. Коррозией не могут назы-ваться процессы преднамеренного разрушения металлов или сплавов, кото-рые протекают по такому же механизму.
Так же на сегодняшний день, термин «коррозия» все чаще распростра-няется на неметаллические материалы.
Коррозия металла труб происходит как снаружи, под воздействием почвенного электролита – в почве всегда присутствует влага и растворенные в ней соли, так и внутри, вследствие примесей влаги, сероводорода и солей присутствующих в транспортируемом продукте. При подземной прокладке трубопроводов, они подвергаются почвенной поверхностной коррозии. Это происходит вследствие содержания в грунтах солей, кислот, щелочей, раз-личных включений в виде органических веществ. Они вредно воздействуют на стенки стальных трубопроводов, приводят к появлению сквозных повре-ждений. Такие разрушения происходят особенно часто при прокладке тру-бопроводов без достаточной защиты от коррозии [3].
Введение в строй новых производств, их создание, а также техническое перевооружение промышленности могут эффективно осуществляться при условии обеспечения повышенной активности оборудования, которая опре-деляется, в первую очередь, коррозионной стойкостью используемых защит-ных и конструкционных материалов. Правильный выбор материалов с высо-кой коррозионной устойчивостью или коррозионностойких материалов для заданных условий эксплуатации оборудования может быть реализован толь-ко при изучении современного состояния науки о коррозии материалов и ме-тодов ее предупреждения. Недооценка степени значимости борьбы с корро-зией может привести к большим материальным потерям.
Прямые потери, причиненные коррозией:
1. Затраты разрушенных коррозией конструкций.
2. Затраты труда на замену вышеуказанных конструкций.
3. Затраты на специальные коррозионностойкие материалы.
4. Затраты на мероприятия по защите конструкций от коррозии.
Так же немалый ущерб наносят косвенные потери:
1. Простои оборудования, при замене определенных прокорродиро-вавших узлов или деталей.
2. Потери продуктов, происходящие по причине утечек через прокор-родировавшее оборудование.
3. Снижение производительности оборудования (например, при уменьшении внутреннего проходного сечения трубопроводов из-за отложе-ния в них продуктов коррозии или ухудшение теплоотдачи).
4. Дополнительные расходы энергии для поддержания на должном уровне технологических режимов, нарушенных коррозией.
5. Снижение качества производимых веществ, по причине загрязнения их продуктами коррозии, что немаловажно для фармацевтической и пище-вой промышленности, производств полимерных материалов, особо чистых веществ, искусственных волокон и т.д.
6. Дополнительные расходы конструкционных материалов по причине увеличения расчетных размеров изделий для компенсации вероятных корро-зионных разрушений.
7. Завышение припусков на коррозию при проектировании конструк-ций и оборудования из-за отсутствия данных о скорости коррозии применя-емых материалов.
8. Экологический вред – негативное влияние на окружающую среду.