Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Химическое сопротивление материалов и защита оборудования нефтегазопереработки от коррозии: Учебное пособие

Голосов: 5

Представлен материал по основам теории коррозионных процессов, коррозионной стойкости металлических и неметаллических материалов, необходимый при изучении курса "Химическое сопротивление и защита от коррозии". Пособие предназначено для подготовки инженеров, занимающихся вопросами проектирования и расчета оборудования химических, нефтеперерабатывающих и смежных с ними производств. Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по нефтегазовому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 130603 "Оборудование и агрегаты нефтегазового производства" направления подготовки специалистов 130600 "Оборудование и агрегаты нефтегазового производства".

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    К а ф е д р а «Машины и аппараты химических производств»

 Н.Г. КАЦ,    В.П. СТАРИКОВ,         С.Н. ПАРФЕНОВА


    ХИМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
       МАТЕРИАЛОВ И ЗАЩИТА
          ОБОРУДОВАНИЯ
      НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКИ
           ОТ КОРРОЗИИ




                       Москва
                    Машиностроение
                        2011


    Н.Г. КАЦ,   В.П. СТАРИКОВ,      С.Н. ПАРФЕНОВА




ХИМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
  МАТЕРИАЛОВ И ЗАЩИТА
     ОБОРУДОВАНИЯ
  НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКИ
       ОТ КОРРОЗИИ

      Допущено Учебно-методическим объединением вузов
     Российской Федерации по нефтегазовому образованию
      в качестве учебного пособия для студентов высших
  учебных заведений, обучающихся по специальности 130603
   «Оборудование и агрегаты нефтегазового производства»
 направления подготовки специалистов 130600 «Оборудование
 и агрегаты нефтегазового производства», по представлению
    Ученого совета ГОУ ВПО «Самарский государственный
                  технический университет»




                        Москва
                     Машиностроение
                         2011


     УДК 620.197
     ББК 35.514


      Кац Н.Г.
      Химическое сопротивление материалов и защита оборудования неф-
тегазопереработки от коррозии: учебное пособие / Н.Г. Кац, В.П. Стариков,
С.Н. Парфенова. – Москва: Машиностроение, 2011. – 436 с.

     ISBN 978-5-94275-555-3

     Представлен материал по основам теории коррозионных процессов, кор-
розионной стойкости металлических и неметаллических материалов, необхо-
димый при изучении курса «Химическое сопротивление и защита от коррозии».
Пособие предназначено для подготовки инженеров, занимающихся вопросами
проектирования и расчета оборудования химических, нефтеперерабатывающих
и смежных с ними производств.
     Материалы учебного пособия могут быть использованы студентами всех
форм обучения специальностей 130602, 130603, 130401 и помогут всем, кто
изучает вопросы коррозии и защиты металлов.


     Рецензенты: М.Л. Медведева – д.т.н., профессор кафедры «Металловеде-
                 ния и неметаллических материалов» Российского государ-
                 ственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина.
                   В.И. Барков – к.т.н., главный инженер проекта ОАО «Сама-
                   ранефтехимпроект».
                   И.К. Гаркушин – д.х.н., профессор, заведующий кафедрой
                   «Общая и неорганическая химия» Самарского государст-
                   венного технического университета, заслуженный деятель
                   науки России.


                                                               УДК 620.197
                                                                ББК 35.514


ISBN 978-5-94275-555-3                       © Авторы, 2011
                                             © Машиностроение, 2011




2


                               МОЕМУ ДРУГУ, СПЕЦИАЛИСТУ
                               В ОБЛАСТИ ПОДГОТОВКИ ИНЖЕ-
                               НЕРОВ НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКИ,
                               ВНЕСШЕМУ БОЛЬШОЙ ВКЛАД
                               В ЕЕ РАЗВИТИЕ, ПОСВЯЩАЕТСЯ.


                                     17 августа 2010 года на 64-м
                                году жизни скоропостижно скон-
                                чался ученый, декан заочного фа-
                                культета, почетный нефтехимик,
                                ветеран труда РФ, доцент кафедры
                                «Машины и аппараты химических
                                производств» Виктор Петрович
                                Стариков.
                                     Вся жизнь Виктора Петровича
                                была выполнением долга перед
страной, где он родился, перед людьми, которые его окружали, с ко-
торыми он дружил, перед тем делом, которым он занимался с чувст-
вом высокой гражданской ответственности, вкладывая в него все си-
лы своей души.
     Родился Виктор Петрович Стариков 17 июля 1947 года в городе
Махачкала Дагестанской АССР. В раннем возрасте он начал свою
трудовую биографию. Окончил школу с золотой медалью, затем тех-
никум, институт. В институте был Ленинским стипендиатом, по
окончании обучения получил красный диплом. Целью и смыслом его
жизни стала педагогическая деятельность в вузе.
     В короткой заметке нельзя отразить даже малой толики всех
достижений Виктора Петровича. Но главным в его личности был ха-
рактер – стойкий, несгибаемый, борцовский. Будучи тяжело больным,
он до последней минуты находился на своем боевом посту.
     Именно таким он ушел из жизни и надолго запомнится нам жи-
вым…




                                                                 3


                            ВВЕДЕНИЕ

         1. Социальные, экологические и экономические
                проблемы борьбы с разрушением
                 конструкционных материалов
    Металлы, сплавы и неметаллические материалы являются основ-
ными современными конструкционными материалами, и там, где они
эксплуатируются, есть вещества, которые при взаимодействии с ними
быстро или медленно их разрушают. Процесс разрушения металлов
обычно обозначается словом «коррозия», происходящим от латинского
«corrodere», что означает «разъедать», или «corrosion» – «разъедание».
    Проблема исследования коррозионного процесса определяется
следующими задачами:

    – экономические, которые имеют цель уменьшение материаль-
ных потерь в результате коррозии. Это главная движущая сила почти
всех коррозионных исследований;
    – повышения надежности работы оборудования, так как раз-
рушение оборудования происходит с катастрофическими последст-
виями;
    – сохранность металлического фонда. Мировые ресурсы ме-
талла ограничены, а его потери вследствие коррозии проводят к до-
полнительным затратам энергии и воды.

    К конструкционным материалам предъявляются все более высо-
кие требования для обеспечения надежной и долговечной работы тех
или иных конструкций. В промышленности широкое распростране-
ние получают не только металлы, но и неметаллические конструкци-
онные материалы, которые также подвержены воздействию внешней
среды. Вот почему термин «коррозия» наряду со специальными тер-
минами, например «старение», используется и применительно к пла-
стическим массам, бетону и т.д.

4


    Промышленный фонд РФ имеет более 20000 предприятий и раз-
нообразных технических производств [24]. Оборудование для них из-
готовлено из самых разнообразных сталей и сплавов, а также неме-
таллических материалов. Со временем это оборудование стареет мо-
рально и физически или разрушается вследствие коррозионных в ши-
роком смысле этого слова процессов, что приводит к экономическим
потерям и создает предпосылки для экологических катастроф.
    В РФ потери от коррозии составляют до 12% общей массы ме-
таллофонда, что соответствует утрате до 30% ежегодного производ-
ства металла [20, 24, 25].
    Различают прямые и косвенные коррозионные потери.
    Под прямыми потерями понимают стоимость замены (с учетом
трудозатрат) прокорродировавших конструкций и машин или их час-
тей, например, затраты на перекраску конструкций для предотвраще-
ния ржавления или эксплуатационные затраты, связанные с катодной
защитой трубопроводов. Прямые потери включают также расходы,
связанные с использованием коррозионно-стойких металлов и спла-
вов вместо углеродистой стали, а также стоимость нанесения защит-
ных металлических покрытий, стоимость ингибиторов коррозии, за-
траты на кондиционирование воздуха складских помещений для хра-
нения металлического оборудования. По данным Ростехнадзора, об-
щая сумма прямых коррозионных потерь по минимальной оценке со-
ставляет 4,2% валового национального продукта.
    Косвенные потери по приближенной оценке исчисляются мил-
лиардами долларов. Например [47], замена прокорродировавшей тру-
бы нефтеперегонной установки стоит несколько сотен долларов, но
недовыработка продукции за время простоя может принести убыток
до 20000 долларов в час. Замена поврежденного коррозией котла или
конденсатора мощностью 300 МВт может привести к недовыработке
электроэнергии на 60000 долларов в день, а общая стоимость недо-
выработки электроэнергии и тепла из-за коррозионных простоев со-
ставляет десятки миллионов долларов в год.
                                                                5


    В межремонтный период происходят утечки нефти, газа и воды
вследствие коррозионных повреждений, из-за отложения продуктов
коррозии ухудшается теплопроводность поверхностей теплообмена,
уменьшение проходных сечений трубопроводов из-за отложения
ржавчины требует повышения мощности насосов – все это обходится
в миллионы долларов в год.
    Загрязнение продукции также оценивается в миллиарды долла-
ров, например, небольшое количество меди, поступившее в систему в
результате коррозии медного трубопровода или латунного оборудо-
вания, может испортить целую партию продукта. Следы металлов
могут изменять цвет красителей. Свинцовое оборудование не может
быть использовано для приготовления и хранения пищевых продук-
тов из-за токсичности солей свинца. Мягкая вода, проходящая по
свинцовым трубопроводам, небезопасна для питья. По заключению
Бюро продуктов питания и лекарственных препаратов, допустимая
концентрация свинца в пище не должна превышать 1 мг/л [50, 53, 57].
    К этой же группе потерь относится порча продуктов питания из-
за ржавления металлических емкостей. Один из заводов [53], консер-
вирующих фрукты и овощи, терпел убытки около миллиона долларов
в год до тех пор, пока не были выявлены и устранены металлургиче-
ские факторы, приводившие к локальной коррозии. Другая компания,
использующая металлические крышки на стеклянных консервных
банках, теряла 0,5 млн долларов в год из-за точечной коррозии кры-
шек, что приводило к бактериальному заражению продукции.
    При расчете толщины стенки аппаратов и его проектировании
используются допуски на коррозию. В тех случаях, когда скорости
коррозии неизвестны, а методы борьбы с коррозией неясны, задача
оптимального проектирования значительно усложняется. Надежные
данные о скорости коррозии позволяют более точно оценить срок
эксплуатации оборудования и упрощают его проектирование. Напри-
мер, расчетная толщина стенки трубопровода диаметром 200 мм и
длиной 362 км с учетом коррозии составляет 8,18 мм. А применение
6


соответствующей защиты от коррозии позволяет снизить эту величи-
ну до 6,35 мм, что приводит к экономии 3700 т стали и увеличению
полезного объема трубопровода на 5%.
    Отсюда видно, что косвенные потери составляют существенную
часть общих коррозионных потерь, однако их подсчет представляет
собой трудную задачу даже в рамках одной отрасли промышленно-
сти. В ряде случаев потери вообще не могут быть выражены в денеж-
ных единицах. К ним относятся аварии, связанные с взрывами, раз-
рушением нефтехимического оборудования, или вызванные коррози-
ей катастрофы самолетов, поездов, автомобилей, приводящие к поте-
ре здоровья или гибели людей.
    В США, по последним данным NACE [50], ущерб от коррозии и
затраты на борьбу с ней составили 3,1% от ВВП (276 млрд долларов).
В Германии этот ущерб составил 2,8% от ВВП. По оценкам специа-
листов различных стран, эти потери в промышленно развитых стра-
нах составляют от 2 до 4% валового национально продукта. При этом
потери металла, включающие массу вышедших из строя металличе-
ских конструкций, изделий, оборудования, составляют от 10 до 20%
годового производства стали [51]. При этом подсчитано [48], что око-
ло 15% этих потерь можно избежать, своевременно используя посто-
янно совершенствуемые средства противокоррозионной защиты.
    По данным фирмы «Du Pont» США [47], в 247 случаях выхода из
строя оборудования этой фирмы 79% аварий произошли по причине
коррозионных повреждений. При этом на долю общей коррозии
пришлось 31,5% случаев, на коррозионное растрескивание (стресс-
коррозию) – 21,6% случаев, питтинговая коррозия стала причиной
15,7% выходов оборудования из строя, а межкристаллитная коррозия
явилась причиной аварий в 10,2% случаев.
    Росту потерь от коррозии способствует постоянное и интенсив-
ное развитие наиболее металлоемких отраслей промышленности –
энергетической, транспортной, металлургической, химической, неф-

                                                                   7


тяной, нефтехимической и других, а также ужесточение условий экс-
плуатации конструкционных материалов.
    В настоящее время общий металлофонд РФ составляет порядка
1,6 млрд т [24, 25], в частности по отраслям:
          Промышленность                        – 47%
          Транспорт                             – 25%
          Сельское хозяйство                    – 10%
          Прочие конструкции                    – 18%
          ИТОГО:                                – 100%
    При этом 40-50% устройств работают в агрессивных средах, 30%
– в слабоагрессивных, и только 10% не требуют антикоррозионной
защиты. Наибольшие потери от коррозии наблюдаются в топливно-
энергетическом комплексе – 30%, химии и нефтехимии – 20%, сель-
ском хозяйстве – 15%, металлообработке – 5% [7, 24].

                                                                        Таблица 1
         Статистика отказов оборудования нефтегазовых систем
                                             Вид отказа
                                  Брак                                  Нарушение
                                               Брак       Механиче-
     Система        Коррозия, строительно-                               режима
                                             материа-     ские повре-
                       %       монтажных                                эксплуата-
                                              лов, %      ждения, %
                                работ, %                                  ции, %
Нефтеперерабаты-
вающая промыш-
                       70          15           2             10            3
ленность и транс-
порт нефти
Газопроводы           36,7         10          13,3          13,9         26,1
Внутрипромысло-
                       95         2,8          0,8           0,6           0,8
вые трубопроводы

    Значительная часть сооружений исчерпала свой плановый ресурс
и вступает в период интенсификации отказов, например резервуар-
ный и газгольдерный парк потенциально опасных химических, неф-
техимических нефтегазоперерабатывающих и азотных производств
изношен на 60-80% [24, 25, 28, 30, 32]. Анализ причин отказов и ава-
8


рий нефтегазовых сооружений свидетельствует о превалирующем
влиянии коррозионного фактора. Так, в нефтеперерабатывающей
промышленности и на транспорте нефти и газа 70% отказов происхо-
дит по причине коррозионных повреждений [7, 24-28] (табл. 1).
    Из общего количества отказов промысловых трубопроводов
(см. табл. 1) свыше 70% аварий приходится на так называемую ру-
чейковую (канавочную) коррозию (рис. 1).




           Рис. 1. Дефект в трубе при ручейковой коррозии

    По данным Ростехнадзора, протяженность промысловых трубо-
проводов в Российской Федерации превысила 350000 км, а протяжен-
ность магистральных трубопроводов составляет свыше 150000 км, из
которых:

   – 25% служат более 40 лет;
   – 33% служат более 27 лет;
   – 27% выработало нормативный срок.

    В результате в РФ ежегодно происходит более 20000 порывов,
свищей и других аварий при максимальной скорости коррозии
12-16 мм/год.
                                                               9



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика