Материал: Комплексные проблемы техносферной безопасности. Актуальные вопросы безопасности при формировании культуры безопасной жизни

УДК 678.056

А. Ю. Андрюшкин, Е. Н. Кадочникова, С. А. Пугачев

СПОСОБЫ ЗАШИТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Проведен анализ аварий, связанных с отказом и разгерметизацией технических устройств, нарушением технологии производства работ. Рассмотрены полимерные покрытия для защиты металлических внутренних и наружных поверхностей магистральных трубопроводов

На сегодняшний день утечки углеводородов из технологического оборудования и магистральных трубопроводов причиняют большой экономический и экологический ущерб. Утечки возникают вследствие коррозийно-эрозийного износа, приводящего к образованию трещин и разгерметизации металлических конструкций (цистерн, трубопроводов, емкостей, баков, резервуаров) [1].

По данным Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору за период 2014-2016 произошло 95 аварий, связанных с отказом и разгерметизацией технических устройств, нарушением технологии производства работ, из них 35,6% произошли по причине коррозии. За 2014 год было зафиксировано 32 аварии, причиной 9-ти из которых послужила коррозия, в 2015 году таких аварий произошло 34 и 8 вследствие коррозии, в 2016 соотношение составило 29 к 13. Три крупнейшие аварии нанесли материальный ущерб более чем на 300 миллионов рублей. По статистическим данным за последние годы количество аварий, вызванных разгерметизацией оборудования, на предприятиях нефтегазовой отрасли не снижается. Поэтому проблема повышения надежности и остаточного ресурса газо- и нефтеперерабатывающего оборудования, его способности противостоять развитию дефектов и повреждений, актуальна и требует поиска эффективных технических решений.

Данные о крупных авариях освещаются в прессе, что помогает последующему анализу. Ниже приводятся примеры наиболее значимых аварий за нескольких прошедших лет.

6 марта 2014 года в результате разгерметизации трубопровода «ДНС Ма- карьельская-УПН Щельяюр» принадлежащему компании «Лукойл», произошел разлив нефтесодержащей жидкости (рис. 1).

Комиссией по расследованию было установлено, что в процессе эксплуатации на внутренней поверхности шва образовались коррозионные повреждения в виде крупных каверн с последующим эрозионным процессом выноса материала из зоны повреждения скоростным потоком нефтегазоводосодержащей жидкости до полного сквозного разрушения сварного шва, материальный ущерб составил 4 564 501 рублей.

131

Рис. 1. Полное сквозное разрушение сварного шва в результате разгерметизации трубопровода «ДНС Макарьельская-УПН Щельяюр» принадлежащего компании «Лукойл»

19 августа 2015 года на 1326 км магистрального нефтепровода «СургутПолоцк» принадлежащему АО «Транснефть-Прикамье» произошла разгерметизация трубопровода диаметром 500 мм, с выходом нефти на поверхность земли и ее последующим возгоранием (рис. 2).

Рис. 2. Разгерметизация магистрального нефтепровода «Сургут-Полоцк» АО «Транснефть-Прикамье»

Причиной аварии послужила внутренняя коррозия в районе нижней образующей аварийной трубной секции, вызванная наличием в узле пропуска СОД застойной зоны, выпадением из нефти в осадок включений с большим молекулярным весом и образование агрессивной среды по отношению металла трубы.

Площадь пожара ставила 1800 м2, с экономическим ущербом 218 210 рублей.

18 сентября 2016 г. произошло разрушение участка трубопровода тяжелого газойля циркуляционного орошения с самовоспламенением продукта в блоке газораспределения и стабилизации бензина установки каталитического крекинга принадлежащему компании ОАО «ТАИФ-НК» (рис. 3).

132

Рис. 3. Разрушение участка трубопровода тяжелого газойля циркуляционного орошения ОАО «ТАИФ-НК»

Разрушение участка трубопровода произошло в результате его коррозионного и эрозионного износа под воздействием сернистых соединений и механических примесей, содержащихся в перекачиваемой среде выше установленной нормы.

Повреждены и деформированы обслуживающие площадки колонн, кабельные эстакады, короба КИП, светильники, оградительные щиты из профнастила, антикоррозионное покрытие металлических конструкций, тепловая изоляция оборудования, попавшие в зону термического воздействия. Экономический ущерб от аварии 123 416 000 рублей.

Вызванная механическими и химическими воздействиями агрессивных сред коррозия и эрозия способствуют образованию опасных дефектов в металлических конструкциях (трубопроводах, резервуарах, цистернах), часто находящихся под давлением. С точки зрения возникновения взрывов и пожаров наиболее опасна разгерметизация газо- и нефтеперерабатывающего оборудования, обусловленная образованием и развитием трещин в металлоконструкциях. Кроме того, металлические конструкции хорошо проводят тепло, что увеличивает вероятность возгорания углеводородов.

Тепловую изоляцию и антикоррозионную защиту металлических конструктивных элементов газо- и нефтеперерабатывающего оборудования осуществляют различными полимерными покрытиями, работоспособность которых обусловлена технологией их нанесения. Напыление получило широкое распространение при нанесении полимерных покрытий из-за своей экономичности, производительности и относительной простоты технологического оборудования.

Работоспособность напыленного полимерного покрытия обусловлена его качественными показателями:

минимальной разнотолщинностью;

однородностью состава;

отсутствием дефектов (раковин, пор, трещин);

133

адгезионной и когезионной прочностью;

отсутствием внутренних напряжений;

точностью размеров и форм.

Стечением времени возникновение и развитие дефектов в напыленном полимерном покрытии снижает его работоспособность, так как уменьшается его несущая способность и ухудшаются антикоррозионные свойства.

На сегодняшний день на рынке предоставлено достаточное количество различных полимерных покрытий защищающих от воздействия химических сред.

Опыт антикоррозионной защиты показывает, что наиболее эффективными являются полимерные покрытия на основе эпоксидных, ненасыщенных полиэфиров и полиуретановых смол. Срок службы таких покрытий должен составлять не менее 10 лет, для повышения прочности используют ЛКМ с дискретным наполнителем, это чрезвычайно толстослойные покрытия барьерного типа, обладают превосходной абразивной устойчивостью, отличаются упругостью и большей стойкостью к температурному и механическому воздействию. Рекомендуется использовать на участках, подверженных экстремальному воздействию внешних условий. Срок службы таких покрытий увеличивается до 20 лет.

Качество нанесение покрытий также сказывается на сроке службы, как правило, для этого используются кисточки валики и безвоздушное распыление, но такие способы требуют точного контроля толщины слоя наносимого лакокрасочного материала [2-6].

Отдельное внимание стоит отдать методу напыления. Данный метод нанесения покрытий обладает значительным преимуществом, так как является универсальным в выборе покрываемого материала: металлические, полимерные, композиционные и др.

Технологии нанесения можно разделить на два типа:

газометрическое;

вакуумно-конденсационное напыление.

Основной особенностью газометрического напыления является то, что получаемое покрытие формируется из направленного потока дисперсных частиц.

Процесс газотермического напыления можно разделить на две стадии:

формирование двухфазного потока;

формирование самого покрытия.

Кпервому этапу относится процесс взаимодействия высокотемпературного газового потока и частиц, включающих в теплообмена и нагрев частиц, их ускорение при передаче количества движения от струи газового потока.

На втором этапе формируется покрытие при соударении расплавленных частиц с поверхностью основы, в результате чего частицы плотно ложатся друг на друга и, растекаясь, заполняют неровности шероховатой поверхности.

134

Метод газотермического напыления позволяет получать покрытия обладающие:

заданной твердостью;

износостойкостью;

жаропрочностью;

антифрикционностью;

коррозионной стойкостью.

Сущность традиционных газотермических методов нанесения покрытий заключается в необходимости нагрева дисперсного материала до температуры плавления или выше. Но в подобном случае имеется ряд негативных процессов, связанных с использованием высокотемпературных потоков газа или пламени. В случае, где это невозможно по ряду причин, более приемлемо будет использование газодинамического напыления.

Метод «холодного» газодинамического напыления использует в качестве основной кинетическую энергию напыляемых частиц, ускоряемых холодным газом, исключая негативные эффекты высокой температуры.

При «холодном» газодинамическом напылении, покрытия формируются из нерасплавленных высокоскоростных частиц, которые ускоряются в сверхзвуковых аэродинамических установках, при температуре рабочего газа существенно ниже температуры плавления материала частиц. Вследствие чего, обеспечивает получение покрытий с минимальным повышением температуры, при этом сохраняя высокие антикоррозионные и прочностные свойств.

Работа при температуре ниже температуры плавления материала частиц является отличительной особенностью этого метода, что помогает избавиться от ряда негативных факторов:

испарение;

плавление;

кристаллизация;

газовыделение и т.д.

Также к преимуществам метода относятся:

использование мелкодисперсных порошков, позволяющих увеличить увеличить плотность покрытия,что позволяет уменьшить толщину покрытия;

простота технической реализации и улучшению безопасности работ

в связи с отсутствием высокотемпературных струй.

Метод «холодного» газодинамического напыления позволяет получать покрытия с высокими антикоррозионными, упрочняющие свойствами [7].

Современные магистральные трубопроводы эксплуатируют в условиях действия высоких механических нагрузок, при больших температурных перепадах и в химически агрессивных средах. Вызванная механическими и химическими воздействиями агрессивных сред коррозия и эрозия способствуют образованию опасных дефектов в металле труб, часто находящихся под высоким

135