Введение к работе
Актуальность проблемы. Несмотря на эфз&вктивнов и широкое применение в нефтяной и газовой промышленности ингибиторов коррозии, технико-экономнчески целесообразным для повышения работоспособности оборудования и сооружений является применение комплекса защитных мер. Особенно это относится к нефтегазопрошсловсму оборудованип, детали и узлы которого наряду с коррозионным и кор-розионно-механическим разрушением подвергаются различным видам контактного взаимодействия и коррозионно-мэханичвского изнашивания. Среди мер, направленных на повышение работоспособности деталей оборудования, наибольший удельный вес (более 80&) приходится на применение защитных покрытий и замену материала.
Перспективным конструкционным материалом для оборудования сероводородсодержащих месторождений являются алюминиевые сплавы, а в случае их недостаточной прочности целесообразно нанесение алюминиевых покрытий на стальную основу. Однако влияние высокой минерализации технологических сред на развитие локальной коррозии и низкая твердость алюминиевых сплавов ограничивает область их применения. Повышение коррозйонно-механической прочности алюминиевых сплавов и покрытий может быть достигнуто за счет их поверхностной обработки с использованием методов плакирования или микродугового оксидирования (.ЩО).
В литературе приведены обширные данные о влиянии плакирования на физико-механические свойства и коррозионное поведение алюминиевых сплавов, а также микродутового оксидирования на повышение их износостойкости. Однако практически отсутствуют сведения о влиянии этих методов поверхностной обработки на коррозионно-механи-ческое поведение алюминиевых сплавов и покрытий в минерализованных сероводородсодержащих средах при различных условиях"'нагруже-ния и изнашивания. Физическая сущность многих аспектов микродугового оксидирования пока что неясна. Ее изучено влияние структур-но-напрягенного состояния оксидного слоя,сформированного микродуговым оксидированием на алюминиевых сплавах и напыленных на стальную основу покрытиях, на физико-химические,электрохимические и другие свойства этих материалов.
Изучение этих вопросов позволит вскрыть новые возможности . повышения работоспособности алюминиевых сплавов и покрытий в минирализованных сероводородсодержащих средах. В связи с этим целью диссертационной работы является создание научных основ и
разработка практических рекомендаций повышения коррозионно-меха-ничесхой прочности алшиниевых сплавов и покрытий применительно к условиям эксплуатации газонефтепромыслового оборудования. Дім реализации цели работы были поставлены следующие задачи:
расширить представления о кинетике и механизме формирования поверхностного слоя на алюминиевых сплавах микродугозым оксидированием.
определить влияние внешних и внутренних факторов на образование структуры, компонентного и фазового состава оксидных ело-. ев пра МДО алюминиевых сплавов и покрытий.
выявить взаимосвязь структурно-напряженного состояния оксидных слоев поверхностно-упрочненных алюминиевых сплавов и покрытий с их коррозионно-механическиы поведением б минерализованных сероводородсодержащих средах.
сформулировать требования к структуре и свойствам двухслойных алюминий-оксидных покрытий, обеспечиващих эффехтиввув защиту углеродистой стали от коррозионнс—механического разрушения,и выявить оптимальные параметры ВДО на формирование оксидного елся.
оценить комплексное влияние внешних факторов (парциального давления сероводорода и углекислого газа, минерализации и температуры) на коррозионное и коррозионно-даханическое поведение алюминиевых сплавов в двухфазных средах углеводород-электролит.
разработать практические рекомендации по повышении работоспособности деталей и узлов газонефтепромыслового оборудования и сооружений в различных условиях эксплуатации.
На защиту выносятся положения:
-
Механизм защитного действия оксидного слоя, образованного ВДО на компактных алшиниевых сплавах и напыленных покрытиях, предложенный на базе обнаруженных изменений компонентного и фазового состава оксидных слоев под влиянием легирующих элементов алишниевых сплавов, компонентов электролита и токового режима микродугового оксидирования я структурно-напряженного состояния оксидных слоев.
-
Предложенную кинетичэскую модель формирования'оксидного слоя при микродуговом оксидировании и аналитическую оценку влияния переменного тока на завершающий этап оксидирования.
-
Научно-технические основы "повышения долговечности газонефте-промаслового оборудования с использованием алюминиевых сплавов
и покрытий в минерализованных сероводородсодержащих средах, разработанных на основании:
совокупности экспериментальных зависимостей комплексного влияния парциального давления сероводорода, углекислого газа, минерализации и температуры на коррозионное и коррозионно-меха-ническое поведение алюминиевых сплавов,
совокупности экспериментальных результатов по влиянию микродугового оксидирования на электрохимическое поведение,коррозион-но-механическую прочность в условиях статического и циклического нагружения, износостойкость в различных условиях контактного взаимодействия с абразивом алюминиевых сплавов и углеродистой стали с напыленными алюминиевыми покрытиями.
-
Разработанные методики, установки и оборудование для исследования физико-механических сеойств, коррозионно-механическо-го разрусэния и изнашивания материалов.
-
Рекомендации по реализации результатов работы, в том числе:
новый способ зацаты стали от сульфидного растрескивания и износа,
новые способы ыикродутового анодирования алшнняевых сплавов и покрытий, а такге устройства для их осуществления.
. Научная новизна работы:
Предложено объяснение влияния внешних и внутренних факторов микродугозого оксидирования на структуру, фазовый и компонентный состав оксидного слоя и появление высокотемпературной модификации <*--№2$5 в структуре оксидного слоя, формируемого на алюминиевых сплазах и покрытиях;
Разработана кинетическая модель процесса микродугового оксидирования с учетом особенностей роста оксида на поверхности алв-мания и предложена оценка влияния переменного тока на завершающий этап оксидирования;
Установлены возможности повышения производительности процесса мякродугового оксидирования напыленных алюминиевых сплавов, прочности сцепления двухслойного алюминий-оксидного покрытия со стальной основой, снияение пористости оксидного слоя на напыленном атаыинии, повышение твердости поверхностного слоя на компактных к напыленных анзаэниввых сплавах, что открывает зозмсзяость управляемого формирования свойствами оксидных и двухслойных покрытий с учетом их целевого назначения;
Впервые установлена высокая эффективность к выявлена природа залетного дзйстеия оксидных н двухслойных алгаыний-оксидных покрытий от коррозионно-іізханичзсаого разрушения алюминиевых
4 ошшвов и углеродистой стала в минерализованных овроБодородсо-дерхащкх средах;
- Бпэрвыв установлены закономерности коррозионного и корро-
зионно-мэханжческого поведения плакированных алгатптэвых сплавов
под комплексным влиянием парциального давления сероводорода и
углекислого газа, минерализации и температури в двухфазной среде
и предложено объяснение положительного влияния сероводорода на
эти процессы.
Практическая ценность работы.
Разработан а апробирован в промышленных условиях эффективный способ увеличения долговечности деталей газонефтепрошслового оборудования и трубопроводов на сероводородсодержащих месторождениях путем использования плакирования ели поверхностного упрочнения ВДО алюминиевых сплавов и алюминиевых покрытий. Так:
"- проведены промышленные испытания штоков вдунзаринх насосов, защитных втулок, шиберов запорной арматуры, колец торцевых уплотнений ( ПО " Оренбурггаздобыча" и ПО " Орзкбурггаззавод"),показавших высокую эффективность микродугового оксидирования аяшашгевых сплавов и покрытий. Ожидаемый вконоыический аффект около 500тыс.руб.
- Оштно-цромьшшшнне кспытания планированных сварных труб из
сплава АМгЗс ( Якушинское нефтяное месторождение) подтвердила
целесообразность промышленного производства указааных труб для
обустройства внутрипромысловых систем.
- Разработаны и созданы опктно-промнЕшвнше установки и технологические режимы микродугового оксидирования деталей из алюминиевых сплавов и стальных изделий с алвманнввкш покрытиями.
Все основные разработки защищены авторскими свидетельстванн. Исследования проводились в соответствии с " Программой научно-исследовательских работ по отработке технологии производства и выбору материалов труб из корргзионноотойких алшшшеБых сплавов, обеспечивавших их длительную,эксплуатацию в. агрессивных средах месторождений" , утвержденной.Миннвфгецромом 17.01.1989г. и программой мянгазпрома на 1985-1990гг." Повышение кондексатоотда-чи газоконденсатних месторождений и степени извлечения широкой фракции углеводородов" и тесно связаны с хоздоговорными темами ШНГ им.И.М.Губкина,имеющими номера государственной регистрации 0I860I00S92,' 01890089048 . ОІ860І0Г7І4. и выполнялись непосредственно соискателем или под его руководством.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на международных и всесоюзных совещаниях и конференциях:
совещании " Защита от коррозии теплообыенного оборудования",
г.Иркутск, 1983г.; конференции " Противокоррозионная защита нефтепромыслового оборудования и трубопроводов", г.Тфа,1985г.;пэрвой Всесоюзной ыелвузовской конференции " Проблемы защиты металлов от коррозии", г.Казань, 1985г.; первой Всесоюзной Конференции "Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР",г. Москва, 1986г.; Всесоюзном совещании " Зашита от коррозии нефтегазового оборудования в процессе строительства предприятий нефтяной и газовой промышленности", пос.Красный Курган,1987г.; Всесовзнсй конференции " Прогрессивные методы и средства защиты металлов и изделий от коррозии", г.Ь5оскваД988г.; Всесоюзной конференции " Борьба с коррозией в нефтегазодобывающей промышленности", г.Кйршн.,1988г.; Бсэсоюзном совещании " Перспективы развития,совершенствование конструкций и повышение надегяостн бурового и нефтепромыслового оборудования",г. Пермь, 1988г.; Всесоюзной конференции " Порошковая металлургия",г.Свердловск,1989г.; Межреспубликанской конференции " Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин", г.Волгоград,1989г.; 7 Республиканской конференции "Коррозия металлов иод напряжением и методы защиты",г.Львов;1989г.;П научно-технической конференции " Проблемы повышения износостойкости газонефтепромыслового оборудования",г.Москва,1990г.; Международной конференции " Разработка газоконденсатних месторождений",г.Краснодар, IS90r.; Всесоюзном совещании " Проблемы зашиты от коррозии нефтегазопромыслового оборудования",г.Смоленск,1991г.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 54 работы,в том числе 2 монографии, I брашшра.Ю авторских свидетельств и I ГОСТ.
Вклад автора в работу заключается в постановке научных задач, их экспериментальном решении, анализе и обобщении полученных экспериментальных результатов,руководстве исследованиями и руководстве аспирантами при выполнении теш.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения,6 глав, основных выводов, списка литературных источников и приложений. Изложена на ЗУ/ стр.машинописного текста и содержит ? і рисунков, // таблиц, библиографический список из ZVP наименований, ЗУ стр.приложений.
