Введение к работе
Актуальность проблемы
Техногенные катастрофы, происходящие в промышленности и на транспорте, крупные аварии на химических производствах, газопроводах, нефте- и продуктопро-водах, тепловых сетях, водоводах, канализационных коллекторах и насосных станциях приводят к человеческим жертвам, разрушению экосистем, наносят значительный экономический ущерб.
Причиной этих явлений во многих случаях являются коррозионные повреждения. Это обусловлено тем, что Россия вступила в XXI век с изношенными на 60...80 % основными фондами, введенными в эксплуатацию в 30...70 годах прошлого века. Часто их сроки службы существенно превышают амортизационные. Сказанное в полной мере относится к подземным металлическим сооружениям (ПМС) в химической и нефтеперерабатывающей промышленности России (трубопроводам, резервуарам и др.), оборудованшо, и их защитным покрытиям. Степень износа промышленно-производственных фондов в 1990 г. по Минхимнефтепрому СССР составила 60,4 %.
В значительной мере это объясняется тем, что на стадии строительства химических предприятий на ряде ПМС на их наружных поверхностях не осуществлялся классический вариант комплексной защиты: защитные покрытия плюс катодная поляризация, а грунты и грунтовые воды химических производств специфичны и высококоррози-онноагрессивные.
При защите от коррозии внутренних поверхностей сооружений и оборудования редко используются защитные покрытия, чаще — ингибиторы коррозии, однако применение последних, дающих благоприятный результат в начальный период эксплуатации объекта (например, новые водоводы) малоэффевтивно в последующем. Но не было работ по электрохимической защите ВП, в том числе в йодо-бромной воде.
В сложившейся ситуации особую актуальность приобретают исследование, разработка и внедрение в практику противокоррозионной защиты эксплуатируемых сооружений и оборудования в высококоррозионноагрессивных грунтах и жидких, в том числе йодо-бромных, средах химических производств новых методов и устройств, позволяющих с минимальными затратами затормозить процесс коррозии, а в ряде случаев полностью его остановить.
Обследование стальных трубопроводов, резервуаров, скважин, насосов, аппаратов, задвижек и другого оборудования показало, что широко используются неизолированные поверхности, на которых коррозионные процессы (коррозия подземная, подводная, по ватерлинии, под действием Пост, и Пер. БТ ) протекают по электрохимическому механизму и приводят к колоссальным прямым и косвенным потерям.
Всё это свидетельствует об актуальности разработки и широкого внедрения комплексной электрохимической защиты от коррозии внутренних и наружных поверхностей стальных сооружений и оборудования в грунтах и жидких, в том числе йодо-бромных, средах химических производств.
Цель работы: Исследование, разработка и внедрение комплексной электрохимической защиты от коррозии внутренних и наружных, в том числе неизолированных, поверхностей, сооружений и оборудования, выполненных из углеродистых и низколегированных сталей, в специфических высококоррозиош-юагрессивных жидких средах, грунтах химических производств и в полях действия постоянного и переменного блуждающих токов.
Задачи работы:
исследовать и обобщить характер и степень коррозионной агрессивности грунтов и жидких сред химических производств и особенности защиты от коррозии сооружений и оборудования;
исследовать особенности солеотложения и пути его снижения на внутренних поверхностях трубопроводов, кинетику образования защитных плёнок в низко-, средне-, высоко- и сверхвысокоминерализованных водах, в том числе в йодо-бромных при КЭХЗ, состав и структуру их. Разработать условия получения плёнок и солеотложения с оптимальными защитными свойствами;
исследовать и обобщить особенности коррозии и защиты трубопроводов при комплексном воздействии на них макропар, постоянного и переменного блуждающих токов;
исследовать и обобщить механизмы и кинетические особенности разрушения анодных материалов нового поколения на основе токопроводных эластомеров и аморфных сплавов в специфических средах химических производств;
исследовать особенности коррозии и защиты внутренней и одновременно внутренней и наружной поверхностей протяженного водовода, в том числе пути многократного увеличения зоны защиты внутренних поверхностей трубопроводов и оборудования от одной системы внутренних анодов УКЭХЗ;
разработать классификацию, терминологию и нормативную базу электрохимической и комплексной защиты в условиях функционирования химических производств;
разработать критерии, параметры и методики их расчета для определения целесообразности применения КЭХЗ от коррозии внутренних поверхностей трубопроводов и оборудования;
- разработать рекомендации с оптимальными системами и параметрами КЭХЗ
внутренних и наружных поверхностей стальных трубопроводов и оборудования, кон
струкции внутренних анодов, протекторов и средств мониторинга работы внутренней
защиты от коррозии;
- разработать концепции и системы комплексной и совместной электрохимической
защиты внутренних и наружных поверхностей, в том числе неизолированных соору
жений и оборудования, применительно к химическим производствам.
Научная новизна Впервые:
исследованы и обобщены характер и степень коррозионной агрессивности грунтов и жидких специфических сред химических производств. Выявлены общие закономерности и особенности, в том числе: коррозии сталей СтЗ, 10, 45, 16ГС, 17Г1СУ в низко-, средне- и сверхвысокоминерализованных (С„ солей до 190 г/л, в том числе СГ — 114 г/л) водных, в том числе йодо-бромных, средах (при температурах 0... 83 С, в интервале рН = 2...13,5), насыщенных кислородом и взвешенными частицами;
исследованы закономерности и особенности солеотложения на внутренних поверхностях трубопроводов и пути его снижения; кинетика образования защитных плёнок и солеотложения в йодо-бромных и других водах (С0 солей 0,2...190 г/л) при КЭХЗ, их состав, структура и свойства, а также разработаны условия формирования последних с оптимальными характеристиками в интервале температур 0.. .83С;
исследованы особенности коррозии и электродренажной защиты наружных поверхностей трубопроводов в условиях одновременного воздействия макропар, постоянного и переменного блуждающих токов;
исследованы и обоснованы технологии внутренней комплексной электрохимической защиты, при которой увеличивается зона защиты внутренней поверхности от одной системы внутренних анодов установки ВКЭХЗ от 2...3 до 3000...5000 и более 0В водовода и одновременно внутренней и наружной поверхностей магистрального водовода;
исследованы и обобщены зависимости распределения защитных потенциалов по наружным и внутренним поверхностям сооружений цилиндрической формы (трубопроводов, резервуаров, скважин) от расположения и количества наружных и внутренних анодов и точек дренажа;
исследованы и оптимизированы анодные материалы (в том числе на основе электропроводных эластомеров и аморфных сплавов), их форма, размеры и места расположения анодов и протекторов при защите от коррозии внутренних поверхностей стальных трубопроводов, задвижек, насосов и резервуаров в широком диапазоне минерализации вод;
разработаны контролирующие факторы — критерия и параметры ВКЭХЗ, включая конструктивные, гидравлические, механические, электрохимические, технологические, экологические и экономические и методика расчета указанных параметров, позволяющая дать технико-экономическую оценку применения ВКЭХЗ внутренних поверхностей трубопроводов и оборудования;
разработаны и обоснованы пути повышения эффективности КЭХЗ и оптимизации систем и элементов средств внутренней и наружной защиты сооружений и оборудования;
разработаны классификация, терминология и нормативная база КЭХЗ в условиях функционирования химических производств.
Практическая значимость
Впервые: - осуществлено широкое внедрение с большим экономическим эффектом КЭХЗ внутренних и наружных, в том числе неизолированных, поверхностей сооружений и оборудования в высококоррозионноагрессивных грунтах и жидких средах на взрывопожароопасных химических производствах;
разработаны: - инструкции, положения, руководства, рекомендации для осуществления КЭХЗ сооружений и оборудования применителыш к химическим и нефтеперерабатывающим производствам;
установки для моделирования КЭХЗ внутренних и наружных поверхностей трубопроводов, резервуаров и оборудования с последующей выработкой проектных решений;
методики расчета параметров катодной защиты внутренних и наружных поверхностей трубопроводов, резервуаров и оборудования в воде и грунтах;
наиболее эффективные системы комплексной и совместной защиты от коррозии внутренних и наружных поверхностей сооружений и оборудования;
оснастка и устройства ВКЭХЗ, в том числе: конструкции внутренних анодов для катодной защиты — местные, протяжённые стационарные и нестационарные из различных анодных материалов; конструкции внутренних протекторов; внутренние комплексные контрольно-измерительные пункты; устройства наружной электрохимической защиты — сменяемые наружные аноды и наружные комплексные контрольно-измерительные пункты; технологии и рабочие чертежи внутренней КЭХЗ сооружений и оборудования; технологии и рабочие чертежи наружной КЭХЗ сооружений и оборудования; рекомендации по внутренней и наружной КЭХЗ сооружений и оборудования.
Разработанные способы и устройства КЭХЗ защищены 9-ю авторскими свидетельствами СССР: № 624448, 915490, 1005498, 1352993, 1431375, 1492773, 1535074, 1696586,1805686.
Результаты, полученные при выполнении работы, внедрены в практику КЭХЗ от коррозии внутренних и наружных, в том числе неизолированных, поверхностей стальных трубопроводов, резервуаров и оборудования на 34-х химических производствах.
На ряде химических предприятий (ОАО «Саянскхимпром», Троицкий йодный завод, Гурьевский химический завод и других) созданы службы эксплуатации ЭХКЗ.
Работа, в виде действующих макетов, стендов по комплексэлектрохимзащите трубопроводов, оборудования и натурных образцов установок, многократно экспонировалась на ВДНХ и ВВЦ и награждена 2-мя дипломами ВВЦ и Ш-ей международной специализированной выставки «Антикор-гальваносервис», а её автор — 2-мя бронзовыми медалями ВДНХ СССР и знаком лауреата ВВЦ.
Фактический, подтвержденный актами, годовой экономический эффект от внедрения данной работы составил 154 млн. рублей в ценах 2005 г.
На защиту выносится: новое научно-техническое направление — комплексная электрохимическая защита от коррозии внутренних и наружных, в том числе неизолированных, поверхностей сооружений и оборудования, выполненных из углеродистых и низколегированных сталей, в высококоррозионноагрессивных специфических жидких средах и грунтах химических производств, в полях действия постоянного и переменного блуждающих токов; технология многократного увеличения зоны защиты внутренних поверхностей протяженных водоводов и оборудования установками внутренней комплексэлектрохимзащиты путём катодной поляризации, при одновременном формировании защитных плёнок, и изменении состава жидких сред.
Апробация работы
Основные положения работы докладывались на:
- республиканском научно-техническом совещании по расчётам и моделированию систем защиты и коррозионных процессов (IV Негреевские чтения) (Баку, 1975);
всесоюзном семинаре «Опыт проектирования, строительства и эксплуатации устройств электрохимической защиты подземных сооружений от коррозии» (Ленинград, 1976);
всесоюзном научно-техническом семинаре «Защита от коррозии сельскохозяйственной и мелиоративной техники, оборудования и строительных конструкций животноводческих ферм» (Москва, 1976);
краевой научно-технической конференции «Проблемы коррозии и защиты металлов» (Краснодар, 1976);
краевом научно-техническом семинаре «Коррозионные исследования и проектирование средств защиты от коррозии» (Краснодар, 1977);
всесоюзном семинаре «Современные методы защиты подземных сооружений от коррозии» (Ленинград, 1979);
всесоюзном семинаре «Противокоррозионная защита стальных мелиоративных трубопроводов» (Москва, 1979);
всесоюзном семинаре «Противокоррозионная защита основных фондов Минхим-прома СССР» (Юрмала 1985);
межотраслевом научно-техническом семинаре «Состояние и совершенствование методов электрохимической защиты оборудования, сооружений и трубопроводов. Коррозия - 90» (Куйбышев, 1990);
международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии защиты от коррозии» (Пенза, 1995);
международной научно-практической конференции «Эффективная защита оборудования, коммуникаций и сооружений от коррозии» (Тула, 1998);
международных научно-практических конференциях: «Антикор-гальваносервис» (Москва, 2004, 2005, 2006), а также на институтских научно-технических симпозиумах, конференциях, семинарах, совещаниях.
По материалам диссертации опубликовано 33 основные работы, в том числе: 6 книг, 18 статей и 9 авторских свидетельств СССР.
Структура и объём диссертации
Диссертация изложена на 375 страницах, содержит 107 рисунков, 36 таблиц и состоит из введения, 6 глав, обобщающих выводов и 34 приложений.
Список использованной литературы включает 294 наименование работ отечественных и зарубежных авторов.
