Стальные резервуары различной вместимости, предназначенные для сбора и
оперативного хранения нефти, являются важным элементом в технологическом
процессе ее добычи, подготовки и магистрального транспорта. Вместе с
тем, они используются для предварительного обезвоживания нефти, а также
как буферные или резервные емкости при магистральном транспорте нефти,
для сбора и хранения различных нефтепродуктов.
С технической точки зрения коррозионное разрушение металлов - это, в сущности, уменьшение толщины стенки металлической поверхности под воздействием окружающей металл жидкой или газообразной среды.
На нефтяных месторождениях страны добывают нефти, отличающиеся между
собою по физико-химическому составу и свойствам, а также по содержанию
коррозионно-агрессивных компонентов. В принципе, нефть каждого
конкретного месторождения должна проявлять через водную фазу различное
по своей интенсивности коррозионное воздействие на металлы группы
железа.
Нельзя отрицать, что имеется определенная связь между химическим
составом нефтепромысловых (пластовых и сточных) вод и их коррозионной
агрессивностью. Она обусловлена, в первую очередь, содержанием таких
коррозионных агентов, как сероводород, кислород, двуокись углерода,
минерализации, рН среды, ионно-солевого состава среды, температуры,
скорости перемешивания, а также жизнедеятельности
сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ), продуцирующих в окружающую
среду сероводород, который вызывает затем появление на металлах
сильнейшего стимулятора коррозии - сульфида железа.
Средние пояса почти всех резервуаров находятся под действием неподготовленной (обводненной) или подготовленной (слабообводненной) нефти различного физико-химического и компонентного состава. Как уже указывалось, безводная нефть (до 1%) коррозии металлов группы железа практически не вызывает.
Особенности обводнения нефти и нефтепродуктов Растворимость основных коррозионно-агрессивных компонентов в нефтях и нефтепродуктах Влияние ряда внешних факторов на коррозию металлов в нефти и нефтепродуктах Особенности и характер коррозии углеродистых сталей в резервуарах для хранения нефти и нефтепродуктов различной обводненности
Днище резервуара находится в особых условиях коррозии по сравнению с
корпусом (обечайкой) и кровлей. Внутренняя поверхность кровли, как уже
указывалось, подвергается коррозионному разрушению в газовоздушной
среде, при непрерывной конденсации компонентов газовой фазы - воды и
легкого газобензина, содержащих сероводород СО2 и О2.
При добыче, сборе, подготовке и транспорте высокосернистых нефтей и попутных газов, когда в добываемой продукции содержится сероводород и меркаптаны, возникают специфические опасности, связанные с эксплуатацией нефтедобывающего оборудования и коммуникаций (скважин, нефтепроводов и газопроводов, емкостей и резервуаров, установок по подготовке нефти, запорной арматуры и датчиков контрольно-измерительной аппаратуры).
Добыча нефти на месторождениях Урала и Поволжья характеризуется сильным
обводнением нефти, ростом содержания в добываемой продукции сероводорода
и сульфатвосстанавливающих бактерий. Это поставило под угрозу
разрушения все нефтедобывающее оборудование, особенно крупногабаритные и
тонкостенные резервуары.
Как уже указывалось, стальные цилиндрические резервуары типа РВС различной вместимости, технологического назначения и конструктивного исполнения разрушаются под воздействием нефти по зонам неравномерно и подвергаются коррозии по разным механизмам. В связи с этим противокоррозионная защита этих зон также должна дифференцироваться с учетом характера и степени разрушения той или иной части резервуара.
В таблице 6.1 приведен рекомендуемый объем противокоррозионной защиты
стальных вертикальных резервуаров различной вместимости,
технологического назначения и конструктивного исполнения,
дифференцированный по зонам агрессивного воздействия.
Современные марки коррозионнно-стойких лакокрасочных материалов (ЛКМ)
производятся из нефтехимического сырья и продуктов органического
синтеза. Они обладают ценным комплексом противокоррозионных свойств,
позволяющих им защищать металлы от агрессивного воздействия различных
жидких и газообразных сред.
Защитное действие лакокрасочных и полимерных покрытий, нанесенных на
металл, формально может быть объяснено экранирующим (барьерным)
эффектом, в результате которого корродирующая поверхность металла
механически изолируется от контакта с агрессивной средой. Однако,
противокоррозионное действие покрытия не исчерпывается лишь его
изоляционными свойствами, поскольку любое отвержденное покрытие в той
или иной степени проницаемо для водных электролитов, паров воды,
атмосферного кислорода, сероводорода, двуокиси углерода, а также для
других органических жидких сред.
Защитные покрытия, используемые для предотвращения коррозии внутренних
стенок стальных резервуаров, подвергаются в процессе их эксплуатации
различным внешним воздействиям. В первую очередь они контактируют с
жидкими и газообразными коррозионно-агрессивными средами, подвержены
действию повышенных и пониженных температур, испытывают различного рода
механические нагрузки во время заполнения и опорожнения резервуаров,
подвергаются вибрации и деформирующим нагрузкам при изменении
геометрических размеров резервуаров, появлении вспучин и т. д.
Все выпускаемые промышленностью лакокрасочные материалы подразделяются на основные (лаки, краски, эмали, грунтовки, шпатлевки), промежуточные (растворители, разбавители), вспомогательные (отвердители, ускорители, мастики, смывки и т. д.).
В табл. 7.4 приведены системы водонефтестойких покрытий для защиты от коррозии внутренней поверхности стальных резервуаров, которая соприкасается с агрессивными средами обводненных и обезвоженных нефтей. Эти покрытия рекомендуются для использования в резервуарах различного технологического назначения. Нанесенные, высушенные и отвержденные в соответствии с техническими требованиями общепринятой технологии, эти покрытия предотвращают в течение 5 лет (в зависимости от коррозионной агрессивности среды) внутренние стенки стальных резервуаров от коррозионного разрушения.
Грунтовки играют важную роль в повышении адгезии защитных покрытий с
защищаемой поверхностью. Для противокоррозионной защиты внутренней и
внешней поверхности стальных резервуаров используют грунтовки лишь тех
марок, которые совмещаются с рекомендованными ранее системами
маслобензоводостойких покрытий.
Преобразователями продуктов коррозии на металлической поверхности являются химически активные вещества, способные так изменять состав коррозионно-агрессивных примесей на поверхности металлов и стабилизировать состояние продуктов коррозии, что они становятся инертными к коррозионно-агрессивному воздействию окружающей среды, проникающей под защитные покрытия.
Наиболее широко применяются сейчас более десятка промышленно выпускаемых
модификаторов. Постепенно появляются новые марки и более эффективные
преобразователи-грунтовки. Поэтому указанные грунтовки можно заменить
новыми, сообразуясь с рекомендациями разработчиков этих реагентов.
В табл. 7.9 представлены некоторые системы защитных покрытий с
модификаторами, рекомендуемые для защиты коррозионно-опасных зон
внутренней поверхности резервуаров. Здесь приведены наиболее эффективные
сочетания модификаторов как грунтовок с лакокрасочными материалами,
стойкими в агрессивных средах нефтяных резервуаров.
За последнее время поиски новых, более эффективных модификаторов для
повышения качества подготовки поверхности и снижения трудоемкости этой
ответственной операции продолжается. Появились модификаторы с
повышенными защитными свойствами.
Введение ингибиторов коррозии (ПАВ) в лакокрасочные покрытия преследуют
две основные цели: путем адсорбции поверхностно-активного реагента из
лакокрасочного материала на границе раздела фаз изменить
физико-химические свойства металлической поверхности, а с другой стороны
- придать защитной пленке полимера дополнительные свойства, повышающие
ее адгезию с металлической поверхностью.
Противокоррозионные покрытия, содержащие значительное количество
металлических пигментов и наполнителей, относятся к металлнаполненным
или композиционным.
К комбинированным покрытиям, используемым для противокоррозионной защиты
стальных металлоконструкций, в том числе и резервуаров, относят
металлизационно-лакокрасочные покрытия, представляющие собой двухслойные
системы, нижний слой которых получен металлизацией основного металла, а
верхний - нанесением лакокрасочного покрытия.
Порошковые материалы на основе эпоксидных и других материалов - тоже, в
сущности, безрастворительные композиции, имеют те же преимущества, что
составы марок Б-ЭП, но отличаются от них способом нанесения: на
предварительно нагретую до 150 - 250 'С металлическую поверхность. При
этом порошок композиции, попадая на нагретую поверхность, оплавляется и
растекается, а после отверждения дает сразу твердое защитное покрытие.
Полимерные композиции на основе ряда полиэфирных смол являются также
безрастворительными материалами. Наиболее эффективные составы
разработаны институтом химии высокомолекулярных соединений АН Украины
Применение маслобензо- и паростойких защитных покрытий в резервуарах,
где собирают и хранят нефти и нефтепродукты, хотя и имеет основной целью
предотвращение коррозии стенок резервуаров, по сути дела, решает две
принципиально важные проблемы по отношению к нефти и нефтепродуктам.
Стальные цилиндрические резервуары типа РВС входят в состав центральных
пунктов сбора и подготовки нефти на промыслах, а также
нефтеперекачивающих станций магистральных нефтепроводов. Атмосфера этих
нефтепарков может обладать разной коррозионной агрессивностью, зависящей
от места их расположения.
Контроль качества применяемых лакокрасочных материалов и полученных на
их основе защитных покрытий при противокоррозионных работах по защите
внутренних и внешних стенок стальных резервуаров включает:
Выше подробно рассмотрена классификация и дан перечень наиболее прогрессивных ЛКМ на основе эпоксидных, полиуретановых, полиэфирных и металлонаполненных смол, а также приведены наиболее распространенные марки лакокрасочных эмалей на их основе. Кроме того, описаны широко применяющиеся в 80-90-х годах марки грунтовок и химических преобразователей продуктов коррозии (ржавчины).
В настоящее время заметен технический процесс в области окрасочного
оборудования для нанесения лакокрасочных покрытий, а также установок для
подготовки (очистки) окрашиваемой поверхности под покрытие. Имеется
достаточно широкий выбор оборудования и установок для воздушного,
безвоздушного и комбинированного распыления ЛКМ, для работы в ручном и
автоматическом режимах, и, что очень важно, для крупногабаритного
оборудования при нефтедобыче, установки с высокой производительностью.
Повышенная опасность обслуживания резервуарного и другого оборудования в
условиях наличия на их стенках пирофорных отложений требует
использования комплекса мер, обеспечивающих с одной стороны
предотвращение их самопроизвольного возгорания, а с другой - недопущение
ситуаций, когда при возгорании пирофорных отложений мог бы произойти
взрыв и пожар.
Как уже отмечалось, трещинообразование в околошовной зоне сварных швов является, с одной стороны, результатом изменения структуры металла с потерей им прочности и пластичности, а с другой - склонностью этой зоны сварного шва к повышенной степени проникновения в металл атомов водорода, т. е. к водородной хрупкости околошовной зоны, усугубляющейся чисто коррозионным разрушением металла в анодной области.
Технологический процесс противокоррозионной защиты внутренней и внешней поверхности законченного строительством или переданного после проведения ремонтных работ стального вертикального цилиндрического резервуара с помощью лакокрасочных и полимерных покрытий включает в себя следующие этапы и стадии:
Подлежащий противокоррозионной защите резервуар оснащается
приточно-вытяжной вентиляцией, здесь устанавливаются дробе-,
пескоструйные аппараты, воздушные компрессоры, окрасочные установки и
другое вспомогательное оборудование, необходимое при проведении
противокоррозионных работ. Внутрь резервуара (через верхние и нижние
люки и монтажные проемы) протягиваются вентиляционные трубы или гибкие
шланги, шланги от пескоструйных и окрасочных агрегатов. В резервуар
подается электроэнергия с низким напряжением, с помощью которой внутри
емкости оборудуется электроосвещение рабочих мест.
Подъемно-транспортное оборудование и средства подмащивания Вентиляция и вентиляционное оборудование Компрессоры и теплогенераторы Светотехническое оборудование
Эффективность и долговечность защиты металлической поверхности
резервуаров лакокрасочными, полимерными или металлополимерными
покрытиями существенным образом зависит от тщательности ее очистки от
продуктов коррозии, окалины, жировых и других загрязнений, которые
препятствуют хорошему сцеплению (адгезии) лакокрасочного покрытия с
металлом. В связи с появлением химически и коррозионно-стойких
полимерных материалов, их высокие защитные свойства часто не реализуются
из-за недостаточно тщательной подготовки металлической поверхности под
покрытие.
Механическая очистка поверхности под покрытие осуществляется двумя
группами методов: ручным или механизированным инструментом, в сочетании с
растворителями или растворами ПАВ, а также струйно-абразивным способом с
помощью металлического песка, дроби или суспензии кварцевого песка с
водой.
Одним из наиболее эффективных способов очистки металлической поверхности
от большинства загрязнений и получения требуемой шероховатости являются
дробе-, пескоструйные и гидропескоструйные методы очистки.
При проведении очистных работ персонал, специализирующийся на
антикоррозионных работах внутри резервуаров, должен знать весь перечень и
характер производственных вредностей, возникающих при очистке металла
от ржавчины, особенно при выполнении дробе- и пескоструйных работ, знать
производственные инструкции, касающиеся технологии очистки; соблюдать
правила личной гигиены, а также правила пользования средствами
индивидуальной защиты (респираторы, очки, мази и т. д.)
В процессе нанесения лакокрасочных покрытий на подготовленную
поверхность, как правило, различают три стадии: грунтование,
шпатлевание, нанесение требуемого числа лакокрасочных слоев. В
результате последовательного выполнения этих операций получают защитную
систему, которая обеспечивает высокую адгезию покрытия с защищаемым
металлом, а также стойкость покрытия к действию окружающей коррозионной
среды.
К работам по приготовлению и нанесению лакокрасочных материалов
допускаются рабочие не моложе 18 лет, прошедшие медицинский осмотр.
Рабочие, занятые приготовлением ЛКМ, обеспечиваются спецодеждой (ГОСТ
12.4.103-80) и средствами индивидуальной защиты (по ГОСТам 12.4.028-76 и
12.4.001-80).
Как уже указывалось, в последнее время в нашей стране и за рубежом для
повышения надежности защиты особо ответственных конструкций от коррозии
широко применяются металлизационно-полимерные покрытия. Они имеют
следующие преимущества по сравнению с раздельно наносимыми
лакокрасочными и металлизационными покрытиями:
Ранее - указывалось, что днище резервуаров является наиболее уязвимой в
коррозионном отношении зоной. При этом с внутренней стороны резервуара
на металл днища оказывают влияние коррозионные факторы подтоварной воды,
а с внешней - агрессивное воздействие почво-грунтов основания. До
появления первого сквозного отверстия в днище основание еще слабо
коррозионно, но после пропитки минерализованной сточной водой в ходе
утечки из резервуара оно становится коррозионно-агрессивным.
После днища перекрытие резервуара (кровля) является наиболее уязвимой в
отношении коррозии и экологического загрязнения окружающей среды частью
резервуара. При появлении в кровле сквозных отверстий через них из
резервуара в окружающую среду улетучиваются газобензиновые фракции
нефти, создавая пожароопасную обстановку в резервуарном парке.
Нанесение защитных покрытий на наружную поверхность стальных
цилиндрических резервуаров в отношении очистки и нанесении лакокрасочных
и других материалов в сущности не отличается от технологического
процесса, принятого при нанесении покрытий на внутреннюю поверхность
резервуаров. Принципиальное отличие - работа производится не в замкнутом
объеме.
