Электрохимическая защита днища и нижних поясов нефтяных резервуаров
Такой вид противокоррозионной защиты металла днища и нижних поясов находит уже промышленное применение на нефтепромыслах Урала и Поволжья как дополнение к уже применяемым средствам борьбы с коррозией. Это связано с тем, что нефтедобывающие предприятия не охватывают другими, более эффективными, методами защиты всего нефтепарка промыслов из-за отсутствия материалов, обученного персонала и благоприятного времени года.
Следует отметить, что самостоятельное применение электрохимической защиты резервуаров типа РВС практически невыгодно из-за больших расходов электрического тока и цветных металлов. Поэтому она обязательно сочетается с защитными покрытиями. Такая система противокоррозионной защиты наиболее эффективна, так как оба метода дополняют друг друга: при неизбежном со временем появлении в покрытии пор и дефектов электрохимическая защита обеспечивает минимум коррозии именно в этих дефектных местах.
Опыт применения этого способа защиты от коррозии еще невелик и не показал особых преимуществ перед другими методами борьбы с коррозией, если не считать того, что устройство ЭХЗ возможно в любое время года, в т.ч. в зимних условиях. С другой стороны, еще не доказано, что эта система защиты от коррозии достаточно эффективна в сероводородсодержащих средах, особенно при осаждении на металле сульфида железа.
Электрохимической называется защита металла от коррозии, осуществляемая принудительным сдвигом потенциала защищаемого металла в катодную сторону (катодная поляризация), когда металл становится катодом. Коррозии при этом он не подвергается в агрессивной среде до тех пор, пока его потенциал поддерживается в заданных пределах - минимально - минус 0,85 В и максимально - минус 1,1. Превышение максимального значения потенциала оказывает очень вредное влияние на состояние защитного покрытия, заставляя его отслаиваться от металла. А вот без покрытия потенциал может достигать и больших значений, однако расход электроэнергии и цветных металлов при этом чрезмерно велик и себя не оправдывает.
В качестве анода - жертвенного металла, на котором идут анодные процессы растворения металла или выделения анодных продуктов коррозии, в случае протекторной защиты выступает цветной металл (алюминий, цинк, магний или их сплавы), который имеет высокий отрицательный потенциал и легко сдвигает потенциал защищаемого металла в нужную отрицательную сторону, сам при этом расстворяясь до конца. Поскольку такой металл легко менять, то защита от коррозии ценной конструкционной установки, аппарата или части резервуара, контактирующего с водной фазой среды, обеспечивается затратой на простое изделие из цветного металла. В случае катодной защиты сдвиг потенциала осуществляется электрическим током, а в качестве анода используется практически нерастворимый в среде металл - анод. Если на защищаемой поверхности конструкции имеется покрытие, то расход электрического тока невелик и себя оправдывает, но при плохом качестве защитного покрытия внешний ток очень велик и не всегда оправдан.
Необходимо отметить, что в резервуаре используют две системы электрохимической защиты: внутри резервуара для замедления коррозии днища и нижних поясов контактирующих с подтоварной (сточной или пластовой водой) и с внешней стороны днища - устройством, чаще всего, протекторной защиты, при которой аноды из цветных металлов (протекторы) устанавливаются в почве по периметру днища.
Совокупность защищаемого сооружения, протекторов, окружающей их электропроводной среды и соединительных проводов образует систему протекторной защиты резервуара.
Основные параметры системы протекторной защиты - электродный потенциал стенки резервуара в водной фазе среды и плотность тока на защищаемой поверхности. К параметрам протектора относят также рабочий потенциал и ток протектора, сопротивление растеканию тока, сопротивление токопровода, срок действия протектора и др. Протекторная защита - разновидность катодной защиты и не требует внешнего источника тока. Необходимый для осуществления защиты поляризационный ток создает электрохимический элемент, в котором роль анода играет цветной металл или сплав. Для изготовления протекторов нужной конфигурации используют чаще всего сплавы магния, цинка или алюминия. Наиболее распространенные протекторы, выпускаемые промышленностью для защиты судов морского флота, подземных сооружений трубопроводов и др. - это марки ПМ5У, ПМ10У, ПМ20У, протекторы с анодами ПМ5, ПМ10, ПМ20. Станционарные потенциалы протекторов с анодами из сплава МПУ и МПУ-вч соответственно равны 1,6 и -1,62В, что вполне достаточно для требуемого сдвига потенциала защищаемого металла в катодную (защитную) сторону. Теоретическая токоотдача составляет 2332 А.ч/кг. Широко используются для защиты резервуаров магниевые аноды П1-68, П269, П369 и П469, выпускаемые для защиты от коррозии морских нефтепромыслов. Есть протекторы пруткового типа ПМП. ВНИИСТ рекомендует магниевые, алюминиевые и цинковые протекторы марок МП, АП и ЦП.
Все практические вопросы применения протекторной защиты для защиты внутренней полости резервуаров на нефтепромыслах, связанные с расчетами числа протекторов, методами их крепления на днище, правила ее пуска, контроля и эксплуатации подробно изложены в Инструкции по протекторной защите внутренней поверхности нефтяных резервуаров ВСП-158-83, разработанной в 1984 г. ВНИИСТ (Москва).
ТатНИПИнефть (г. Бугульма) также разработан РД по проведению таких работ в резервуарах РД 39-0147585-002-93.
Для расчета протекторной защиты внутренней поверхности стальных резервуаров необходимы следующие исходные данные:
- режим работы резервуара;
- диаметр резервуара;
- толщина стенки нижнего пояса и днища резервуара;
- характеристика подтоварной воды (общая минерализация или удельное электрическое сопротивление, щелочность, газовый состав);
- уровень подтоварной воды.
Расчет протекторной защиты приведен в Инструкции ВНИИСТ, а также более детально, с применением других типов анодов из цветных металлов, РД ТатНИПИнефть 39-0147585-002-93.
В этих же документах приводится пример расчетов,что позволяет правильно использовать рекомендуемые формулы.
Еще раз подчеркиваем, что протекторная защита внутренней поверхности РВС тогда эффективна, когда на защищаемую зону нанесено изоляционное покрытие. В ином случае саморастворение протекторов в сточных водах промыслов настолько велико, что делает этот вид защиты очень дорогим.
Катодная защита внутренней полости внешним током обеспечивается с помощью наложенного тока от внешнего источника энергии, обычно выпрямителя, который преобразует переменный ток промышленной частоты в постоянный. Отрицательный полюс источника подключают к защищаемому сооружению (в данном случае - к стенкам и днищу резервуара), которое выполняет роль катода. Анод электрической цепи - специальное анодное устройство, подключаемое к положительному полюсу источника. Ток, проходящий от анодного устройства к защищаемому сооружению, создает в водной фазе среды электрическое поле, обуславливающее уменьшение потенциала стенки резервуара и днища, что в конечном счете приводит к прекращению на них анодных коррозионных процессов. Однако еще не доказано, что этот вид защиты оправдывает себя в сероводородсодержащих средах.
Для катодной защиты используют катодные станции с преобразователями. Они оснащены понижающим трансформатором или автотрансформатором, выпрямительным устройством (кремниевым, селеновым или германиевым) и устройством для регулировки выходных напряжений и тока.
Автоматические катодные станции снабжены специальными блоками, обеспечивающими автоматическое регулирование электрических параметров защиты (мощности, тока или напряжения). Автоматическое регулирование позволяет ограничить и поддерживать в заданных пределах разность потенциалов между защищаемым металлическим сооружением (резервуар) и анодными блоками. Для обычных катодных станций с максимальной защитной слой тока не более 50А выпускают автоматическую приставку (БАКС-50). К автоматическим катодным станциям относят и преобразователи типа ПАСК.
Перечень рекомендуемых для катодной защиты автоматических станций приведен во всех справочниках.
Аноды для катодной защиты резервуаров применяются в специальном исполнении, они должны быть малорастворимыми при работе катодной защиты. Это - железокремниевые сплавы марки С-15, ЗЖК, АКО, графитопласт АТМ-1 и другие марки. В качестве анодов, если нет этих, используют стальные и чугунные трубы, рельсы и т.д. Для катодной защиты резервуаров ТатНИПИнефть разработал и рекомендует аноды специальной конструкции, приспособленные для размещения внутри резервуаров.
Все вопросы практического применения катодной защиты, необходимые расчеты, схема расположения анодов, их устройства, монтажа, эксплуатации и контроля катодной защиты изложены в РД 39-0147585-006-86 «Инструкция по монтажу и эксплуатации комплексной защиты резервуаров РВС от коррозии» разработанной институтом ТатНИПИнефть (г. Бугульма).
