устройство защиты промысловых нефтепроводов от внутренней коррозии

Формула изобретения

Устройство защиты нефтепромысловых трубопроводов от внутренней коррозии, заключающееся в катодной поляризации защищаемого оборудования путем формирования источника постоянного тока с использованием «жертвенного электрода» - металла с низкой электрохимической активностью по отношению к железу - магнию, отличающееся тем, что «жертвенный электрод» размещается в корпусе, выполненном из пустотелого цилиндра, снабженного с обоих торцов фланцами, внутри которого размещен жертвенный электрод из магния на диэлектрических центраторах с отверстиями, при этом устройство располагается в максимально низкой части трубопровода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области защиты от коррозии манифольдов, резервуаров, шлейфов добывающих скважин и линейной части подземных продуктопроводов и нефтепроводов путем их катодной поляризацией.

Известно устройство протекторной защиты линейной части трубопроводов, включающее и запорную арматуру от коррозии путем создания использования крупных гальванических элементов, в которых катодом является защищаемое сооружение. Такая катодная защита получила название протекторной защиты, защита гальваническими анодами или защита автономными анодами (1). Улиг Г.Г., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику. / Под ред. A.M.Сухотина. - Л.: Химия, 1989. - Пер. изд. США, 1985. - 456с.).

Недостатком устройств протекторной защиты является ограниченный срок службы протектора, малая зона действия защиты и недостаточная эффективность.

Частично эти недостатки устранены в устройствах катодной защиты с использованием наземного источника питания постоянного тока и вспомогательного электрода. Устройство для реализации катодной защиты предполагает подключение положительного полюса источника питания к вспомогательному электроду (аноду), а отрицательный - к защищаемому сооружению с использованием металлической (гальванической) связи, то есть внешний ток прилагают к коррозирующему металлу, на поверхности которого действуют локальные элементы. Ток течет от вспомогательного электрода к катодным и анодным участкам коррозионных элементов на поверхности защищаемого металла и возвращается в источник тока. Как только поляризация катодных участков внешним током достигает потенциала анода, на всей поверхности металла устанавливается одинаковый потенциал и локальный (разрушающий) ток больше не протекает. Таким образом, пока к металлу приложен внешний ток, он не может коррозировать (2). Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. - М.: Металлургия, 1976. - 472с.).

Недостатком этого устройства является не достаточная эффективность в условиях высокого электрического сопротивления грунтов и как следствие, сниженные значения плотности тока, также отмечено, что применение рассмотренного устройства, также, не повышает усталостную прочность металла внутренней поверхности труб, в частности не предотвращает «канавочное» разрушение по нижней образующей в трехфазной расслоившейся системе газ-нефть-водный электролит.

Цель изобретения - повышение эффективности защиты промысловых трубопроводов от коррозии путем увеличения зоны действия защиты и комплексного воздействия на внутреннею поверхность металлического трубопровода.

Поставленная цель достигается тем, что «жертвенный» электрод размещается в корпусе, выполненном из пустотелого цилиндра, снабженного с обоих торцов фланцами, внутри которого размещен «жертвенный» электрод, например из магния, на диэлектрических центраторах с отверстиями, при этом устройство располагается в максимально низкой части трубопровода.

Достижение положительного эффекта в предложенном устройстве обеспечивается, во-первых, повышенной плотностью тока, вследствие использования в качестве электролита перекачиваемой жидкости (воды эмульгированой в нефти) и, во-вторых, эффекта «катодной пассивности» так как внутренняя и наружная поверхность трубопровода покрываются прочной пленкой Fe₃O ₄ (магнетит), дополнительно обеспечивая иммунитет от коррозии и устранение дефектных зон вдоль трубопровода.

На чертеже изображено устройство для предотвращения промысловых нефтепромысловых трубопроводов от внутренней коррозии, состоящее из корпуса 1 с фланцами, «жертвенного» электрода - 2, диэлектрических центраторов - 3 и стягивающих элементов болтов - 4 и - 5. Устройство устанавливается в нижней части защищаемого трубопровода.

Устройство работает следующим образом. Под действием сформированного гальванического источника электрического тока (железо-магниевый элемент), протекающего через транспортируемую минерализованную жидкость, происходит электролиз воды эмульгированной в нефти и за счет электрохимических реакций, кроме катодной поляризации защищаемого оборудования, обеспечиваются условия для образования защитной пленки магнетита по выражению

3Fe⁺²+4OН ^-1=Fe₃O₄+2Н ₂

Вещества, способствующие возникновению на металле защитной пленки, носят название пассивирующих агентов. Для железа хорошим пассивирующим агентом служат ионы ОН. В результате электролиза на поверхности металла образуется тончайшая пленка слоя окиси, препятствующая дальнейшему окислению. Существование таких «оксидных пленок» доказано различными методами; поляризацией отраженного света, рентгенографическим путем и др. При некоторых условиях возможно образование пленок магнетита и известковых отложений в таком сочетании, что дефекты трубопровода будут полностью заблокированы. Блокировка этих дефектов означает, что нет доступа электролита к защищаемому сооружению, а следовательно, нет условий для развития коррозии. Как показали проведенные лабораторные исследования, электролитическое воздействие приводит к появлению газовых пузырьков малого радиуса на поверхности защищаемого металла, с электрически заряженной поверхностью и, тем самым, устойчивых к схлопыванию.

Возможность образования хорошо проводящего гладкого покрытия достаточной толщины силы притяжения снижают настолько, что сдвиговые напряжения срывают частицы солей, парафинов, гидратов и продуктов коррозионного износа с внутренней поверхности трубопровода, обеспечивая разрушение загрязнений, их отрыв от стальной поверхности оборудования и облегчая их удаление восходящим потоком лифтируемой жидкости, а также поверхностно-активными веществами, образующихся в процессе электролиза воды. Одновременно на очищенной стальной поверхности образуется защитная, с малой шероховатостью, пассивирующая пленка магнетита F₃O₄, обеспечивающая иммунитет от коррозии и устранение дефектных зон вдоль колонны. Учитывая, что электрическое сопротивление оксидной пленки значительно больше сопротивления чистого металла, большая часть тока, шунтируя защищенные оксидной пленкой участки поверхности, потечет к новым участкам стальной поверхности, тем самым, обеспечивая защиту более удаленных участков от места расположения устройства.