способ защиты от эрозионно-коррозионного разрушения морских сооружений добычи нефти и газа в ледовых условиях

Формула изобретения

Способ защиты от эрозионно-коррозионного разрушения морских сооружений добычи нефти и газа в ледовых условиях, включающий нанесение защитных покрытий на конструкционную сталь наружной обшивки и установку системы катодной защиты от коррозии, при этом наружную обшивку сооружений на участках воздействия льда в морской воде выполняют из высокопрочной хладостойкой стали и в качестве защитного покрытия наносят эрозионно-стойкий в ледовых условиях металлический плакирующий слой, а катодную защиту устанавливают на подводной поверхности наружной обшивки на расстоянии 0,5-0,7 защитного радиуса анода от соединения основного металла сооружения высокопрочной хладостойкой стали с плакированной сталью и используют аноды повышенной прочности в ледовых условиях эксплуатации, отличающийся тем, что эрозионно-стойкий в ледовых условиях металлический плакирующий слой выполняют в виде спрессованной металлической проволочной основы, включающей проволочные спирали из стали и бронзы в соотношении 2:1, и соединенные с фторопластом путем прессования с глубиной нанесения эластичного покрытия 20-30% от толщины наружной обшивки, причем эластичное покрытие дополнительно спрессовывают с арматурной оплеткой, выполненной из бронзовых спиралей, которая плотно охватывает проволочную основу по всей поверхности, причем в местах сочленения обшивки по периметру корпуса размещают эластичные слои и уплотнения, выполненные из армированного многослойного прокладочного материала, защитные коррозийно-стойкие и герметизирующие слои стыковых соединений выполняют из шпатлевки холодного отверждения, армированной полимерным волокном в соотношении 5:1, при этом обшивку выполняют из маломагнитной стали, представляющей собой листовой прокат толщиной от 1 до 40 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам защиты от эрозионно-коррозионного разрушения подводной поверхности морских сооружений освоения шельфа замерзающих морей, например морских стационарных и плавучих буровых платформ, а также от воздействия на них ледовых образований и может быть использовано в другой морской технике, предназначенной для ледовых условий эксплуатации, например средств транспортировки углеводородов, включая танкеры и магистральные трубопроводы.

В связи с активизацией в стране и за рубежом работ по добыче нефти и газа, различных конкреций в шельфе арктических морей повышение надежности морских сооружений, проектируемых на длительный срок эксплуатации без докования, имеет важное экономическое значение.

Одним из факторов, снижающих надежность морских сооружений в ледовых условиях эксплуатации, является интенсивное эрозионно-коррозионное разрушение наружной обшивки на участках воздействия льда в морской воде как результат сложного механизма эрозионного (механического) действия льда в коррозионной среде морской воды.

Известны способы защиты от эрозионно-коррозионного разрушения морских сооружений добычи нефти и газа в ледовых условиях (Патент RU № 2070620; Патент RU № 2237748; Патент RU № 2331710; Патент RU № 2339868; Климова В.А. и др. Коррозия корпусов ледоколов и судов ледового плавания. «Технология судостроения», 1980, № 5, с.93).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является «Способ защиты от эрозионно-коррозионного разрушения морских сооружений добычи нефти и газа в ледовых условиях» (Патент RU № 2070620), который и выбран в качестве прототипа.

Известный способ позволяет обеспечить защиту от эрозионно-коррозионных разрушений наружной обшивки подводной поверхности на участках воздействия льда в морской воде, повысить надежность создаваемых морских сооружений, предназначенных для ледовых условий эксплуатации, особенно с учетом невозможности докования большинства таких сооружений.

Однако кроме эрозионно-коррозионных разрушений на морские сооружения добычи нефти и газа в ледовых условиях периодически воздействуют опасные ледовые объекты (айсберги, ледяные поля, гряды торосов), которые способны:

- оказать сверхнормативное воздействие на конструкции морских объектов разведки, добычи или транспортировки углеводородов, расположенных на шельфе замерзающих морей, и тем самым вывести эти объекты из строя, разрушить их, привести к угрозе жизни и здоровья человека, привести к аварийному загрязнению морской среды;

- нарушить нормальные режимы эксплуатации объектов разведки, добычи и транспортировки углеводородов, привести к потерям времени, увеличить риск жизни и здоровью людей и риск аварийного загрязнения среды;

- осложнить производство работ по разведке, добычи и погрузке углеводородов, а также производство аварийно-спасательных работ и работ по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций и загрязнения морской среды.

Известно, что в арктических морях России суровость ледовых условий возрастает по мере продвижения от западных границ страны к востоку и северу, достигая пика на долготе мыса Челюскин, затем по мере продвижения к востоку - до Берингова пролива, ледовые условия несколько смягчаются, оставаясь весьма сложными.

В районах Арктического континентального шельфа России распространение айсбергов изучено в основном до Баренцева и Карского морей, где в 80 процентов случаев отмечаются обломки и куски айсбергов массой до 6000 тонн. Масса наибольших айсбергов в море оценивается в 6-10 млн тонн, а в районе Штокмановского газоконденсатного месторождения (ШГКМ) - 3-7 млн тонн.

По данным исторических наблюдений за период 1928-1993 годы через район диаметром 60 миль с центом в районе ШГКМ в среднем за год может проходить 175 айсбергов, а 1 раз в 100 лет - 3 айсберга в год. В то же время по результатам наблюдений в аномальных условиях в полосе широт 72-73 градуса с.ш. (май 2003 года) был зафиксирован 41 айсберг. В целом результаты обобщения сведений об айсбергах в районе ШГКМ иногда противоречат друг другу.

Вместе с тем достаточно высокая вероятность появления айсбергов в районе ШГКМ указывает на необходимость повышения эксплуатационной надежности и безопасности морских буровых платформ, морских терминалов технических средств транспортировки углеводородов.

Технической задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей известного способа и повышение безопасности морских буровых платформ в ледовых условиях эксплуатации путем защиты их от воздействия опасных ледовых объектов (айсберги, ледяные поля, гряды торосов).

Поставленная задача решается тем, что в способе защиты от эррозионно-коррозионного разрушения морских сооружений добычи нефти и газа в ледовых условиях, включающим нанесение защитных покрытий на конструкционную сталь наружной обшивки и установку системы катодной защиты от коррозии, при этом наружную обшивку сооружений на участках воздействия льда в морской воде выполняют из высокопрочной хладостойкой стали и в качестве защитного покрытия наносят эрозионностойкий в ледовых условиях металлический плакирующий слой, а катодную защиту устанавливают на подводной поверхности наружной обшивки на расстоянии 0,5÷0,7 защитного радиуса анода от соединения основного металла сооружения высокопрочной хладостойкой стали с плакированной сталью и используют аноды повышенной прочности в ледовых условиях эксплуатации, в котором эрозионностойкий в ледовых условиях металлический плакирующий слой выполнен в виде спрессованной металлической проволочной основы, включающей проволочные спирали из стали и бронзы в соотношении 2:1 и соединенные с фторопластом путем прессования с глубиной нанесения эластичного покрытия 20-30% от толщины наружной обшивки, причем эластичное покрытие дополнительно спрессовывают с арматурной оплеткой, выполненной из бронзовых спиралей, которая плотно охватывает проволочную основу по всей поверхности, в местах сочленения обшивки по периметру корпуса размещены эластичные слои и уплотнения, выполненные из армированного многослойного прокладочного материала, защитные коррозийно-стойкие и герметизирующие слои стыковых соединений выполнены из шпатлевки холодного отверждения, армированной полимерным волокном в соотношении 5:1, при этом обшивка выполнена из маломагнитной стали, представляющей собой листовой прокат толщиной от 1 до 40 мм.

Новые отличительные признаки заявляемого технического решения, заключающиеся в том, что эрозионностойкий в ледовых условиях металлический плакирующий слой выполнен в виде спрессованной металлической проволочной основы, включающей проволочные спирали из стали и бронзы в соотношении 2:1 и соединенные с фторопластом путем прессования с глубиной нанесения эластичного покрытия 20-30% от толщины наружной обшивки, причем эластичное покрытие дополнительно спрессовывают с арматурной оплеткой, выполненной из бронзовых спиралей, которая плотно охватывает проволочную основу по всей поверхности, в местах сочленения обшивки по периметру корпуса размещены эластичные слои и уплотнения, выполненные из армированного многослойного прокладочного материала, защитные коррозийно-стойкие и герметизирующие слои стыковых соединений выполнены из шпатлевки холодного отверждения, армированной полимерным волокном в соотношении 5:1, при этом обшивка выполнена из маломагнитной стали, представляющей собой листовой прокат толщиной от 1 до 40 мм, из известного уровня техники не выявлен, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности изобретательский уровень .

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Для защиты стационарных или плавучих морских буровых платформ от эрозионно-коррозионного разрушения их наружную обшивку на участках воздействия льда в морской воде выполняют из высокопрочной хладостойкой стали и в качестве защитного покрытия на нее наносят металлический плакирующий слой, обладающий эрозионной стойкостью в ледовых условиях со скоростью разрушения не более 0,05 мм/год, например из стабилизированной нержавеющей стали, а катодную защиту устанавливают на подводной поверхности наружной обшивки на расстоянии 0,5÷0,7 защитного радиуса анода от соединения основного металла сооружения - высокопрочной хладостойкой стали с плакированной сталью, при этом используют аноды повышенной прочности в ледовых условиях эксплуатации и эффективность катодной защиты обеспечивают ее дополнительным расчетом из условия компенсации тока контактной пары разнородных металлов в морской воде, например плакирующего слоя из нержавеющей стали с остальной обшивкой из высокопрочной хладостойкой стали. При этом основной расчет системы катодной защиты производят, например, по известной методике («Технология судостроения», 1990, № 3, с.72, «Особенности расчета системы катодной защиты судов ледового плавания»).

В отличие от известных технических решений на внешней поверхности наружной обшивки морских сооружений, предназначенных для эксплуатации в ледовых условиях, например морских буровых платформ и морских терминалов, размещают эластичное покрытие, состоящее из спрессованной металлической проволочной основы, включающей проволочные спирали из стали и бронзы в соотношении 3:2 и соединенные с фторопластом путем прессования с глубиной нанесения эластичного покрытия 20-30% от толщины наружной обшивки. Причем эластичное покрытие дополнительно спрессовывают с арматурной оплеткой, выполненной из бронзовых спиралей, которая плотно охватывает проволочную основу по всей поверхности. Это позволяет изготовить наружную обшивку с однородным и равномерно распределенным по его поверхности упругодемпфирующим элементом, обеспечивающим надежное сочленение его с корпусом морских сооружений при воздействии вибрационных и ударных нагрузок, обусловленных гидродинамическими факторами, включая удары айсбергов. В местах сочленения обшивки по периметру корпуса размещены эластичные слои и уплотнения, выполненные из армированного многослойного прокладочного материала, например асбостальных листов (Порошин Г.В. Производство асбостальных листов. М., Химия, 1984, с.52-60). Это повышает стойкость стыковых соединений к действию удельных давлений. Также они могут быть выполнены из сплавов, обладающих памятью формы, например из сплава TINI. Это позволяет при изменении температуры окружающей среды сохранять форму уплотнений и создавать постоянное усилие для крепежных элементов стыковых соединений.

Защитные коррозийно-стойкие и герметизирующие слои стыковых соединений выполняют из шпатлевки холодного отверждения, армированной полимерным волокном (например, макролоном, имеющим высокую ударную стойкость) в соотношении 5:1. Это позволяет исключить возможные изгибы шайб между элементами крепления, имеющих радиусную поверхность. Использование полимерного волокна, выполненного из смеси органического и неорганического антипренов, позволяет существенно замедлить или полностью подавить возможность возгорания полимеров при неблагоприятном стечении обстоятельств в период перекачки углеводородов. При этом обшивка выполнена из маломагнитной стали, например типа НС-5Т, представляющей собой листовой прокат толщиной от 1 до 40 мм, имеющей следующие характеристики:

- магнитная проницаемость более 1,01 м;

- предел текучести более 400 Мпа;

- предел прочности более 650 Мпа;

- относительное удлинение более 30%;

- относительное сужение более 50%;

- ударная вязкость более 100 Дж/см.

Изготовление обшивки из маломагнитной стали обеспечивает требуемую микроструктуру наплавленного металла и, соответственно, высокую ударную вязкость.

При этом могут быть использованы практически любые сварочные электроды с низким влагопоглощением и любые сварочные процессы, включая ручной, механизированный, полуавтоматический (Сварка емкостей танкеров для перевозки сжиженного газа методом ЭСАБ / Svetsaren , том 58, № 1, 2003, с.1-8).

Данная обшивка может быть также применена в качестве защитного барьера корпусов судов ледового плавания, включая танкеры.

При этом существенно упрощается конструкция челночных и линейных танкеров, выполняемых с двойным дном и с двойными бортами (Морские транспортные системы для вывоза нефти арктических месторождений / Ю.Симонов, В.Минин, Ю.Поляков, А.Пинский // Технологии ТЭК, № 1, 2004, с.2; Патент RU № 2203197).

Кроме того, выполнение элементов, образующих защитный барьер из однородного по химическому составу материала, существенно снижает вероятность проявления электрохимической коррозии.

Выполнение элементов, образующих защитный барьер из маломагнитной стали, обеспечивает повышение ударной вязкости конструктивных элементов средств транспортировки углеводородов в 3-4 раза. По сравнению с аналогами и прототипом существенно повышаются такие характеристики, как предел прочности с 255 до 650 Мпа, относительное удлинение от 24 до 30% и более, ударная вязкость с 24 до 100 Дж/см.

Реализация заявляемого изобретения технической трудности не представляет, так как отдельные конструктивные элементы прошли апробацию и имеют промышленную применимость, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности «промышленная применимость».