Geum.ru

Протасов В. Н. Ргу нефти и газа им. И. М

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
Состояние и перспективы применения полимерных покрытий

в оборудовании и сооружениях нефтегазовой отрасли


(Протасов В.Н. РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина)


Оборудование и сооружения нефтегазовой отрасли подвергаются в процессе эксплуатации разнообразным видам внешних воздействий, которые можно разделить на ряд групп: воздействия механические, воздействия физико-химические, обусловленные действием разнообразных сред, воздействия температурные и комплексные воздействия, представляющие собой сочетание указанных видов воздействий. Последние наиболее часто встречаются в промышленных условиях.

Под влиянием этих воздействий на поверхностях и в объеме металлов и сплавов, используемых для изготовления элементов нефтегазового оборудования и сооружений, развиваются разнообразные процессы, вызывающие разрушение и существенное снижение эффективности работы этих элементов. К указанным процессам прежде всего относятся: коррозия в электрохимически активных и химически активных средах, активируемая действием различных микроорганизмов, статическая усталость при постоянных нагрузках в электрохимически активных (коррозия под напряжением) и сорбционно-активных средах, циклическая усталость при переменных нагрузках в электрохимически активных (коррозионная усталость) и сорбционно-активных средах, изнашивание в электрохимически активных (коррозионно-механическое) и сорбционно-активных средах, образование значительных твердых отложений на поверхностях металлов и сплавов.

Данные процессы интенсивно развиваются в оборудовании и сооружениях, используемых для добычи нефти и газа, сбора, первичной подготовки, хранения и транспорта продукции добывающих скважин, поддержания пластового давления. К указанным видам оборудования и сооружений, в частности, относятся промысловые трубопроводы, насосы, запорная и регулирующая арматура различного назначения, промысловые резервуары и различные типы технологических аппаратов, колонны насосно-компрессорных труб в скважинах, скважинные насосные агрегаты и др.

Предотвращение или существенное торможение процессов, вызывающих разрушение или снижение эффективности работы различных элементов нефтегазового оборудования и сооружений, в значительной мере определяется качеством поверхностей этих элементов, которое в свою очередь обусловливается механическими и физико-химическими свойствами поверхностного слоя и микрорельефом поверхности.

Обеспечить требуемый комплекс физико-химических свойств поверхностного слоя металла или сплава в большинстве случаев достаточно сложно. Перспективным направлением является нанесение на поверхности оборудования и сооружений полимерных покрытий, для формирования которых можно применять разнообразные лакокрасочные и полимерные материалы с широким спектром физико-химических и механических свойств.

Правильно подобранные материалы и конструкции покрытий на их основе защищают металл от разрушения в коррозионно-активных и сорбционно-активных средах, предотвращают образование значительных отложений АСП и минеральных солей на поверхностях проточных каналов и снижают их гидравлическое сопротивление за счет уменьшения шероховатости, повышают герметичность неподвижных разъемных соединений, обеспечивают теплоизоляцию, защищают от износа и др.

Полимерными покрытиями изолируют наружную и внутреннюю поверхности нефтегазопроводных труб и соединительных трубных деталей для защиты от коррозии, коррозионно-механического износа, снижения гидравлического сопротивления, проточные поверхности рабочих колес и направляющих аппаратов центробежных насосов для защиты от коррозионно-механического износа и повышения коэффициента полезного действия, внутреннюю поверхность насосно-компрессорных труб для защиты от коррозии, образования значительных отложений АСП и минеральных солей, поверхность насосных штанг скважинных насосов для повышения сопротивления циклической усталости в электрохимически активных и сорбционно-активных средах и защиты от отложений АСП и минеральных солей, внутреннюю и наружную поверхности промысловых резервуаров для защиты от коррозии, внутреннюю поверхность сепараторов для защиты от коррозии, наружную поверхность корпусов скважинных насосов для защиты от коррозии и др.

Наряду с этим имеется достаточно много примеров низкой эффективности и ограниченного срока службы используемых покрытий, необоснованных значительных материальных затрат на их применение.

Подобное противоречие объясняется несоответствием технических требований к покрытию конкретного объекта, содержащихся в действующей нормативной документации, назначению этого покрытия, отсутствием методологии выбора оптимальной конструкции покрытия требуемого качества, обеспечения этого качества на стадиях проектирования и производства объекта с покрытием, его поддержания на стадии эксплуатации.

Для того, чтобы полимерное покрытие обеспечивало требуемую надежность и эффективность работы конкретного объекта нефтегазовой отрасли, необходимо наиболее полно выявить его назначение в этом объекте.

Назначение покрытия включает в себя функции, которое должно выполнять покрытие конкретного объекта, внешние воздействия на покрытие на стадиях технической эксплуатации (хранение, транспортирование, монтаж, техническое обслуживание и ремонт)) и использования объекта по назначению, регламентированный срок службы покрытия.

Данные составляющие понятия «назначение покрытия» являются определяющими при разработке технических требований Потребителя к покрытию конкретного объекта.

Технические требования Потребителя к покрытию, определяющие требуемое качество этого покрытия и используемые при контроле его фактического качества, должны содержать:

-комплекс свойств покрытия, определяющий его способность выполнять требуемые функции;

-виды внешних воздействий на покрытие при испытаниях в лабораторных условиях и свойства покрытия, которые необходимо контролировать при этих воздействиях на требуемой базе времени; при этом внешние воздействия на покрытие в лабораторных условиях должны моделировать те виды внешних воздействий в реальных условиях эксплуатации, которые могут вызвать изменение требуемых характеристик покрытия;

-показатели свойств покрытия при различных видах внешнего воздействия и нормы на них, обусловливающие регламентированный срок службы покрытия.

-методы контроля в лабораторных или цеховых условиях соответствия фактических характеристик покрытия норме в исходном состоянии и после различных видов внешних воздействий, моделирующие реальное напряженно-деформированное состояние покрытия и внешние воздействия на покрытие при эксплуатации, способные вызвать изменение его требуемых характеристик.

В настоящее время стандартизированы только технические требования к наружному покрытию нефтегазопроводных труб. Имеются корпоративные технические требования ряда нефтегазовых компаний к наружному и внутреннему покрытию соединительных трубных деталей, к внутреннему покрытию нефтегазопроводных труб, к наружному и внутреннему покрытию нефтяных резервуаров.

Анализ этих технических требований показывает, что содержащийся в них комплекс требуемых свойств покрытия не обусловливает способность покрытия выполнять свое назначение. В частности, в стандартизированных требованиях на наружное покрытие труб отсутствуют свойства, определяющие способность покрытия защищать сталь от коррозионного растрескивания под напряжением в электрохимически активных средах и сульфидного растрескивания в сероводородсодержащей водной среде. В этих же технических требованиях способность покрытия защищать сталь от коррозии обусловливается его электропроводностью, показателем которой является переходное сопротивление покрытия. Данное свойство является одним из составляющих комплекса свойств, определяющих противокоррозионное действие покрытия. Абсолютно непроницаемых полимерных покрытий не бывает, что подтверждает стандартизированная норма на их переходное сопротивление. Скорость коррозии стали под покрытием в значительной мере определяется проницаемостью через покрытие коррозионно-активных агентов, в частности, молекул кислорода, сероводорода, ионов хлора и др., что не отражает данный показатель. Не учитывает он влияние на скорость коррозии защищаемой стали пигментов протекторного действия, содержащихся в материале покрытия и ряд других факторов, в частности, долю адгезии в механизме противокоррозионного действия покрытия. Поэтому введение в технические требования свойств покрытия, однозначно определяющих его требуемое противокоррозионное действие в электрохимически активной среде, является актуальной задачей.

Существенными недостатками действующей нормативной документации на полимерные покрытия труб также являются:

-подмена показателей свойств покрытия характеристиками используемых материалов или различными видами внешнего воздействия на покрытие;

-значения норм на показатели свойств покрытия в большинстве случаев обусловлены гарантируемыми Изготовителем характеристиками используемых лакокрасочных и полимерных материалов в исходном состоянии и после различных видов внешних воздействий, что недопустимо;

численные значения норм на требуемые показатели свойств покрытия должны регламентироваться Потребителем исходя из назначения покрытия; в соответствии с этими нормами Разработчик покрытия должен выбирать материалы с требуемыми характеристиками и конструкцию покрытия на их основе, включающую расположение слоев из выбранных материалов, количество слоев, их толщину, общую толщину покрытия.

-методы контроля характеристик покрытия при различных видах внешнего воздействия на него не моделируют напряженно-деформированное состояние покрытия конкретного объекта и реальные виды внешнего воздействия на него в условиях эксплуатации, способные вызвать изменение его характеристик.

Проведенный анализ действующей нормативной документации, определяющей требуемое качество полимерных покрытий различных объектов нефтегазовой отрасли объективно показывает, что она аналогична справочникам на выпускаемые промышленностью конструкционные материалы, т.е. содержит предлагаемые конструкции покрытий из конкретных типов материалов и их характеристики, гарантируемые Изготовителем.

Потребителю сложно выбрать покрытие для конкретного объекта на основании подобной нормативной документации по двум причинам.

Первая причина - у Потребителя отсутствуют технические требования к покрытию данного объекта, содержащие требуемый комплекс свойств покрытия, показатели этих свойств, нормы на них и методы контроля, исходя назначения этого покрытия, включающего выполняемые покрытием функции, условия применения и регламентированный срок службы,

Вторая причина – содержащийся в нормативной документации

Изготовителя комплекс свойств покрытия из конкретных материалов, их показателей и норм на показатели не соответствует требуемому комплексу, обусловливаемому назначением покрытия.

Для устранения этого противоречия Потребитель конкретного объекта с полимерным покрытием должен разработать технические требования к этому покрытию в соответствии с его назначением и согласовать эти требования с Изготовителем, осуществляющим изоляцию рассматриваемого объекта полимерным покрытием.

Изготовитель, осуществляющий изоляцию объекта полимерным покрытием, при отсутствии у него системы покрытия, обладающей требуемыми характеристиками, передает разработанные Потребителем технические требования к покрытию Производителю материалов с введением в технические требования Потребителя конкретных физико-химических характеристик материалов, которые будут использоваться при изоляции объекта на оборудовании Изготовителя.

Следовательно, технические требования Потребителя к покрытию конкретного объекта должны являться базой технических условий Изготовителя, осуществляющего изоляцию объекта покрытием из конкретных материалов. При этом Изготовитель добавляет в технические требования Потребителя колонку с гарантируемыми им фактическими характеристиками покрытия, сформированного на его оборудовании.

Технические требования Потребителя, переданные Изготовителем Разработчику материалов с добавлением в них требуемых технологических характеристик материалов, являются базой технических условий Производителя материалов.

Подобное единство комплекса свойств, показателей, норм и методов контроля в технических требованиях Потребителя, технических условиях Изготовителя покрытия и технических условиях Производителя материалов обеспечит создание единой системы контроля качества покрытия на различных стадиях его жизненного цикла.

На первый взгляд кажется, что так оно и делается в настоящее время и автор доклада не предлагает ничего нового и тем более прогрессивного. Подобное восприятие объясняется тем, что предлагаемая и действующая системы обеспечения требуемого качества покрытий нефтегазового оборудования близки по форме, но принципиально отличаются по содержанию, что подтверждает анализ действующей нормативной документации.

Потребители нефтегазового оборудования и сооружений с полимерным покрытием в настоящее время не готовы к разработке нормативной документации, определяющей качество покрытия в соответствии с его назначением и квалифицированному контролю соответствия используемых объектов с покрытием требованиям этой документации, что обусловлено следующими проблемами:

-отсутствие на предприятиях нефтегазовой отрасли специалистов соответствующей квалификации;

-отсутствие методических материалов по разработке технических требований к покрытию различных объектов в соответствии с их назначением;

-отсутствие в службах технадзора за техническим состоянием эксплуатируемых объектов с покрытием методик и технических средств для диагностирования технического состояния покрытия в процессе эксплуатации и прогнозирования его остаточного срока службы.

В связи с этим нефтегазовыми компаниями ОАО «НК «Роснефть», ОАО «Лукойлнефть», ОАО «ТНК», ОАО «Газпромнефть», ОАО «Татнефть» и ОАО «Башнефть» создан при РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина экспертный совет нефтегазовых компаний РФ по повышению эффективности защиты нефтегазового оборудования и сооружений полимерными покрытиями, основными задачами которого являются:

-создание единой для нефтегазовых компаний базы нормативных данных, определяющих требуемое качество полимерных покрытий различного назначения;

-разработка на основе этой базы технических требований к покрытиям конкретных объектов, используемых в заданных условиях эксплуатации в течение регламентированного срока службы;

-подготовка для нефтегазовых компаний специалистов в области разработки нормативной документации, определяющей требуемое качество покрытия конкретного объекта, и контроля обеспечения этого качества на различных стадиях жизненного цикла объекта с покрытием;

-оказание научно-технической помощи предприятиям, осуществляющим изоляцию различных объектов нефтегазовой отрасли полимерным покрытием, в освоении выходного контроля качества покрытия в соответствии с разработанной нормативной документацией;

-организация независимой сертификации покрытий различных объектов нефтегазовой отрасли в Системе добровольной сертификации топливно-энергетического комплекса «ТЭКСЕРТ»;

-организация проведения технической экспертизы качества производства на предприятиях, осуществляющих изоляцию объектов нефтегазовой отрасли полимерными покрытиями.

Решение этих задач позволит создать единую систему управления процессами разработки технических требований к покрытию конкретного объекта и обеспечения этих требований на стадиях проектирования, производства и эксплуатации объекта с покрытием.

Подобная система управления позволит существенно повысить эффективность защиты нефтегазового оборудования и сооружений полимерными покрытиями.