ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Условия эксплуатации металлических конструкций месторождения из "Ингибиторы коррозии. Т.2" Более 20% разведанных нефтегазовых месторождений России содержат сероводород и двуокись углерода. ОНГКМ, открытое в 1966 г., является уникальным по своим физическим параметрам (высокое пластовое давление, составлявшее в начале эксплуатации 20,6 МПа пластовая температура до 369 К и т. д.) и по содержанию в составе продукции таких агрессивных компонентов, как сероводород и углекислый газ. Промьшг-ленная эксплуатация месторождения началась в марте 1974 г., а к 1979 г. были введены в действие одиннадцать проектных установок комплексной подготовки газа (УКПГ). Максимальный объем добычи (48,72 млрд. м ) был достигнут в 1981 г. при добывающем фонде в 437 скважин. [c.8] В настоящее время рабочее давление на устье скважин изменяется от 5,9 до 12,0 МПа, а дебиты — от 76 до 875 тыс. м /сут. Эксплуатация месторождения связана с определенными трудностями, обусловленными значительным снижением пластового давления в зонах ряда УКПГ, отложением солей, внедрением воды в наиболее продуктивные зоны месторождения. Содержание сероводорода в газе изменяется по площади месторождения на западном и центральном куполах в пределах 1,4-1,8, на восточном — до 4,7%. Отмечается также повышенное содержание углекислого газа (до 1,5%), азота (3,5-7,5%) и меркап-тановой серы (до 1000 мг/м ). [c.8] Далее по уменьшению значимости влияния следуют такие факторы, как содержание и парциальное давление кислых компонентов, а также температура транспортируемой среды. Согласно [3], характер коррозионных процессов существенно изменяется в зависимости от соотношения парциальных давлений кислых компонентов в системе при повышении парциального давления сероводорода увеличиваются количество проникающего в сталь водорода и скорость общей коррозии при возрастании парциального давления углекислого газа увеличивается скорость общей коррозии стали (рис. 3). [c.11] Согласно стандарту NA E MR 0175-97, природный газ, содержащий сероводород при парциальном давлении более 0,35 кПа, считается сернистым, то есть вызывающим сероводородное растрескивание [7]. [c.11] Исследованиями ЮЖНИИГИПРОГАЗа установлено, что в условиях минимального коррозионного воздействия эксплуатируются межблочные коммуникации емкость Е-01-выходной коллектор УКПГ при эффективной низкотемпературной сепарации. Все остальные линии эксплуатируются в присутствии электролита. Согласно рис. 3, все межблочные коммуникации, линии обвязки и шлейфы скважин-доноров подвержены сероводородному коррозионному растрескиванию. Прогнозируемая скорость общей коррозии составляет 0,1-0,3 мм/год. В диапазоне рабочих температур скорость общей коррозии металла относительно невысока, а его стойкость к сероводородному растрескиванию также является низкой (рис. 3). [c.13] В водных растворах сероводород усиливает проникновение водорода в сталь значительно интенсивнее, чем общую коррозию металла. При выдержке в кислых растворах максимальная доля диффундирующего в углеродистую сталь водорода составляет 4% от общего количества восстановленного водорода, а в сероводородсодержащих растворах — до 40%. Следовательно, основную опасность для оборудования, эксплуатируемого в сероводородных средах, представляет не общая коррозия, а наводороживание сталей [9, 10]. [c.13] Известно, что воздействие сероводорода проявляется тем сильнее, чем выше прочностные характеристики металла — твердость, пределы текучести и прочности. Механические напряжения играют большую роль в процессе коррозионного растрескивания, стимулируя локальное электрохимическое растворение металла, и, как следствие, зарождение и развитие трещин. Степень коррозионного воздействия зависит от соотношения величины приложенных напряжений к пределу текучести. [c.14] Исследования влияния pH на коррозию низкоуглеродистых сталей в системе Н23-С02 Н20 показали значительное снижение коррозии с переходом от кислых к нейтральным и щелочным растворам. Считается, что при pH 10 коррозионное растрескивание не происходит. [c.14] Необходимым условием активного протекания коррозии в сероводородсодержащих средах является наличие влаги, в которой сероводород находится в диссоциированном состоянии. В этом случае имеет место электрохимическая коррозия, катодный процесс протекает с водородной деполяризацией, в результате чего в системе образуются атомарный и молекулярный водород. При относительно малой влажности (4-26%) сероводород оказывает незначительное влияние на углеродистую сталь, вызывая, например, в течение 30 суток лишь потускнение ее поверхности. Наличие капельной влаги усиливает сероводородную коррозию сталей примерно в 100 раз по сравнению с атмос([)ерой сухого газа [13]. [c.14] С повышегшем внутренних механических напряжений возникает восприимчивость металла к сероводородному растрескиванию. [c.14] Кинетика коррозионных процессов в сероводородсодержащих средах зависит от парциального давления сероводорода. [c.14] Данные многочисленных исследований свидетельствуют об отрицательном влиянии водорода на механические свойства стали, однако единое мнение о характере и степени их изменения в результате наводороживания отсутствует. Так, согласно [11], предел текучести стали уменьшается, а согласно [14], напротив, увеличивается. Предел прочности при поглощении водорода снижается незначительно [15, 14], а в результате наводороживания металла в сероводородных растворах суще-стве пю уменьшается [И, 12, 16]. [c.15] Установлено [17], что значения твердости поверхности железа в процессе наводороживания достигают максимума, а затем уменьшаются. Это связывают с тем, что молекулярный водород сначала деформирует кристаллическую решетку металла в местах прилегания к поверхности микропустот, заполненных водородом, в результате чего твердость повышается, а затем в процессе дальнейшего наводороживания вызывает растрескивание и разрыхление поверхности, которое приводит к снижению твердости. [c.15] Ударная вязкость стали при обычных температурах испытаний в результате наводороживания резко уменьшается и достигает минимальных значений при концентрации водорода 8-20 мл/100 г металла [18]. [c.15] Эффект водородной хрупкости стали наиболее существенно проявляется в интервале температур от минус 20 до плюс 30°С и зависит от скорости деформации [18, 20]. Различают обратимую и необратимую водородные хрупкости. Охрупчивающее влияние водорода при его содержании до 8-10 мл/100 г в большинстве случаев процесс обратимый, то есть после вылеживания или низкотемпературного отпуска пластичность металла конструкции небольшого сечения восстанавливается вследствие десорбции водорода. Обратимая хрупкость стали обусловливается, в основном, наличием водорода, растворенного в кристаллической решетке. Необратимая хрупкость зависит от содержания в стали водорода в молекулярном состоянии, который агрегирован в коллекторах, где он находится под высоким давлением, вызывающим значительные трехосные напряжения и затрудняющим пластическую деформацию стали. Пластические свойства металла при необратимой хрупкости не восстанавливаются даже после вакуумного отжига, так как в структуре стали происходят необратимые изменения [21, 22] образование трещин по [раницам зерен, где наблюдается наибольшее скопление водорода, и обезуглероживание стали. [c.16] Наводороживание стенок аппаратов с образованием расслоений размером до нескольких сот квадратных сантиметров происходит за период от нескольких недель до шести лет, причем процесс наводороживания протекает более интенсивно в периоды, когда климатические условия способствуют увеличению конденсации влаги. При одинаковых химическом составе, структуре и механических свойствах металла аппаратуры водородное расслоение локализуется в местах концентрации растягивающих напряжений и повышенной агрессивности среды. Отмечается [18] преимущественное образование пузырей в неси лошностях металла (вытянутые вдоль проката строчечные включения, газовые раковины, микро- и макропустоты) и других дефектах, возникающих при прокатке стали. Зачастую пузыри, вызываемые водородным расслоением металла, образуются не только на внутренней, но и на наружной поверхности аппаратов, изготовленных из стали марки Ст 3. В подавляющем большинстве случаев пузыри наблюдаются в нижней части аппаратов, где скапливается основная часть конденсационной воды [11]. [c.17] Таким образом, в случае отсутствия эффективных противокоррозионных мероприятий при эксплуатации коммуникаций и оборудования в условиях воздействия сероводородсодержащих сред возможно изменение коррозионно-механических свойств материалов, образование блистеров, расслоений и коррозионных трещин, вызывающих разрушение металлических конструкций. [c.18] Вернуться к основной статье