МИНИСТЕРСТВО ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ИМЕНИ И.М.ГУБКИНА

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОТ КОРРОЗИИ

Москва 1981

МИНИСТЕРСТВО ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ИМЕНИ И.М.ГУБКИНА

УТВЕЕВДАЮ:

Начальник Технического управления Мянгазпрома

оь«. it

•2" марта 1981 г. А.Д.СЕДЫХ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОТ КОРРОЗИИ

Москва 1981

чем в 10 раз.

Известно, что в реальных условиях эксплуатации нефтегазо-промыслового оборудования его разрушение колет происходить в результате наводорожввания. Для оценки эффективности защитного действия сокрытия от яаводорохвваяия в работе был применен метод, основанный на измерении величины изменения электродного потенциала зэпассявнроваяяой стальной диафрагмы при дяфТузии через нее водорода. Исследования проводились ври температуре 20 я 80°С в среде с общей минерализацией 200 мг/л. Установлено, что при комнатной температуре инкубационный период до прохождения водорода через металлическую мембрану, в случае наличия защитного покрытия с оптимальным соотношением компонентов увеличиваются более, чек в семь раз, а при температуре 80°С увеличивается приблизительно.в 13 раз.

Подавляющее большинство деиалей мамин а аппаратов, в том числе резервуары, трубопроводы и т.п._# в процессе эксплуатации испытывают одновременное воздействие постоянных и переменных механических напряжений (статическая нагрузка от силы тяжести жидкости, действующая на стенки резервуаров, и динамичен.ая -турбулентные потоки жидкости в трубопроводах и резервуарах, создающие циклические изменяющиеся нагрузки на стенки) и агрессивных сред, что обуславливает коррозионно-усталостное разрушение металла.

Испытания на усталость показали, что разработанное защитное покрытие практически не влияет на предел выносливости стали,

В коррозионной среде защитное покрытие сущестьгнво влияет на прочность циклически деформируемой стали. Условный предел коррозионной усталости стали с защитным покрытием с оптимальным соотношением компонентом увеличивается более чек в 3 раза,

-10-

увеличивая тем самым срок службы вефтегазспромыолового оборудования.

Промышленные испытания оборудования с нанесение» на него иомпозгдвойным покрытие» в Пермской и Куйбышевской областях показали его высокую стойкость в коррозионному и коррозионно-усталостному разрушению.

РАЗДЕЛ, Д

штлогт получения кшдозищонного полимерного

ПОКРЫТИЯ И МЕТОДЫ ЕГО НАНЕСЕНИЯ

Получение композиционного полимерного покрытия толщиной II0-X20 ним, обеспечивающего защиту оборудования от коррозионного разрушения» зависит от соблюдения соотношения составляющих компонентов, технология его нанесения и подготовки поверхности металла нанесением.

Для получения композиционного полимерного покрытия рекомендуется следующий технологический процесс:

X. Предварительная подготовка поверхности. Удаление жировых пятен» ржавчины и окалины.

а) дробеструйная обработка поверхности до основного металла, при этом используется чугунная или стальная дробь (твердость^ 54-62 по шкале Роквелла).

Расстояние, позволяющее добиться нужной шероховатости, между соплом и поверхностью металла» должно составлять 120*14Омы.

Для того, чтобы получить хорошую адгезию композиционного покрытая к металлу, целесообразно, проводить дробеструйною очистку поверхности двумя актами: сначала - крупнозернистой дробью для грубой обработки и полного очищения поверхности, о затем -мелкозернистой для выравнивания микро проблей* Проводить дробеструйную обработку можно следующим* типа*'* аппаратов: ЕДУ-22М_#

-II-

АД-1* АД-2, ПД-Х.

б) очистка поверхности металла путем распыления ЭО^-вего раствора ортофосфорной кислоты не его поверхности с последующей сушкой срв ыемпературе I0t30°C а течение 12 часов. После чего продукты травления смываются 2Jf водшш раствором ортофосфорной к вс лоты* с последу щей сумкой при температуре 10е30°С в течение 24 чесов» Эти операции модно оровеств с помощью краскопульта КРУ-1.

2. Нанесение компоикцноввсго покрытия.

Кокпоэяцкоаяое полимерное поврнтве готовят следующим обрезом: в емкость помещают 65 в.ч. бакелитового лака марки А* в который добавляют б в «я. уротропина и тщательно перемешивают до получения однородной масса. Затем в смесь бакелитового лака и уротропина добавляют 30 в.ч. ипоксндяого лака марки ЭП-541 и опять тщательно перемешивают до получения однородной массы. После этого в композицию добавляют 40 в.ч. металлического порошке титана к тщательно перемешивают.

Условная вязкость должна быть в пределах 35-41 сеч по ВЗ-4. Если вязкость не соответствует данному пределу* то в композицию добавляют ацетов или растворитель Р-4.

Низяеспособнссть композиции - 24 часа ь плотно закрытой емкости.

Нанесение композиции осуществляют с помощью краскораспылителей различных типов в зависимости от конфигурации оборудования.

Для получения покрытия толщиной II0-I20 мкм композицию наносят в 3 слоя* по следующей схеме:

-12-

а)    Горячая сушка,

1    слой * 12 часоЕ воздушной сушка, затек ХОО°С в

течение I часа;

2    слой - 12 часов воздушной сушки, затем 120°С з

течение 2 часов;

3 слой - 12 часов воздушной сушки, затем 150°С в течение 2 часов,

б)    Холодная сушка,

1    слой - 48 часов на воздухе;

2    слой - 48 часов на воздухе;

3    слой - 48 часов на воздухе.

Температура окружающей среды 30 _ 5°С,

Композиционное полимерное покрытие темно-зеленого цвета,

имеет гладкую блестящую поверхность. Толщина покрытия контролируется магнитным толщиномером ИТП-1.

Стоимость I тонны покрытия 1314,4 рублей (1м² покрытия- 0,33р) Расход покрытия - 0,25 кг/м².

РАЗДЕЛ У ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПРИ НАНЕСЕНИИ ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ

Эпоксидные лаковрасочные материалы до отверзвдеяия токсичны и огнеопасны. Входящие в состав покрытия растворители ацетон, этиловый спирт, ксилол и др. при испарении могут образовывать с воздухом взрывоопасную смесь.

При работе с ними нужно руководствоваться правилами и нормами техники безопасности и промышленной санитарии для окрасочных цехов. (Справочник по охране труда. Т.З, раздел 2, "Обработка металлов, металлопокрытия и окрасочные работы")

Лакокрасочные материалы транспортируются и хранятся только в закрытой таре*

помещение, в которых производится хранение, приготовление и нанесение эпоксидных материалов, должны быть оснащены приточно-вытяжной вентиляцией, снабжены противопожарным оборудованием и инвентарем (пенным иля углекислотным огнетушителями, ящиками с песком и т.д,).

В помещениях категорически запрещается курить, производить сварочные работы, связанные с образованием искры на расстоянии до 20 метров. Вся электропроводка, работающие механизмы и осветительные аппараты должны быть во взрывобезопасном исполнении*

К работе с эпокоидными лакокрасочными материалами могут быть допущены лица, прошедшие медицинский осмотр и соответствующий инструктаж по технике безопасности. Работающие должны быть одеты в защитную одевд; комбинезон или халат, резиновые перчатки, противогаз или респиратор в защитные очки*

При попадании лакокрасочных материалов на кожу необходимо снять их тампоном, смоченным растворителем и осильнс промыть этот участок кожи водой с мылом. При случайном попадании в глаза лакокрасочных материалов немедленно промыть глаза водей, затем Физиологическим раствором (0,6-0,95& раствор поваренной соли), после чего обратиться к врачу.

Пролитый лакокрасочный материал засыпать опилками, смоченным! керосином, а затем это место обработать 10% растворск с последующей промывкой водей.

Тряпки, ветошь, опалки, загрязненные лакокрасочными материалами, необходимо собирать в специальна закрытые г/етелляческне ящики, находящиеся вне рабочего помещения.

Категорически запрещается прием пища но рабочем месте.

после окончания работы необходимо принять душ * обязательно сменннь одежду.

38 состоянием здоровья лиц, работавши о эпоксидным! материалам!» должен быть установлен систематический врачебный контроль.

РАЗДЕЛ У1

ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ С КОМПОЗИЦИОННЫМ ПОЛИМЕРНЫМ ПОКРЫТИЕМ

Приведенные лабораторные исследования и спытяо-прокышяея-нне испытания показали₉ что оборудование с композиционным полимерным покрытием может уепешно эксплуатироваться в агрессивных средах о общей минерализацией не выае 200 г/л₉ содержащих сероводород и углекислый газ. Содержание Н₂ я С0₂ не ограничено. Температура эксплуатации не выше 80°С.

Подписано в печать 13.ШД981 г. 1-72370 Формат 60х84Дб Бумага типографская И 3. Офсетная печать. Уч.-изд.я. 0,8 Печ.д. 1.0 Упя.деч.я. 0.93 Тираж 2СЮ экз. Заказ 235_Цена    12 код.

Ротаи#инт ВВИИЭгазпрома ддрес: II7049, Мое»а, В-49, Казанский пер.

АННОТАЦИЯ

В рекомендациях рассмотрены вопросы до применению композиционного полимерного докрытая для защита нефтвгазопромюлювого оборудования от коррозии, работающего в агрессивных средах, со-держащих сероводород в углекислый газ.

Рекомендации разработаны в соответствии с оостадовлеш1е11 Госкомитете по науке в эхявке Совета Шшаотров СССР.

Рекомендации составлены а подготовлены к изданию Отраслевое лабораторией до исследованию процессов коррозии и защите нефте-газопромыслового оборудования МИНХ и П1 иы. И.М.Губкина на оснований лабораторных исследований и результатов промысловых иопытанвй*

Научный руководитель темы: к.т.н. Дорофеев А«Г« Ответственные исполнители: к.т.н. Королев А.И.,

к.т.д. Мурадов А,в.

В ооставлении рекомендаций принимали участие: к.т.н. Зубко ва Л.Ф.* м.н.о. Гладких В.Т., м.н.о. Ксенофонтов А.И. (МИНХ и ПО* зам. нач. Управления МИНГАЗПРОМа Ваояев Г.М._е нач. тех. отдела Петров В,А, (" Оренбурга* зяром}, зам, нач. Татлыев Й.Б. ( НЦУ * Чернушканефть"), к.т.н. Кулешова В.С. ( Львовский лесотехнический институт).

Рекомендации предназначены для работников яефтегазопромыо-ловых удравленяй и конструкторских организаций нефтяной и газовой промышленное та*

© Всесоюзный научно-исследовательский институт г-ономики, организации пооазводотва и технико-акономической информация в газовой промышленности (ВШШгазпроы), 1-31

ВбЭДЕШЕ

Постоянный рост добычи нефти и гаэа, предусмотренный решением ХХУ оьеэда КПСС, потребует наиболее технологичных конструяцион-нвх материалов и разработки аффективных средств защиты от коррозии аефтегазслромыслового оборудования.

Основными объектами нефтегазодобывающей промышленноетиявля-ется разнообразное промысловое хозяйство, включающее эксплуатационные скважины, промысловые коммуникации и т.д.

Значительные объемы металлозатрат и жесткие условия эксплуатации нефтегазопромысловогс оборудования деляхг проблему уЕеляче-аия долговечности работы оборудования одной из центральных проблем, определяющих темпы роста и технико-экономическую эффективность добычи и траь-дертировки нефти и газа.

Наличие сероводорода ~ нефти и газе, сильно минерализованных пластовых и конденсационных вод приводят к быстрому выходу труб, емкостей и другого оборудования из строя и, сдерживает развитие добычи нефти в газа. Анализ состояния резервуаров-отстойников показывает, что они подвергаются сильной коррозии под воздействием агрессивных сред, повышенных яшератур и знакопеременных нагрузок, вследстЕин чего их сроки службы на некоторых сероводсродсо-держащвх промыслах не превышают 1,5-2 лет £ги нормативном сроке эксплуатации 20 лет.

Промысловые трубные системы, работающие в условиях воздействия коррозионной среды, при нормативном сроке службы 15-20 лет, в зависимости от типа трубопроводов работают от б месяцев до 1,5 лет* Вопросы изыскания средств защиты ст коррозии нефтегазспромысловсго оборудования, предназначенного для обустройства серсвсдсредесдер-жащах нефтяных,газовых и газоконденсатных месторождений, приобрели

-3-

большое практическое значение в нашей стране после открытия месторождений нефти и газа с высоким содержанием сероводорода.

Одним из перспективных способов повышения эксплуатационных возможностей стального оборудования в сероводорсдсодержащих средах является создание на поверхности металла полимерного покрытия с высокими защитными свойствами.

Данные рекомендации предусматривают яаучнообоснованяое использование в промышленных масштабах композиционного полимерного покрытия для защиты от коррозии яефгегазодромыслового оборудования, в соответствии с авторским свидетельством СССР Л 694526.

РАЗДЕЛ I

ПРИМЕНЕНИЕ ЗАНЯТНЫХ ПОКРЫТИЙ В НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Одним ив наиболее аффективных методов борьбы с коррозией металлов является применение защитных.неметаллических покрытий. Эти покрытия проке применяются для защиты нефтегазопромыслового оборудования: резервуаров» бурильных и насосао-ховпресссраых труб» которые подвергаются особенно интенсивному коррозионному разрушению. Васосно-хомлрессоряым в бурильным рубам приходится работать в жестких условиях, поэтому при нанесении антикоррозионных неметаллических защитных покрытий надо учитывать воздействие на них таких факторов, как различные напряжения» температура» давление, наличие сероводорода, кислорода, углекислого газ а, минерализованных вод и других» которые приводят к более быстрому коррозионному разрушению а преждевременному выводу из строя оборудования.

Вследствие хранения нефти и нефтепродуктов, содержащих сульфиды, сероводород, воду с растворенными с ней селями хлористого натрия» магния, кальция я других соедтнеялй, создаются условия для интенсивного коррозионного разрушения резервуароЕ.

Учитывая условия работы ; зфтегазопромыслового оборудования, покрытия должны быть химгчески стойкими, беспористам*» эластичными, термостойкими, обладать выссксё адгезией к метал 7.

В нефтяной и газовой промышленности нашли применение такие покрытия как эпокспфенольк онемев асу голыше композиция <ЗФЮ* зпексадноксалслформальдегвдяыэ покрытия (ЗК2Ф), эпокегдяо-ртлно-левая композиция (3U-20), эпокснэмали (ЭП-969, ЗП-793} и многие другие. Однако все ояи обладают рядом существенных недостатков: например, необходима тщательная подготовка поверхности, кавесенве

комиозацзи должно происходить в кратчайшие сроки за счет маленькой жизнеспособности (i-З часа), нанесение на влажные поверхности не* допустимо, высокая чувствительность к перепадам температур.

Для защиты оборудования от агрессивных сред широко применяются покрытия из полиэтилена и полипропилена, но они также обладают рядом существенных недостатков: соблюдение строгого температурного режима при нанесении (270-300°С), малый температурный диапазон применения ( -40 + 65°С), склонность к растрескиванию, слабая адгезия к металлу, трудность их нанесения в эксплуатационных условиях оборудования.

Применение лакокрасочных материалов на основе полиуретанов также дэ*т возможность заи дать оборудование от коррозионного разрушения. Полиуретановые покрытая обладают высокой адгезией и металлу, упругостью, абразивензноеостойкостью, устойчивостью ж минеральным кислотам и действию углеводородных растворителей*

Среди полиуретановых материалов, таких как лак УР-930,

УР-19, УЛ-1, эмаль 2Р-176, наиболее широко используются для защиты от коррозия (хранилищ нефтепродуктов, труб) покрытия на основе лака УР-930 с диэтвленгликольуретаном (JUT). Полученные покрытия обладают хорошими антикоррозионными свойствами.

Нашей промышленностью освоен выпуск лаков и эмалей на основе нремянйоргаянческих лакокрасочных материалов, такие как К0-08, КС-075, КС-085, К0-831, K0-I98, КО-835, KO-8I, КО-83, КО-84,

КС-811, КО-834 и другие. Однако в ряде случаев их применение затруднительно из-за высокой температуры сушки (200-300°С) в какой механической прочности.

В нефтяной и газовой промышленности для защиты от коррозии оборудования небольших размеров нашли применение покрытия из фторопластов и пеятапластов.

—в—

Фторопласты обладают высокой химической стойкостью, термостойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами в широком интервале температур.

Иа фторссрганическлх полимеров наибольшее применеаие кашли фторопласты марок: 4, 4-Д, 4-М, 34! я кодификации не их основе WOj Ф-42.

К недостаткам фторопластовых покрытий могло отнести ах слабую адгезию в трудность я внесения на оборудование сложной конфигурации, дороговизна самих материалов.

Црш еяягтся также покрытия из пента и ласте, обладающие рядом ценных преимуществ за счет сплошности упаковки молекул. Пентапласт химически стоек в водяявм растворам кислот и щелочей при температурах до 135°С, эластичен, отличается низкой сорбционной способ-вестью к электролитам, высокой износостойкостью. Наряду с такими цени ценными свойствами, пеятапласт обладает рядок существенных недостатков: снижение сцепления с поверхностью металла с течением времени под действием остаточных напряжений, высокие температуры нанесения ( до 210^€С), уменьшение эластичности при увеличении толщины пленок.

Среди фенолформальдегидных смол peso ль* его типа широкое применение получил бакелитовый лая «арии А. 5а счет свс^й сетчатой структура, подученной при бакелизацки, покрытие обладает высокой твердостью, стейксетью в нефтепродуктах и агрессивных средах. Недостатки - слабая адгезия и неустойчивость к механическим воздействиям за счет внутренних напряжений в самом покрытии. Бакелитовый лак обладает большой способностью и модифицированию разработанными соединениями, ж тем числе с эпоксидных лаком, при сшивания которых образуется двойная счетная структура полимере в снижаются остаточные напряжения, за счет чего увеличивается адгезия к металлу. Такие

покрытия термостойки при температуре до 250°С в течение длительного вреыенв.

Отраслевой лабораторией коррозии МЙНХ и ГП як. И.М.Губкнаа разработана и исследована полимерная композиция на основе фенолформальдегидной смолы (бакелитовый лая каряя А), модифицированной эпоксидным лаком ЗП-541 с добавками металлического порошка титана в уротропина. Данная композиция отднчаетоя от вышеперечисленных полимерных покрытий повышенными физико-химическим* и механическими свойствами до отношению и агрессивным средам, относительной дешевизной, легкостью приготовления и нанесения иа сбо-рудова ,je любой конфигурации непосредственно на нефтегаэодобы-вающих предприятиях.

Разработанная полимерная композиция является самостверадаю-щегся, и не треоует использования высокотемпературной сушки.

РАЗДЕЛ Д

ОСНОВНЫЕ ФИЗШ(0-ХИМИЧЕСКИЕ И ШАНИЧБСШ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННОГО ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ.

Основные физико-химические и механические свойства композиционного покрытия - пористость, адгезия, химстойкость, эластичность, толщина, твердость определяются различными факторами технологического процесса донесения, составом покрытия, вязкостью, временем и температурой отверждения, подготовкой поверхности.

Лабораторные исследования и промышленные испытания показали, что повышенны»» фязико-химичеоквми и механическими свойствами обладает композиция при следующем оптимальном соотношении компонентов ( в.ч.):

-8-

I. Бакелитовый лак марки А 2* Эпоксидный лак ЭП-541 3. Уротропин

4» Металлический порошок титана

Покрытие оптимального состава обладает следующими зявиже* химическими свойствами:

пористость отсутствует.

Для иомповициенного покрытия, толциной 110-120 мкм, полу* ченяоге по рекомендованному технологическому режиму, твердость колеблетоя в пределах 0,91-0,94 условных единиц*

При И8гибе пластины с покрытием воируг стержня диаметром I мм (эластичность 41,5*) в покрытии при рассмоьренни в микро* окоп МИ-11 ае появляются волосяные трещины и отслаивание не наблюдается.

Адгезионная прочность покрытия при оптимальном соотношении компонентов достаточно внсэха * 2,6 иго/сы.

РАЗДЕЛ Ш

КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ СТАЛИ С КШП03ИЦЙ0ННШ ЮЛИМЕРНЫМ ПОКРЫТИЕ!

Стали с защитным покрытием при испытании в промысловой воде при температура 80°С с содержанием сероводорода до 1200 мг/л и общей минерализацией 200 г/л корродирует со скоростью 0,0048 мм/гоз и относится к группе весьма стойких.

Скорость коррозии стали с защитным покрытием не промыслах "Чернушканефть" - 0,0029 мм/год.

Исследования коррозионной тойхости показали, что скорость коррозии стали с защитным покрытием при оптимальном соотношении компонентов по сравнению со сталью без покрытий снизилась более.

►9*