Ключевые слова: коррозия, трубопровод, металлическая поверхность, защита металлов.
Трубопроводы играют очень важную роль в процессе транспортировки нефти, газа, нефтепродуктов, поскольку большая часть их перемещается именно этим путем. Трубопроводы могут относиться к различным системам — системам сбора (из устья скважины на перерабатывающие предприятия), линиям передачи (из районов поставок на рынки) или распределительные трубопроводы (чаще всего для транспортировки природного газа к средним или небольшим потребителям). После отделения сырой нефти от природного газа нефть по трубопроводам транспортируется другому перевозчику или непосредственно на нефтеперерабатывающий завод. Далее нефтепродукты отправляются с нефтеперерабатывающего завода на рынок автоцистерной, грузовиком, железнодорожной цистерной или трубопроводом. Учитывая рост добычи природного газа, растет и спрос на строительство новых трубопроводов. Например, в Соединенных Штатах насчитывается около 300 000 миль трубопроводов для транспортировки природного газа.
Для проектирования трубопроводов применяется стратегическое планирование, что позволяет определить кратчайшие и наиболее экономичные маршруты прокладки трубопроводов, количество насосных станций и станций сжатия природного газа вдоль линии, а также терминальных хранилищ, чтобы нефть практически с любого месторождения могла быть отправлена на необходимый нефтеперерабатывающий завод. При рассмотрении морских трубопроводов, несущих больший риск утечек и воздействия на окружающую среду, чем наземные трубопроводы, учитывают новейшие технологические достижения в области материалов трубопроводов и систем мониторинга, которые существенно повысили безопасность и эффективность данных трубопроводов. Существование стандартов безопасности при проектировании и строительстве трубопроводов, публикуемые Международной организацией по стандартизации (ISO) и Американским институтом нефти (API), позволяют значительно улучшить качество работ.
Учитывая, что повреждение самого трубопровода представляет наибольший риск для окружающей среды при транспортировке нефти и газа по магистральным/подводным трубопроводам, следует рассматривать следующие факторы, влияющие на них:
– деформация при эксплуатации;
– коррозия;
– механическое воздействие,
из которых самым распространённым является коррозия, что и потребует более тщательного внимания.
Учёные не первое десятилетие придумывают методы защиты металла от коррозии особенно в агрессивных средах. Например, так в 1940–1950-х годах виниловые и хлоркаучуковые покрытия считались основным средством защиты от коррозии, толщина их сухой пленки при этом могла составлять от 250 до 300 мкм (10−12 мил) в условиях эксплуатации в открытой атмосфере, также применялись неорганические цинк-силикатные грунтовки и эпоксидные составы, неорганические цинкэпоксидно-уретановые системы, которые используются до сих пор. Конструкции, находящиеся в зонах подтопления и воздействия брызг, защищаются при помощи толстослойных покрытий: 10–12 мл состава на основе эпоксидно-каменноугольной смолы.
Современные технологии подразумевают использование органических цинконаполненных грунтовок (в основном преобладают эпоксиды, но могут применяться и отверждаемые во влажной среде уретаны), которые достаточно дешевы и просты в нанесении, эпоксидные составы с высоким содержанием сухого остатка, полисилоксановые покрытия (органосилоксановые полимеры, которые не содержат в своей основе углерод, созданы на базе силиконов и атомов кислорода), твердые покрытия со стеклянными пластинками, в рецептуру которых также включены виниловые эфиры и полиэфиры. Винилэфирные смолы имеют сходное молекулярное строение с полиэфирами, проявляя повышенную стойкость к воде и различным химическим соединениям, что позволяет использовать их для защиты трубопроводов и нефтяных резервуаров.
Однако несмотря на всю практичность данного метода, покрытия всё же со временем износятся и требуют ухода и восстановления, что приводит к очередным затратам, а также длительной обработке металла.
В наши дни учёные разрабатывают новейшие методы борьбы с коррозией и одним из последних открытий стало гидрофобное свойство металла. Физики из Института оптики Рочестерского университета, штат Нью-Йорк, США, разработали новую технологию обработки поверхности металлов, благодаря которой она приобретает ярко выраженные гидрофобные свойства. В отличие от других способов защиты металлических поверхностей от воды, изобретение американских учёных не подразумевает нанесения покрытия: металл приобретает защитные свойства благодаря изменению структуры поверхности после обработки лазерным лучом.
Технология, которую разработали физики из Института оптики Рочестерского университета, лишена этого недостатка. Учёные меняют свойства металлической поверхности, подвергая её воздействию очень коротких и мощных лазерных импульсов в инфракрасном диапазоне (длина волны составляет 800 нм). Длительность вспышек — всего 65 фемтосекунд (10−15 с), что составляет всего 24 периода колебаний световой волны. При этом мощность излучения во время импульса соответствует мощности всех электросетей Северной Америки, отмечается в пресс-релизе университета.
В результате каждый квадратный сантиметр металлической поверхности получает порядка нескольких джоулей энергии. Лазер создаёт на поверхности массив из параллельных микроканалов с шагом примерно 100 мкм и глубиной 75 мкм. Эти каналы, в свою очередь, покрыты наноструктурами размером порядка 5–10 нм. После обработки угол смачивания водой достигает 120°, что формально не позволяет считать поверхность сверхгидрофобной. Однако угол наклона поверхности, при котором капли скатываются под действием силы тяжести, составил менее 5°, тогда как для сверхгидрофобных материалов порогом является 10°. Для сравнения, соскальзывание капель воды с тефлоновой поверхности требует наклона в 70°.
Гидрофобность — не единственное интересное свойство, которое проявляет модифицированная металлическая поверхность. Ещё одной особенностью является способность к быстрому очищению от пыли. Экспериментаторы нанесли на поверхность содержимое мешка пылесоса и выяснили, что половина частиц пыли можно удалить тремя каплями воды, а для удаления остальных оказалось достаточно ещё десяток капель. После чего поверхность оказалась не только чистой, но и абсолютно сухой.
Использование данной практики в транспортировке нефти и газа даст огромное преимущество в безопасности окружающей среды, так как не будет утечек и разрушений трубопроводов по причине коррозии. Так же известно, что мировой запас металла истощается в первую очередь из-за порчи металла ржавлением, а данная практика решила бы эту проблему.
Литература:
- Металлы можно сделать водоотталкивающими с помощью обработки лазером. — Текст: электронный // www.rochester.edu: [сайт]. — URL: https://www.rochester.edu/newscenter/superhydrophobic-metals-85592/ (дата обращения: 30.03.2022).
- Телегин, Леонид Гаврилович, Охрана окружающей среды при сооружении и эксплуатации газонефтепроводов: [Учеб. пособие для вузов по спец. «Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов, газохранилищ и нефтебаз» и «Сооружение газонефтепроводов, газохранилищ и нефтебаз»] / Л. Г. Телегин, Б. И. Ким, В. И. Зоненко. — М.: Недра, 1988. — 187, [1] с.: ил.; 22 см. — (Высш. образование).; ISBN 5–247–00059–5: 50 к.
- Улиг, Г.Г., Коррозия и борьба с ней: Введ. в корроз. науку и технику / Г. Г. Улиг, Р. У. Реви; Перевод с англ. А. М. Сухотина и др. — Л.: Химия: Ленингр. отд-ние, 1989. — 454, [1] с.: ил.; 22 см.; ISBN 5–7245–0355–7 (В пер.): 2 р. 50 к.
- Oil and Gas Industry: A Research Guide. — Текст: электронный // https://guides.loc.gov/: [сайт]. — URL: https://guides.loc.gov/oil-and-gas-industry/midstream/modes#s-lib-ctab-22016282–1 (дата обращения: 30.03.2022).
