В статье рассмотрены методы оценки и определения скорости коррозии технологического оборудования в зависимости от условий эксплуатации (температура, давление, среда) и материального исполнения в процессе проведения технического диагностирования оборудования нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств для обеспечения промышленной безопасности. Рассмотрены некоторые особенности видов коррозионного разрушения основного металла и сварных соединений для различных групп сталей.
Ключевые слова:техническое диагностирование, промышленная безопасность, нефтехимия, нефтепереработка, скорость коррозии, методика оценка, эксплуатация.
The article discusses methods for assessing and determining the rate of corrosion of process equipment, depending on the operating conditions (temperature, pressure, environment) and material in the execution of technical diagnostics equipment petrochemical and refining industries. Some features of types of corrosion fracture of the base metal and welded joints for different groups of steels.
Keywords:technical diagnosis, industrial safety, petrochemicals, petroleum refining, the corrosion rate, the method of assessment, operation.
В настоящее время сложились определенная методика технического диагностирования технологического оборудования, определяющая, что основным фактором, снижающим работоспособность нефтехимического и нефтеперерабатывающего оборудования, является коррозионный износ.
Некоторые из экспертов приходят к заключению, по которому степень коррозионного уменьшения толщины стенки аппарата является достаточной для расчетного определения допустимого срока дальнейшей эксплуатации, что исключает необходимость осмотра и контроля состояния металла с внутренней стороны корпуса.
На данный момент отрасль обеспечена нормативной документацией по методам оценки коррозионного износа металла. Однако её использование экспертами может приводить к проблемам по интерпретации полученных результатов. По нормативам основным методом замера коррозионного износа является ультразвуковая толщинометрия, которая проводится по фиксированным точкам, а расчет скорости коррозии определяется по разнице толщины стенки в точке контроля за период времени между двумя измерениями. При контроле в условиях производства метрологическая погрешность прибора суммируется с погрешностью, вызываемой условиями производства (неравномерность толщины проката, неравномерность коррозии, точность калибровки толщиномера, различным качеством подготовки поверхности металла, квалификации оператора и другими факторами). Совокупность погрешностей может достигать ошибки до 0,5 мм.
Для оценки прочности стенки аппарата такая оценка может быть допустимой, однако для оценки глубины коррозионного износа не может быть однозначной.
У рассматриваемого способа есть и другие погрешности. Например, в случае утери мест замеров толщины приходится все начитать заново. Кроме того, зачастую приходится использовать фактически имеющейся небольшой промежуток времени между двумя сериями замеров (1÷4 года), что вносит существенную погрешность в расчетное определение скорости коррозии.
Для уменьшения погрешности применяют многократный контроль, проводимый в течение длительного времени. Получение при этом большого количества замеров дает возможность применения разработанной к настоящему времени статистический аппарат обработки экспериментальных данных и тем самым несколько уменьшить ошибки по определению истинного износа, обусловленные различными условиями проведения измерений и различной степенью подготовки поверхности под толщинометрию. Однако при значительной глубине коррозионного износа заметно проявляется неравномерный характер износа, что может приводить к большим ошибкам и делает статический анализ малоэффективным. Таким образом метод оценки скорости коррозии по изменению толщины стенки в большом количестве случаев не является объективным и достоверным. Во всех сомнительных случаях этот метод должен быть дополнен по результатам наружного и внутреннего осмотров, позволяющего оценить равномерность коррозионного износа и отсутствие локальных видов коррозии (язвенной коррозии, межкристаллитной коррозии, коррозионного растрескивания под напряжением и т. д.).
Помимо оценки скорости коррозии с помощью замера толщины стенки существуют также другие методы, при которых применяются образцы-свидетели, а также постоянно совершенствуемый метод оцени коррозии с помощью коррозионных зондов.
Метод определения скорости коррозии по образцам-свидетелям основан на определении потери массы образцов из той же марки стали, что и элементы обследуемого корпуса. Образцы-свидетели на некоторое время устанавливаются во внутреннюю полость аппарата. Поскольку определение массы образца можно замерить с высокой точностью, то время выдержки образца-свидетеля внутри корпуса может быть уменьшено даже при незначительной скорости коррозии. Особую ценность этот метод приобретает в тех случаях, когда необходимо определить вид и характер коррозионного поражения металла, а обследуемый объект недоступен для внутреннего осмотра. Однако этот метод также имеет существенные ограничения в применении. Во-первых, образцы никогда не моделируют точную коррозионную ситуацию в различных зонах оборудования (вход продукта, выход продукта, изменения формы конструкции, застойные зоны, места перегрева и т. д.). Не учитывают они также изменение режима эксплуатации (рабочий режим, стояночный режим). Поэтому данный метод определения скорости коррозии также дает приближенные результаты, требующие уточнения другими способами. Вместе с тем образцовый способ определения скорости коррозии полезен также тем, что располагая образцы в различных зонах конструкции с различными условиями эксплуатации, появляется возможность сравнения коррозионной обстановки в этих зонах.
Исходя из изложенного можно заключить, что более точные значения скорости общей коррозии, которые допустимо использовать при анализе работоспособности оборудования, можно получить только при сравнении значений скорости, полученной различными методами.
Однако делать окончательные выводы о работоспособности конструкции только по результатам потери её массы или толщины несущей стенки совершенно недопустимо. Для этого необходимо понимание существа коррозионных процессов, свойств материалов, технологических сред, температурных условий работы, без которого не представляется возможным представить объективной картины влияния рабочих условий на остаточный ресурс работы оборудования. Кроме того, неизбежное чередование режимов эксплуатации по температуре, давлению, пусковым и остановочным режимам эксплуатации существенно влияет не только на скорость общей коррозии, но и на полное изменение физико-химической обстановки, которое приводит к погашению одного вида коррозии и появлению другого вида (например, замене общей коррозии коррозионным растрескиванием под напряжением, межкристаллитной коррозией и т. д.).
Например, при эксплуатации оборудования нефтехимических производств в составе технологических отложений на внутренней поверхности характерно наличие различных сульфидов металлов, которые являются продуктом высокотемпературной или низкотемпературной сернистой коррозии. При свободном доступе кислорода в режиме простоя эти соединения вступают в химическую реакцию с образованием сероводородной, серной и политионовых кислот. Эти химические соединения обладают повышенной агрессивностью. Могут вызывать интенсивную коррозию углеродистых и низколегированных сталей, причем с изменением характера повреждений и появлением различных видов коррозии: общей, язвенной, коррозионного растрескивания. Причем низколегированные стали подвергаются неравномерной коррозии с очаговым характером повреждений, а аустенитные стали под действием политионовых кислот становятся чувствительны к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением. Таким образом, стояночная коррозия приводит к изменению не только количественных показателей коррозии, но и к изменению вида коррозионного поражения металла.
Следует отметить, что наиболее характерные виды коррозионного поражения металла определяются не только условиями эксплуатации (температура, среда, давление) но и составом материала.
Например, углеродистые стали в основном подвергаются высокотемпературной коррозии в сероводородных газовых средах при температуре выше 260оС и содержанием Н2S более 0,005 %, поэтому эти стали в основном применяются ниже этой температуры. Для этих сталей наиболее вероятно общая коррозия, но возможна и язвенная, а иногда и коррозионное растрескивание под напряжением.
Для защиты от высокотемпературной газовой коррозии применяются хромомолибденовые теплоустойчивые стали 15Х5М, Х9М, 15ХМ, 12Х2М1, при коррозионном поражении которых характерны как общая коррозия, так и коррозионное растрескивание под напряжением.
Наибольшей стойкостью к коррозионному поражению обладают высоколегированные хромоникелевые стали. Однако эти стали во многих случаях проявляют склонность к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением, причем ситуации по учету и прогнозированию реализации этой склонности еще недостаточно изучены, поэтому встречает определенные затруднения, что затрудняют подход к оптимизации применения этих сталей. Соответственно, это должно сказываться и на проведение экспертизы промышленной безопасности оборудования из этих сталей.
Дополнительную сложность придает применение в конструкциях узлов и сочетания материалов разного легирования: двухслойные стали и разнородные сварные соединения, которые отличаются не только различным электрохимическим потенциалом, но и проявлением диффузионного перемещения атомов внедрения на границе сплавления при высокотемпературной эксплуатации.
Кроме того, к усложнению работ по диагностике приводят также такие эксплуатационные изменения в металле, которые проявляются в основном при сверхнормативной эксплуатации: наводороживание, науглероживание, азотирование, изменение тонкой структуры металла, ползучесть и т. д.
Всё отмеченное обусловливает необходимость во многих случаях проводить целые исследования по коррозии и металловедению.
Выводы и предложения.
1. Определение скорости общей коррозии, хотя и является методически сложным процессом, но не дает полную и тем более, окончательную картину служебных свойств нефтехимического оборудования, а поэтому не может служить окончательным критерием оценки работоспособности.
2. Для оценки эксплуатационной надежности конструкции необходимо инструментальное исследование наружной и внутренней поверхности несущих элементов с её контролем внешним осмотром, цветной дефектоскопией и замером твердости, по результатам которых определяется необходимость и разрабатывается методика дальнейших исследований металла и уточнение условий эксплуатации оборудования.
3. Во многих сложных случаях при составлении программы диагностирования необходимо предусмотреть назначение группы экспертов специальной подготовки для проведения совещания, на котором предметно обсуждаются специфические особенности конкретной работы и варианты возможных технических решений.
Литература:
1. Воробьева Г. Я. Коррозионная стойкость материалов в коррозионных средах химических производств. — М.: Химия, 1975.
2. ГОСТ 9.908–85. Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости.
