В данной работе рассмотрены методы оценки и определения скорости коррозии технологического оборудования в зависимости от условий его эксплуатации при осуществлении технического диагностирования оборудования в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Приведены особенности видов коррозионного разрушения основного металла и сварных соединений для сталей разных групп.
Ключевые слова: техническое диагностирование, нефтехимия, нефтепереработка, ультразвуковая толщинометрия, неразрушающий контроль, коррозия.
По мнению специалистов организаций, проводящих экспертизу промышленной безопасности в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, главный фактор, приводящий к снижению работоспособности технических устройств, заключается в коррозионном износе.
Часть специалистов считает, что степень коррозионного уменьшения толщины стенки достаточна для расчетного определения допустимого срока последующей безопасной эксплуатации оборудования, поэтому исключает необходимость проводить осмотр и контроль состояния металла с внутренней стороны корпуса. Другие склоняются к более детальному контролю по результатам толщинометрии и расчета коррозионного износа.
Кто на самом деле прав?
Остановим внимание на самом простом случае общей равномерной коррозии. Простота определения общей равномерной коррозии, расчета скорости износа стенки аппарата по данным замерам лишь кажущаяся, не всегда позволяет получить достоверные данные. Обусловлено это низкой достоверностью исполнительной толщины, также сложностью при учете влияния технологических допусков на прокат, и методическими погрешностями в рамках определения толщины стенки.
Отрасль в настоящее время имеет нормативную документацию по методам оценки коррозионного износа металла. Но следствием применения данной документации экспертами могут быть проблемы интерпретации результатов. Основной метод замера коррозионного износа по нормативам заключается в ультразвуковой толщинометрии, проводящейся по фиксированным точкам, с определением расчета скорости коррозии по разнице толщины стенки в точке контроля за временной период между двумя осуществленными измерениями.
Метрологическая погрешность прибора при контроле в производственных условиях суммируется с погрешностью, которая вызвана производственными условиями (неравномерность коррозии, неравномерность толщины проката, точность калибровки толщиномера, разное качество подготовки поверхности материала, квалификации специалиста по неразрушающему контролю). В итоге совокупность погрешностей приводит к ошибке в полмиллиметра.
Данная оценка может быть допустимой при проверке прочности стенки аппарата, но не может быть однозначной при оценке глубины коррозионного износа.
Отчетный способ предполагает и прочие погрешности. В частности, если будут утеряны места замеров толщины, возникает необходимость всё начинать заново. Также нередко приходится работать с фактически имеющимся небольшим промежутком времени между 2 сериями замеров от одного до восьми лет, из-за чего возникает значительная погрешность расчетного определения скорости коррозии.
Погрешность снижают с использованием многократного контроля в течение длительного периода времени. При этом получение множества замеров позволяет применять разработанный к настоящему времени статистический аппарат обработки экспериментальных данных, что позволяет тем самым сократить ошибки при определении истинного износа, вызванные разными условиями осуществления измерения, также разной степенью подготовки поверхности под толщинометрию.
Но значительная глубина коррозионного износа приводит к заметному проявлению неравномерного износа, из-за чего возможны серьезные ошибки, приводя к низкой эффективности статического анализа. Следовательно, во множестве случаев метод оценки скорости коррозии по изменению толщины стенки не обеспечивает достоверные и объективные результаты.
Данный метод во всех сомнительных случаях необходимо дополнять по результатам внутреннего и наружного осмотров, которые позволяют произвести оценку равномерности коррозионного износа, отсутствия локальных видов коррозии (включая межкристаллитную коррозию, язвенную коррозию, коррозионное растрескивание под напряжением и пр.).
Существует не только оценка скорости коррозии с замером толщины стенки, но также другие методы с помощью образцов-свидетелей, и постоянно-совершенствуемый метод оценки коррозии с использованием коррозионных зондов.
В основе метода определения скорости коррозии по образцам-свидетелям — определения потери массы образцов из той же марки стали, из которой выполнены и элементы обследуемого корпуса.
Производится на некоторое время установка образцов-свидетелей на внутреннюю полость аппарата. Поскольку возможен высокоточный замер определения массы образца, то возможно уменьшение времени выдержки образца-свидетеля в корпусе даже при незначительной скорости коррозии.
Данный метод особую ценность представляет для случаев, когда требуется определение характера и вида коррозионного поражения металла, а отчетный объект является недоступным для проведения внутреннего осмотра. Но следует учесть и значительные ограничения по использованию данного метода.
Первое — образцы никогда не могут точно моделировать коррозионную ситуацию в разных зонах оборудования (вход продукта, выход продукта, застойные зоны, изменения формы конструкции, места перегрева и пр.). Также не учитывается изменение режима эксплуатации (стояночный, рабочий режим). Поэтому данный метод определения скорости коррозии тоже приводит к приближенным результатам, для которых необходимы уточнения с помощью других способов. При этом польза образцового способа определения скорости коррозии заключается и в том, что при расположении образцов в разных зонах конструкции с разными эксплуатационными условиями могут сравниваться коррозионные обстановки в данных зонах.
Изложенные факты позволяют сделать выводы, что на получение более точных данных по скорости общей коррозии, которые допустимы для анализа работоспособности оборудования, можно рассчитывать лишь за счет сравнения значений скорости, полученных с помощью разных методов.
Но окончательные выводы о работоспособности конструкции недопустимо делать лишь на основе результатов потери её массы либо толщины несущей стенки. Нужно с этой целью понимать существо процессов коррозии, свойств материалов, температурных условий работы, технологических сред — без этого невозможно получить объективную картину влияния рабочих условий на остаточный ресурс оборудования
При этом неизбежное чередование режимов эксплуатации по давлению, температуре, пусковым, остановочным режимам эксплуатации приводит к значительному влиянию для скорости общей коррозии, также полного изменения физико-химической обстановки, приводя к погашению одного вида коррозии и появлению другого вида (в частности, замена общей коррозии коррозионным растрескиванием под напряжением, межкристаллитной коррозией и пр.).
В частности, при эксплуатации оборудования нефтехимических производств в составе технологических отложений на внутренней поверхности имеются разные сульфиды металлов, представляющие собой продукт низко- либо высокотемпературной сернистой коррозии. Данные соединения при свободном доступе кислорода в режиме простоя вступают в химическую реакцию, в ходе которой образуются серная, сероводородная и политионовые кислоты.
Для данных химических соединений характерна повышенная агрессивность. Могут приводить к интенсивной коррозии низколегированных и углеродистых сталей, сопровождаясь при этом изменением характера повреждений, появлением разных видов коррозии — включая общую, язвенную, коррозионное растрескивание. Низколегированные стали при этом подвергаются процессу неравномерной коррозии с очаговым характером повреждений. Аустенитные стали же под воздействием политионовых кислот оказываются чувствительными к коррозионному растрескиванию под напряжением и межкристаллитной коррозии. Таким образом, следствием стояночной коррозии становится изменение и количественных показателей коррозии, и вида коррозионного поражения металла [1].
Определяются самые характерные виды коррозионного повреждения металла не только по условиям эксплуатации (среде, температуре, давлению), но также составу материала.
В частности, подвержены углеродистые стали в основном воздействию высокотемпературной коррозии в сероводородных газовых средах при температурном режиме более 260градусов Цельсия и содержанием сульфида водорода свыше 0,005 %. Следовательно, в основном используются данные стали ниже этой температуры. Вероятнее всего для данных сталей общая коррозия, хотя возможна также язвенная, порой и коррозионное растрескивание под напряжением.
Защита от высокотемпературной газовой коррозии осуществляется с использованием хромомолибденовых теплоустойчивых сталей. Характерны при их коррозионном поражении и коррозионное растрескивание под напряжением, и общая коррозия.
Наибольшая стойкость в отношении коррозионного поражения характерна высоколегированным хромоникелевым сталям. Но во множестве случаев для данных сталей свойственна склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением и межкристаллитной коррозии, при этом еще недостаточно изучены ситуации по учету и прогнозированию реализации данной склонности. Следовательно, возникают определенные затруднения, осложняющие подход к оптимизации использования данных сталей. Поэтому это должно влиять на экспертизу промышленной безопасности оборудования, производимого из данных сталей.
Возникает дополнительная сложность из-за использования в конструкциях узлов и сочетания материалов разного легирования: двухслойные стали и разнородные сварные соединения, различающиеся не только разным электрохимическим потенциалом, но также проявлением диффузионного перемещения атомов внедрения на границе сплавления при высокотемпературной эксплуатации [2].
С учетом всего указанного, обуславливается во множестве случаев необходимость целых исследований по коррозии и металловедению.
Подводя итог вышесказанному, хотелось бы отметить, что определение скорости коррозии представляет собой методически сложный процесс, но при этом не позволяет получить полную, а тем более окончательную картину технического состояния нефтехимического оборудования. Следовательно, не может использоваться как окончательный критерий при оценке работоспособности.
Чтобы оценить эксплуатационную надежность оборудования, требуется проведение дополнительных видов неразрушающего контроля, по результатам которых и будет определены условия дальнейшей эксплуатации диагностируемого оборудования.
Литература:
- Воробьева Г. Я. Коррозионная стойкость материалов в коррозионных средах химических производств. — М.: Химия, 1975.
- ГОСТ 9.908–85. Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости.
