Устройство для определения адгезированных форм СВБ на узле коррозионного контроля трубопровода

Полезная модель относится к области нефтяной промышленности, в частности обеспечивает безаварийную работу системы трубопроводного транспорта, контроль микробиологической активности сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ) и коррозионных процессов в технологическом потоке жидкости.
Сульфатвосстанавливающие бактерии являются основными возбудителями анаэробной коррозии в нефтяной промышленности. На металлической поверхности появляются коррозионные отложения в виде темной корки и рыхлых бугорков, состоящих из сульфидов, карбонатов и гидратов окиси железа и включают многочисленные колонии СВБ, образующие биопленки. Вследствие особых вязкоэластичных свойств биопленок, заселенные поверхности демонстрируют существенно повышенное сопротивление трению, что в системах трубопроводов может привести к пониженной скорости подачи, повышенной потере напора, а в случае отрыва фрагментов биопленки возможно засорение насосного оборудования трубопроводной системы.
Трубопроводная система подвержена разрушающему воздействию СВБ, попадающих в трубу вместе с нефтью или газом из скважины. Микробиологический соскоб для определения наличия коррозионно-опасных форм СВБ на действующем нефтепроводе возможно только при ликвидации отказа трубопровода с вырезкой дефектных участков либо путем установки специальных биозондов. Отбор пробы во время ремонта нефтепровода (ликвидации отказа) позволяет определить является ли причиной отказа жизнедеятельность адгезированных форм СВБ. Такой контроль зараженности не дает оперативной информации о наличии колонии адгезированных бактерий на действующем нефтепроводе, и соответственно не позволяет своевременно принять меры по предотвращению отказа нефтепровода.
Область процессов контроля коррозионных процессов и микробиологической активности, предотвращения коррозии включает методы измерения коррозии в режиме реального времени в течение заданной длительности, при постоянном воздействии технологических потоков, а также методы измерения в автономном режиме, определяемые в ходе лабораторного анализа. После испытания образцы извлекают и анализируют. Методы позволяют определить степень коррозионной активности среды и скорость потери веса металла. От скорости коррозии зависит длительность, эффективность и безопасность эксплуатации оборудования. Для мониторинга коррозии используют образцы-свидетели коррозии по измерению потери веса.
Известен способ определения скорости коррозии, в частности гравиметрический, заключающийся в оценке изменения массы образца, подверженного коррозии (Коррозионная стойкость оборудования химических производств: Способы защиты оборудования от коррозии. Справ. изд. / Под ред. A.M. Сухотина. - Л.: Химия, 1987. - С.6-12).
Недостатками являются то, что на поверхности данных образцов свидетелей не адгезируются коллонии СВБ, так они шлифуются для исключения шероховатости.
Известно устройство для мониторинга микробиологической активности в технологическом потоке, включающее: проточную ячейку, снабженную отверстиями, где по меньшей мере одно отверстие представляет собой впускное отверстие проточной ячейки для отбора текучей среды из указанного технологического потока и по меньшей мере одно отверстие представляет собой выпускное отверстие для выпуска текучей среды из указанной проточной ячейки; зонд РК, присоединенный к одному из указанных отверстий; возможно, зонд ОВП, присоединенный к одному из указанных отверстий; очищающее приспособление, присоединенное к одному из указанных отверстий; возможно, первый трубопровод, присоединенный к впускному отверстию проточной ячейки; возможно, второй трубопровод, присоединенный к выпускному отверстию проточной ячейки, и, возможно, клапан, присоединенный к указанной проточной ячейке (патент RU № 2477320, опубл. 10.03.2013).
Применение изобретения в нефтяной промышленности, где текучая среда - нефтегазосодержащая жидкость, невозможно, так как измерение микробиологической активности происходит с использованием сложных приборов: зонда РК - для измерения концентрации растворенного кислорода, зонда ОВП для замера окислительно-восстановительного потенциала, работа которых ограничена при определенных характеристиках воды (например, массовая концентрация нефтепродуктов не более, 150 мг/дм, массовая концентрация механических примесей не более 50 мг/дм и т.д). Недостатками являются то, что данное устройство может применяться только на объектах с небольшим содержанием механических примесей, асфальтенов и сульфита железа. А также указанные зонды требуют техническое обслуживание, настройку и калибровку параметров.
Известны устройства для проведения мониторинга процесса коррозии.
BIoGEORGETM включает датчик, со встроенной электроникой, соединительный кабель, дисплей (http://advanter-rf.com/biogeorge.htm). Зонд устанавливается в системе трубопроводов, теплообменника или емкости посредством 2-дюймового резьбового соединения.
Водородный зонд для высокого давления (системы HPTM и MHTM), состоит из трех узлов: верхняя сборка, вспомогательный модуль и чувствительный элемент HY7000. Верхняя сборка состоит из корпуса, манометра (0-40 psi), датчика температуры, и игольчатого крана. Длина чувствительного элемента зонда HY7000 составляет около 3 дюймов и состоит из тонкостенной трубки. Минимальная длина зонда (IL) составляет 6 дюймов.
Приборы ERDCU-3 и приборы CEION, фирмы CORMON, состоят из блоков сопряжения и контролеров, последовательно соединенных с измерительными преобразователями в каналах измерения скорости коррозии, подключенных, к промышленной сети Ethernet через контролеры.
Недостатками известных устройств являются ограниченная область использования, сложность конструкции и высокая стоимость устройства.
Наиболее близким является устройство для проведения мониторинга процесса коррозии на узлах коррозионного контроля, включающее стержень с наружной резьбой, на который установлены цилиндрические образцы-свидетели, изолирующие фторопластовые втулки, гайки и шайбы, фиксируемые к узлу контроля (https://www.monicor.ru/ru/equipment/obraz.htm). На стержень установлены десять дисковых образцов-свидетелей размером 14х11,1х9 мм и 16х10х9 мм, одиннадцать изолирующих фторопластовых втулок, три гайки и три шайбы.
Конструкция устройства не позволяет одновременно качественно контролировать скорость коррозии и развития колонизации адгезированными бактериями, вязкоэластичные свойства которых приводят к понижению скорости подачи, повышению потери напора, а в случае отрыва фрагментов биопленки к засорению насосного оборудования трубопроводной системы.
Техническими задачами полезной модели являются повышение качества мониторинга коррозионного процесса, расширение функциональных возможностей и повышение достоверности определения коррозионных процессов и микробиологической активности адгезированных форм СВБ в технологическом потоке жидкости в действующем трубопроводе, что позволяет снизить износ трубопровода, исключить аварийную ситуацию, повысить межремонтный период эксплуатации оборудования системы транспортирования при использовании простой конструкции образца-свидетеля для комплексного мониторинга коррозионной активности среды.
Технические задачи решаются устройством для определения адгезированных форм СВБ на узле коррозионного контроля трубопровода, включающим стержень с наружной резьбой, на который установлены цилиндрические образцы-свидетели скорости коррозии, изолирующие фторопластовые втулки, гайка прижимная.
Новым является то, что стержень выполнен с наружной резьбой с обоих концов, на стержне последовательно установлены проходная втулка наружным диаметром 30,5 мм, посадочная втулка, выполненная проточкой ступенчато с наружным большим диаметром 30,5 мм и меньшим диаметром 20 мм, на которую насажены три цилиндрических образца-свидетеля скорости коррозии диаметром 24,5 мм, далее установлены изолирующая втулка диаметром 30,5 мм, посадочная втулка, на которую насажены три цилиндрических образца-свидетеля для определения адгезированных форм СВБ диаметром 24,5 мм, на наружной поверхности каждого образца-свидетеля для определения адгезированных форм СВБ по окружности равномерно под углом 120° выполнены шесть углублений диаметром 6 мм, прижимная гайка выполнена из фторопласта с внутренней резьбой.
Также новым является то, что между образцами-свидетелями размещены изолирующие фторопластовые втулки.
Также новым является то, что высота образцов-свидетелей, проходной втулки и длина стержня зависят от внутреннего диаметра исследуемого трубопровода.
На фигуре изображен общий вид устройства для определения адгезированных форм СВБ на узле коррозионного контроля трубопровода.
Устройство для определения адгезированных форм СВБ на узле коррозионного контроля трубопровода включает стержень с наружной резьбой (на фигуре не показан), на который установлены цилиндрические образцы-свидетели скорости коррозии 1, изолирующие фторопластовые втулки 2, гайка прижимная 3. Стержень диаметром 10 мм выполнен из нержавеющей стали с наружной резьбой с обоих концов. Одним концом стержень вкручивают на заглушку узла коррозионного контроля. На стержень последовательно устанавливают: проходную 4 втулку наружным диаметром 30,5 мм, посадочную 5 втулку, выполненную проточкой ступенчато с наружными большим диаметром 30,5 мм и меньшим диаметром 20 мм (на фигуре не показано). На посадочную втулку с меньшим диаметром насаживают вплотную три цилиндрических образца-свидетеля 1 для определения скорости коррозии наружным диаметром 24,5 мм и внутренним диаметром 20,6 мм. Через установленную изолирующую 6 втулку наружным диаметром 30,5 мм, разделяющую образцы-свидетели, устанавливают посадочную втулку наружным диаметром 20 мм (на фигуре не показано), на которую насаживают вплотную три цилиндрических образца-свидетеля 7 для определения адгезированных форм СВБ с наружным диаметром 24,5 мм, и внутренним диаметром 20,6 мм. Посадочные втулки исключают контакт металлических поверхностей, повышая точность и качество определения коррозионных процессов. Конструкция устройства позволяет одновременно использовать разные контрольные образцы-свидетели 1 и 7 на одном узле коррозионного контроля. Образцы-свидетели выполнены из стали той же марки, что и материал трубопровода, например сталь 20. Все втулки выполнены из фторопласта, обладающего высокой сопротивляемостью к агрессивным средам. Для определения скорости коррозии необходимо вычислить среднее арифметическое значение по трем образцам, поэтому устанавливается по три образца. Вероятность обнаружения адгезированных форм СВБ при установке трех образцов повышается, особенно при многофазном потоке в трубе большого диаметра.
На наружной поверхности каждого образца-свидетеля 7 по окружности равномерно под углом 120° выполнены шесть углублений 8 диаметром 6 мм. Углубления получают сверлением дрелью при использовании сверла диаметром 6 мм на глубину 1-2 мм с шероховатостью 1,25 мкм. Такая форма углубления образует застойную зону и способствует адгезии СВБ к поверхности для создания благоприятных условий для роста и развития биоценоза. Размеры углублений определены опытным путем. Втулки и образцы-свидетели на стержне плотно стягиваются прижимной гайкой 3 М10. Прижимная гайка 3 выполнена из фторопласта с внутренней резьбой. Между образцами-свидетелями размещены изолирующие фторопластовые втулки 2. Высота образцов-свидетелей 1 и 7, проходной втулки 4 и длина стержня зависят от внутреннего диаметра исследуемого трубопровода.
Устройство работает следующим образом.
Устройство для определения адгезированных форм СВБ на узле коррозионного контроля трубопровода диаметром 273 мм включает стержень диаметром 10 мм и длиной 270 мм, выполненный из нержавеющей стали, с наружной резьбой с обоих концов. Одним концом стержень вкручивают на заглушку узла коррозионного контроля. На стержень последовательно устанавливают: проходную 4 втулку наружным диаметром 30,5 мм и длиной 90 мм, ступенчатую посадочную 5 втулку наружными диаметрами 30,5 и 20 мм и длиной проточенной части 75 мм. На посадочную втулку насаживают вплотную три цилиндрических образца-свидетеля 1 для определения скорости коррозии с наружным диаметром 24,5 мм высотой 25,0 мм и внутренним диаметром 20,6 мм. Через установленную изолирующую 6 втулку наружным диаметром 30,5 х 20,0 мм устанавливают посадочную втулку диаметром 20 мм и длиной 75 мм, на которую насаживают вплотную три цилиндрических образца-свидетеля 7 с наружным диаметром 24,5 мм, высотой 25,0 мм и внутренним диаметром 20,6 мм. Образцы-свидетели выполнены из стали 20, что и материал трубопровода. Втулки выполнены из второпласта. На наружной поверхности каждого образца-свидетеля 7 по окружности равномерно под углом 120° выполнены шесть углублений 8 диаметром 6 мм глубиной 1-2 мм с шероховатостью 1,25 мкм. Углубление обрабатывают наждачной бумагой. Такая форма углубления образует застойную зону и способствует адгезии СВБ к поверхности для создания благоприятных условий для роста и развития биоценоза. Втулки и образцы-свидетели на стержне плотно стягивают прижимной гайкой 3 из фторопласта с внутренней резьбой. Между образцами-свидетелями размещают изолирующие фторопластовые втулки 2.
Перед испытанием поверхность образцов-свидетелей обезжиривают этиловым спиртом. Устанавливают на напорном трубопроводе, преимущественно в конце трубопровода. Выдерживают образцы в среде не менее одного месяца.
Выявление адгезированных форм СВБ на биозондах проводят не менее одного раза в год в профилактических целях, при оценке эффективности бактерицидных обработок до и после обработки трубопровода.
2
После извлечения в лаборатории образцы-свидетели 1 для замера коррозии обрабатывают, весовым методом определяют скорость коррозии металла. Образцы-свидетели 7 для адгезированных форм СВБ также доставляют в лабораторию и согласно методике проводят анализ. Делают соскоб скальпелем с углублений, выполняют действия для диспергирования биопленки, делают шесть разведений, пробы термостатируют и рассчитывают содержание адгезированных на металлической поверхности СВБ - М, кл/см по формуле:
/S,
где n - порядковый номер разведения, из которого сделан посев в последний флакон, где отмечен рост бактерий;
S - площадь рабочей поверхности образца.
Предлагаемое устройство для определения адгезированных форм СВБ на узле коррозионного контроля трубопровода простое и надежное в изготовлении и использовании, позволяет установить одновременно комплекты образцов-свидетелей для измерения скорости и определения биозараженности, при этом использовать для этого существующие узлы коррозионного контроля. Данные, полученные по скорости коррозии металла и по наличию адгезированных форм СВБ, позволят повысить качество определения коррозионного процесса, расширить функциональные возможности и повысить достоверность определения коррозионных процессов и микробиологической активности адгезированных форм СВБ в технологическом потоке жидкости в действующем трубопроводе, что позволит снизить износ трубопровода, исключить аварийную ситуацию, повысить межремонтный период эксплуатации оборудования системы транспортирования при использовании простой конструкции образцов-свидетелей для комплексного мониторинга коррозионной активности среды.