Способ гибридной электрохимической защиты металлических резервуаров
METHOD OF HYBRID ELECTROCHEMICAL PROTECTION OF METAL RESERVOIRS

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам электрохимической защиты металлических резервуаров с агрессивной средой.
Известен «Способ электрохимической металлизации внутренней поверхности труб» (патент RU №2244766, МПК C25D 5/18, C25D 7/04, опубл. 20.01.2005 Бюл. №2), включающий электрохимическое осаждение металла на постоянном токе на внутреннюю поверхность труб, заполненных водным раствором соли осаждаемого металла, при циркуляции в них водного раствора, причем по трубам в процессе осаждения пропускают переменный ток.
Недостатками данного способа являются узкая область применения из-за невозможности применения в больших объемных резервуарах, необходимость нахождение в резервуаре (трубе) водного раствора осаждаемого металла, что требует остановки и замещения находящейся в резервуаре жидкости на данный раствор, а также большие затраты электрической энергии (электроэнергии) из-за постоянного включенного постоянного и/или переменного тока.
Наиболее близким является «Способ катодной защиты металлического подземного сооружения» (патент RU №2596571, МПК C23F 13/04, опубл. 20.04.2016 Бюл. №11), включающий пропускание постоянного электрического тока между сооружением и группой анодов с обеспечением защитного потенциала на сооружении за счет постепенного растворения анодов, при этом периодически проводят электрохимическую активацию группы анодов путем подачи между анодами переменного тока одновременно с подачей постоянного тока с помощью станции катодной защиты, при этом в качестве источника переменного тока используют вторичную обмотку понижающего трансформатора станции катодной защиты, а периодическую подачу переменного тока осуществляют в течение 15 минут в час.
Недостатками данного способа являются большие затраты электроэнергии из-за постоянного включенного постоянного и/или переменного тока, узкая область применения, так как нет возможности использования в резервуарах, отстаивающих жидкости с различными электрохимическими свойствами, например, при отстаивании продукции скважин, содержащих воду и нефть.
Технической задачей является создание экономного способа гибридной электрохимической защиты металлических резервуаров, позволяющего работать в резервуарах, отстаивающих жидкости с различными электрохимическими свойствами, например, при отстаивании продукции скважин, содержащих воду и нефть.
Техническая задача решается способом гибридной электрохимической защиты металлических резервуаров, включающим пропускание постоянного электрического тока между резервуаром и группой анодов с обеспечением защитного потенциала на сооружении за счет постепенного растворения анодов, при этом периодически проводят электрохимическую активацию группы анодов путем подачи на аноды тока с другим потенциалом, при этом аноды сверху покрывают металлом, стоящим в ряду напряжений левее, чем металл резервуара, защитный потенциал подают на аноды периодически с замером силы тока с периодами включения защитного потенциала, выбранными для максимальной защиты резервуара от коррозии, при этом подачу на аноды тока с другим потенциалом периодически производят при силе тока, превышающей пороговую силу тока.Новым является также то, что резервуар изготавливают из стали, а аноды покрывают цинком, алюминием или их сплавами.
Протекторная защита осуществляется гальваническими анодами (протекторами) из металла или сплава с меньшим по сравнению с металлом резервуара электродным потенциалом для смещения потенциала поверхности резервуара в отрицательную сторону, что подавляет коррозию.
Катодная защита осуществляется наложением постоянного тока от внешнего источника постоянного ток (станции катодной защиты). Корпус резервуара соединяется с отрицательным полюсом станции катодной защиты и является катодом, а аноды, расположенные внутри резервуара - с положительным. Однако, это приводит к большим затратам электроэнергии из-за постоянного включенного постоянного тока, и эта защита малоэффективна при использовании в металлических резервуарах, отстаивающих жидкости с различными электрохимическими свойствами.
Способ гибридной электрохимической защиты металлических резервуаров, отстаивающих жидкости с различными электрохимическими свойствами, включает пропускание постоянного электрического тока между сооружением и группой анодов с обеспечением защитного потенциала на сооружении за счет постепенного растворения анодов, при этом периодически проводят электрохимическую активацию группы анодов путем подачи на аноды тока с другим потенциалом. Аноды перед установкой предварительно сверху покрывают металлом, стоящим в ряду напряжений левее, чем металл резервуара, что позволяет защищать от коррозии резервуар при выключенном токе на анодах. Защитный потенциал подают на аноды периодически с замером силы тока для увеличения защитного потенциала и контроля за уровнем перехода между отстаиваемыми жидкостями (например, за уровнем водонефтяного перехода - ВНК). Подачу на аноды тока с другим (положительным) потенциалом периодически производят при силе тока, превышающем пороговую силу тока, определяемую эмпирически, до снижения силы тока ниже пороговой. В ходе лабораторных исследований определяют показания тока, при которых уровень перехода опускается ниже анодов, то есть аноды попадают в жидкость с противоположным потенциалом (например, нефти). Для исключения «налипания» жидкости на аноды на них подают противоположный (положительный) потенциал. Как только потенциал снизится, и аноды при этом попадут в интервал с первоначальным зарядом (уровень переходной изменится в резервуаре во время отстоя или отбора одной из жидкостей), заряд отключают. И аноды переходят в обычный режим работы с периодическим включением отрицательного заряда на них. Периоды включения выбирают эмпирическим путем для обеспечения максимальной защиты резервуара от коррозии, например, при увеличении потенциала внутренней поверхности от проектного значения. Если резервуар изготавливают из стали, то аноды для больше эффективности покрывают цинком, алюминием или их сплавами.
Пример конкретного выполнения.
Способ гибридной электрохимической защиты металлических резервуаров использовался для защиты днища внутренней поверхности технологических металлических резервуаров, служащих для приема, хранения, отстоя, сепарации темных и светлых нефтепродуктов, имеющих слой подтоварной воды снизу.
У днища стального резервуара установили протяженные гальванические аноды-протекторы, составленные из отдельных стержней, соединяемых между собой в процессе монтажа. Протяженный анод размещается на днище резервуара концентричными окружностями с расчетным шагом (авторы на это не претендуют). К протяженному аноду подключается внешний источник постоянного тока. Внешний источник постоянного тока имеет возможность автоматического включения при увеличении потенциала внутренней поверхности от проектного значения и смены потенциала при силе тока, превышающем пороговую силу тока.
Положительного потенциала к протяженному аноду будет способствовать очищению гальванического анода в случае их загрязнения в процессе эксплуатации. При изменении уровня технологической жидкости происходит автоматическое отключение положительного потенциала на источнике питания.
Технические характеристики элемента гибридной защиты показаны в таблице.
Предлагаемый способ защиты резервуаров, служащих для приема, хранения, отстоя, сепарации темных и светлых нефтепродуктов, при сравнении с аналогичными резервуарами только с катодной защитой позволил сэкономить 7-11% электроэнергии, межремонтный период обслуживания для замены и/или очистки анодов вырос в 2-2,5 раза, что также ведет к экономии средств.
Предлагаемый способ гибридной электрохимической защиты металлических резервуаров позволяет экономно работать в резервуарах, отстаивающих жидкости с различными электрохимическими свойствами, например, при отстаивании продукции скважин, содержащих воду и нефть.