ПРОТЕКТОР ВНУТРИТРУБНЫЙ РЕШЕТЧАТЫЙ

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, в частности к устройствам электрохимической защиты от коррозии внутренних поверхностей технологических промысловых трубопроводов без использования внешних источников тока.
Добываемая водно-нефтяная смесь приобретает избыточный положительный заряд в следствии взаимодействия с горной породой. Эти заряды сосредоточены в нефтяных флюидах, поскольку нефть является диэлектриком. В процессе перекачки флюиды случайным образом соприкасаются с металлом трубопровода и передают ему свой избыточный положительный заряд. То есть относительно водного (агрессивного) электролита металл становится анодом. При этом инициируется гальваническая коррозия металла в окрестностях соприкосновения с флюидами.
Протектор внутритрубный решетчатый ПВР-АК1 (далее ПВР) предназначен для:
1. Электрохимической защиты от коррозии внутренних поверхностей технологических промысловых трубопроводов, изготовленных из черной конструкционной и углеродистой сталей в соответствии с ГОСТ Р 53580- 2009 г.
2. Электрохимической защиты от коррозии внутренних поверхностей запорно-регулирующей и предохранительной арматуры устьевого оборудования.
3. Электрохимической защиты от коррозии внутренних поверхностей технологических промысловых трубопроводов без использования внешних источников тока.
4. Снятия избыточного положительного заряда из нефтяных флюидах, и предотвращения накопления электростатических зарядов, в перекачиваемой по трубопроводу добываемой водно-нефтяной смеси, происходящих за счет особой конструкции токоотвода и индивидуального заземлителя.
5. Эксплуатации как конструктивный элемент промысловых и магистральных трубопроводов, предназначенных для перекачки продуктов нефтедобычи с высокой минерализацией воды и содержанием сероводорода, двуокиси углерода и других коррозионно-активных агентов.
Известен протектор алюминиевый короткозамкнутый [https://ehz.center/protektory-alyuminievye/]. ПАКР длиной от 2800 мм и диаметром 40-60 мм, применяющийся для защиты внутренних поверхностей трубопроводов, транспортирующих воду, водные растворы и обводненную нефть.
Недостаток - большие сложности при установке и креплении во внутреннюю часть нефтепроводных труб.
Известен внутритрубный протектор для защиты от коррозии (ВПК) [http://geopron.ru/oboruclovanie/protektory-vnutritrubnye/]. Представляет собой вставку, отлитую из сплава алюминия под давлением, которая устанавливается в муфтовое соединение насосно-компрессорных труб.
Недостаток - электрохимическая защита происходит только одной насосно-компрессорной трубой, длиной 10 м, в течение девяносто дней.
Вышеперечисленные аналоги работают по короткозамкнутой схеме заземления, а именно, заземление протектора производится непосредственно на корпус защищаемой трубы. Это не позволяет полностью снять избыточный положительный заряд нефтяных флюидов.
Задачей устройства является увеличение срока службы ПВР и повышение эффективности его работы.
Техническим результатом является снижение скорости коррозии внутренней поверхности трубопровода.
Технический результат достигается за счет того, что ПВР включает стальной корпус, выполненный в форме трубы, запрессованный в нем диск, выполненный из сплава алюминия с отверстиями и соединенный с токоотводом, включающим штуцер токоотвода, шайбу, болт токоотвода, уплотнительную втулку, втулку, нажимной болт, шпильку, на конце которой расположена гайка с клеммой, выполненной с возможностью крепления кабеля для подсоединения контура заземления.
Особенностями устройства является то, что уплотнительная втулка выполнена из маслостойкой резины; втулка, нажимной болт и штуцер выполнены из стали; шайба выполнена из меди; болт токоотвода и шпилька выполнена из сплава алюминия, а клемма и гайка выполнены оцинкованными.
На фиг. 1 представлен пример установки ПВР между стальными фланцами.
На фиг. 2 представлен общий вид ПВР.
На фиг. 3 представлен ПВР в разрезе.
Протектор внутритрубный решетчатый включает корпус 11, выполненный в форме нефтепроводной трубы. Корпус 11 изготавливается из стали, например, 09Г2С, в него запрессован решетчатый диск 1, выполненный из сплава алюминия с отверстиями. Диск 1 соединен с болтом токоотводом 10, включающим стальной штуцер 2 токоотвода, медную шайбу 3, болт токоотвода 10, выполненный из сплава алюминия, уплотнительную втулку 4 из маслостойкой резины, а также втулку 5 и нажимной болт 6, выполненные стальными. На конце шпильки 7, выполненной из сплава алюминия, расположены оцинкованные гайка 9 с клеммой 8, выполненной с возможностью крепления алюминиевого кабеля 12 для подсоединения контура заземления 13.
Количество отверстий в диске 1 и их диаметр рассчитываются для каждого типоразмера изделия исходя из допустимых потерь давления. Расчет производится согласно требованиям заказчика, в зависимости от допустимого падения давления 2-4-5%. При расчете учитывается допустимое падение давления в трубопроводе, его диаметра, объема и химического состава прокачиваемой жидкости.
За счет того, что уплотнительная втулка 4 выполнена из маслостойкой резины, а шайба 3 выполнена из меди, это позволяет изделию работать при высоких давлениях от Ру0.1 до Ру35МПа.
Принцип работы ПВР заключается в превращении анодной зоны фланцевых соединений в катодную посредством его установки в межфланцевые соединения трубопроводов. При этом анодом становятся протекторная вставка (диск 1). Диск 1 изготовлен из более отрицательного «жертвенного» металла, который отвлекает на себя процесс электрохимической коррозии и в первую очередь подвержен воздействию коррозии по сравнению с элементами основной конструкции. Соединения диска 1 с контуром заземления 13 через болт токоотвода 10, шпильку 7, клемму 8 и гайку 9 с кабелем 12, выполнены из материалов сплава алюминия. Алюминиевые сплавы обладают наибольшей электропроводностью, по отношению к другим металлам, это позволяет максимально снять избыточные положительные заряды из прокачиваемой жидкости, что увеличивает срок работы изделия.
Избыточный положительный заряд нефтяных флюидов, стекая с диска 1, проходит через электролит (минерализованные пластовые воды), входит во внутреннюю поверхность трубопровода и подавляет или ограничивает действие коррозионных элементов на его поверхности, и, следовательно, предотвращает коррозионное разрушение.
В процессе эксплуатации ПВР требуемый защитный ток возникает вследствие разницы потенциалов между «жертвенным» анодным материалом (диск 1) и защищаемым объектом-катодом, не подсоединенным к посторонним источникам тока. Электродный потенциал стальных труб составляет 0.44В, а алюминиевая вставка обладает более высоким отрицательным потенциалом - 1.62 В.
Опытно-промышленные испытания ПВР были проведены на добывающем фонде скважин кустовой площадке №1 Усть-Тегусского месторождения нефти ООО «РН-Уватнефтегаз».
Во время данных испытаний зафиксированы следующие результаты:
1. Снижена скорость коррозии внутренней поверхности сборных технологических трубопроводов с 1.1935 мм/год до 0,0670 мм/год (20 раз).
2. Ингибитор коррозии в период опытно-промышленного испытания в технологические трубопроводы не подавался.
3. Перепад давления в технологических трубопроводах до и после ПВР-АК1 составил 0.6%.
4. Срок эксплуатации ПВР-АК1 составил более 500 (пятисот) дней.
5. Аварийных остановок связанных с работой ПВР-АК1 в период проведения ОПИ не было.
6. Экономический эффект за год составил 8 812 862 рубля.
7. Отсутствие рисков для экологии, связанные с применением ингибиторов коррозии.
Все планируемые по программе опытно-промышленных испытаний показатели были достигнуты.
Дополнительно при проведении ОПИ были проведены электрометрические измерения ПВР мультиметром.
Мультиметр регистрировал ток в mA, стекающий с диска 1 в заземлитель 13. Средняя величина этого тока А=0.55mA (замер №1) говорит об интенсивности снятия ПВР-ом, избыточного положительного заряда нефтяных флюидов из перекачиваемой жидкости (таб. 1). В Таблице 1 приведены замеры электрометрических значений.
Мультиметр регистрирует напряжение тока в mV, по сути происходит разрыв соединения диска 1 с заземлителем 13, что приводит к накоплению заряда на протекторе до некоторого равновесного среднего значения V=8.46mV (замер №2), характеризующего заряженность флюидов (таб. 1).
Электрометрические измерения доказывают, что установка токоотвода и монтаж индивидуального заземлителя обеспечивают интенсивное снятие избыточного положительного заряда нефтяных флюидов. Это дополнительно усиливает защиту от электрохимической коррозии внутренней поверхности нефтепроводов.
Сборка и монтаж протектора внутритрубного решетчатого производится в следующим порядке (фиг. 1):
В стальной корпус 11 впрессовывается диск 1 выполненный из сплава алюминия. В стальной штуцер токоотвода 2 вворачивается болт токоотвода 10, выполненный из сплава алюминия. В стальной корпус 11 вворачивается стальной штуцер токоотвода 2, соединенный с болтом токоотвода 10. Между стальным корпусом 11 и стальным штуцером токоотвода 2 устанавливается медная шайба 3. В болт токоотвода 10 вворачивается шпилька 7, выполненная из сплава алюминия. В стальной штуцер токоотвода 2 вставляется резиновая уплотнительная втулка 4, стальная нажимная втулка 5, и вворачивается стальной нажимной болт 6.
Собранный протектор внутритрубный решетчатый (фиг. 1) устанавливается между стальными фланцами 14 и 15 запорной арматуры сборных нефтяных трубопроводов, нефтяного оборудования и фонтанной арматуры и стягивается стальными шпильками и гайками.
Индивидуальное заземление выполняется из оцинкованных металлических стержней диаметром 20 мм на глубину - ниже точки промерзания земли на расстояние не менее 5 м от установки ПВР.
Соединение между шпилькой 7 и заземлением 13 выполняется клеммой 8, гайкой 9 и алюминиевым кабелем 12 площадью 10 кв.