УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ НЕФТЕГАЗОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Полезная модель относится к устройствам защиты от электрохимической коррозии воздействием на водосодержащую агрессивную среду электрическим полем. Применима в нефтегазовом секторе, в частности при переработке нефти и транспортировке нефти и нефтепродуктов.
Известно устройство (патент РФ 2339868, опубликован 27.11.2008 г.), содержащее источник постоянного тока с использованием «жертвенного» электрода - металла с низкой электрохимической активностью по отношению к железу, например магния. «Жертвенный» электрод установлен в корпусе, выполненном из пустотелого цилиндра, снабженного с обоих торцов фланцами, и размещен на диэлектрических центраторах с отверстиями. Устройство располагается в максимально низкой части трубопровода. Положительный эффект в предложенном устройстве обеспечивается, во-первых, повышенной плотностью тока, вследствие использования в качестве электролита перекачиваемой жидкости (воды эмульгированой в нефти) и, во-вторых, эффекта «катодной пассивности» так как внутренняя и наружная поверхность трубопровода покрываются прочной пленкой Fe3O4 (магнетит), дополнительно обеспечивая иммунитет от коррозии и устранение дефектных зон вдоль трубопровода.
К недостаткам данного устройства можно отнести необходимость периодической замены «жертвенного» электрода, для чего необходим внутрь резервуара или трубопровода. Кроме того, при эксплуатации данного устройства создается дополнительное гидродинамическое сопротивление движущемуся нефтепродукту, что ведет к необходимости применения трубопроводов с большим сечением.
Известны способ нейтрализации статического электричества в потоке вещества (патент РФ 2351100, опубликован 27.03.2009 г.) и устройство для снижения скорости коррозии нефтепровода путем удаления электростатического заряда (патент РФ 2490835, опубликован 20.08.2013 г.), в которых электроды для снятия зарядов статического электричества расположены в потоке вещества. Тем самым создается гидродинамическое сопротивление и дополнительная турбулизация потока вещества, что способствует его электризации.
Известен способ защиты подземных металлических многониточных трубопроводов от электрохимической коррозии и устройство для его осуществления (патент РФ 2204626, опубликован 20.05.2003 г.). Изобретение содержит три однофазных источника постоянного напряжения, входные шины питания, плюсовые и минусовые выходные шины нагрузки, плюсовые и минусовые шины измерительных цепей, определенным образом соединенные между собой.
Недостатком указанных способов является существенное усложнение конструкции оборудования, что неизбежно влечет к снижению его надежности и увеличению энергозатрат.
Наиболее близким является способ управления физико-химическими процессами в веществе и на границе раздела фаз (Патент РФ №2479005, опубликован 10.04.2013 г.), где в качестве объекта воздействия выбраны жидкие среды, воздействие на которые осуществляется на границе раздела фаз с помощью электрического нелинейно-искаженного сигнала с двумя интервалами однородности, что обеспечивает производительность оборудования, уменьшает энергоемкость производств, достижение оптимальных показателей эффективности процесса.
В данном изобретении заявлено использование в качестве частотно-модулированного сигнала нелинейно искаженной сигнал с двумя интервалами однородности не зависимо от параметров ДЭС (пристенный слой нефтепродукта - металлическая конструкция) на границе раздела фаз «жидкость - твердое вещество», что ограничивает его эффективность.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности производственного оборудования нефтегазового сектора и снижения риска возникновения аварийных ситуаций при перевозке, хранении и переработки нефти и нефтепродуктов.
Указанная задача решается путем изменения водородного показателя рН присутствующей нефтепродукте воды, а также изменения скорости растворения железа за счет электрофизического воздействия в веществе и на границе раздела фаз.
Для достижения результата на объект защиты осуществляется подача переменного частотно-модулированного потенциала (ПЧМП) с помощью электрического устройства (Фиг. 1), который воздействует на двойной электрический слой (ДЭС), образующийся на границе раздела фаз «жидкость (водосодержащая коррозионная среда) - твердое вещество (металлоконструкция объекта защиты)». С устройства, состоящего из высоковольтного блока 1, разделительного трансформатора 2; блока управления частотой модуляции ПЧМЧ 3 и блока контроля и индикации 4, ПЧМП подается на объект защиты 5. Причем электрод крепится с наружной стороны объекта защиты. Тем самым не создается гидродинамическое сопротивление движущейся жидкости внутри объекта защиты.
В результате воздействия ПЧМП на внутренней и внешней поверхностях объекта защиты образуется переменное электрическое поле заданной частоты и происходит изменение диэлектрической проницаемости ДЭС за счет переменной поляризации вещества на границе раздела фаз (Фиг. 2), увеличение значения водородного показателя рН среды и снижение окислительно-восстановительного потенциала (ОВП), что приводит к уменьшению скорости коррозии металла. Без воздействия ПЧМП диполи ДЭС находятся в статичном состоянии (фиг. 2а). Под воздействием МЧМП происходит постоянная переориентация диполей ДЭС в соответствии с направлением силовых линий переменного электрического поля (фиг. 2б).
На фиг. 1 показан принципиальная схема прибора и его подключение к объекту защиты.
На фиг. 2 показана поляризация ДЭС: а) - без воздействия внешнего электрического поля; б) - при электрофизическом воздействии ПЧМП.
Технический результат полезной модели заключается в отсутствии энергетических затрат на преодоление гидродинамического сопротивления, так как в поток нефти или нефтепродуктов не вводятся электроды, увеличении зоны электрофизического воздействия, так как переменное электрическое поле имеет меньшие потери в сравнении с постоянным электрическим полем, а также уменьшении скорости коррозии за счет увеличения значения водородного показателя рН среды и снижения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП).
Предложенный способ позволяет оперативно изменять параметры воздействия на ДЭС за счет блока модуляции с регулируемыми параметрами сигнала.
Осуществление полезной модели
В ходе лабораторных испытаний полезной модели исследовалось ее воздействие на дистиллированную воду с измерением рН и ОВП (таблица 1), которая затем использовалась в исследованиях макрофазы роста живых систем [1].
Достигнуто увеличение рН на 5,44%, а снижение ОВП на 34%.
Результаты опытов по влиянию воздействия ПМЧП на скорость коррозии металлов в различных средах [2] представлены в таблице 2.
Таким образом доказана промышленная применимость полезной модели.
Литература:
1. Швецова О.В., Шкрабак B.C., Князев А.С., Родионов Г.Г. Интенсификация питания растений нулевой макрофазы роста и развития минеральными соединениями углерода химическим и электрофизическим методами // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). - 2015. - №. 28. - С. 73-82.
2. Ивахнюк Г.К., Иванов А.В, Гарифулин P.P. Применение метода сканирующей зондовой микроскопии для исследования процессов коррозии в условиях воздействия переменного частотно-модулированного потенциала // Научно-аналитический журнал «Вестник Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России». - 2014. - №3. С. 12-19.