Состояние и перспективы применения защитных покрытий в оборудовании и сооружениях нефтегазовой отрасли Протасов В.Н. РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина

В технологических системах бурения скважин, добычи, сбора, подготовки, транспорта и хранения нефти и газа используют разнообразные виды оборудования и сооружений основного и вспомогательного назначения, во многих случаях достаточно технически сложные и металлоемкие

К наиболее ответственным видам оборудования и сооружений относятся: -подземное и наземное оборудование скважин; разветвленная сеть промысловых и магистральных трубопроводов; - крупногабаритные резервуары, емкости, технологические аппараты

В процессе эксплуатации элементы указанных видов оборудования и сооружений подвергаются: - воздействию электрохимически-активных, химически- активных, адсорбционно-активных и абсорбционно-активных сред; - различным механическим воздействиям (статические и циклические нагрузки, вибрации, силы трения и др.); -воздействию отрицательной или повышенной положительной температуры, стабильной или циклически изменяющейся во времени

При указанных видах внешних воздействий на поверхностях элементов оборудования и сооружений развиваются разнообразные процессы, вызывающие нарушение работоспособности этих элементов: -электрохимическая и химическая коррозия; -коррозионное и сорбционное растрескивание при статических нагрузках; -коррозионная и сорбционная усталость при циклических нагрузках; -механическое изнашивание (гидроабразивное, газоабразивное, кавитационное и др.) -коррозионно-механическое и сорбционно-механическое изнашивание (в парах трения, в неподвижных разъемных соединениях, при воздействии потока транспортируемой среды) -адсорбция твердых отложений

Наиболее интенсивному разрушению подвергаются: -колонны труб в скважинах (бурильные, обсадные, насосно-компрессорные трубы и соединительные детали; -скважинные насосные агрегаты; -устьевая запорная и регулирующая арматура; -промысловые и магистральные трубопроводы (трубы, соединительные детали, запорная арматура, насосы, газоперекачивающие агрегаты и др.) -резервуары, емкости, технологические аппараты различного назначения

В озникновение и интенсивность протекания процессов, вызывающих нарушение работоспособности различных элементов оборудования и сооружений, в значительной мере обусловливается качеством поверхности этих элементов

Качество поверхности изделия обусловливается микрогеометрией поверхности, механическими и физико-химическими свойствами поверхностного слоя

Перспективным направлением обеспечения требуемого качества поверхности изделия является формирование поверхностного слоя этого изделия из материалов с требуемыми характеристиками, что достигается различными методами: -формирование покрытия c требуемым комплексом свойств на теле изделия; -плакирование тела изделия материалом с требуемым комплексом свойств; -футерование тела изделия материалом с требуемым комплексом свойств; -др. методами

Покрытие изделия – это поверхностный слой изделия из одного или нескольких расположенных в определенной последовательности материалов с требуемым комплексом свойств, структурированный непосредственно на изделии и определяющий качество поверхности этого изделия. Требуемое качество поверхности изделия обусловливает требуемое качество покрытия этого изделия

Качество покрытия – сущность покрытия, выражаемая совокупностью его свойств, показателей свойств и значений показателей, определяющих эту сущность Сущность покрытия – это то, что делает его определенным и отличает от других покрытий

Категории качества покрытия изделия Фактическое качество Потребительское качество

Фактическое качество покрытия – фактическая сущность покрытия, выражаемая совокупностью присущих ему свойств, показателей свойств и значений показателей

Потребительское качество покрытия – потребительская сущность покрытия, выражаемая комплексом его требуемых свойств, показателей этих свойств и норм на показатели, обусловливающим способность покрытия выполнять свое назначение в течение регламентированного срока службы с требуемой надежностью, безопасностью и технологичностью Назначение покрытия – это функции, которые должно выполнять покрытие в заданных условиях применения

Технические требования к покрытию конкретного изделия являются нормативным документом, определяющим потребительское качество этого покрытия и выражающим это качество в виде комплекса требуемых свойств, показателей этих свойств, норм на показатели и методов контроля, обусловливающего способность покрытия выполнять свое назначение в течение регламентированного срока службы с требуемой надежностью, безопасностью и технологичностью

Разработка технических требований к покрытию конкретного изделия является в большинстве случаев достаточно сложной многофакторной задачей, требующей высокой квалификации, логичного мышления и системного подхода разработчика этих требований

Разработкой технических требований к покрытию конкретного изделия должен заниматься Разработчик этого изделия в сотрудничестве с Потребителем изделия с покрытием

В отечественных и зарубежных стандартизированных и корпоративных технических требованиях, определяющих потребительское качество покрытий различных изделий, содержатся гарантируемые стандартом или Производителем характеристики освоенных промышленностью конструкций покрытий из конкретных материалов Это не технические требования к покрытию конкретного назначения, определяющие его потребительское качество, а гарантируемое стандартом или Производителем фактическое качество покрытия не всегда соответствующее его потребительскому качеству Не соответствуют назначению покрытия, в частности условиям его применения, приведенные в этих требованиях методы контроля.

Недопустимо использовать подобные технические требования при выборе покрытия конкретного назначения с регламентированным сроком службы. В технических требованиях к покрытию не должны указываться конкретные виды используемых материалов и конструкции покрытий на их основе. Сами технические требования обусловливают пригодность тех или иных материалов и конструкций покрытий на их основе

В нефтегазовой отрасли накоплен достаточно большой и положительный опыт применения защитных покрытий в оборудовании и сооружениях различного назначения. Правильно подобранные материалы и конструкции покрытий на их основе защищают металлы от разрушения в коррозионно-активных и сорбционно-активных средах, предотвращают образование значительных отложений парафинов и минеральных солей на поверхностях проточных каналов и снижают их гидравлическое сопротивление, а, следовательно, уменьшают энергозатраты, повышают герметичность неподвижных разъемных соединений, обеспечивают теплоизоляцию, защищают от износа и др.

Например, полимерные покрытия наносят на: -наружные поверхности труб, соединительных деталей, корпусов трубопроводной запорной арматуры для защиты от коррозии и теплоизоляции; -внутренние поверхности труб и соединительных деталей для защиты от коррозии, коррозионного и сульфидного растрескивания, снижения гидравлического сопротивления, защиты от гидроабразивного износа; -проточные поверхности рабочих колес и направляющих аппаратов центробежных насосов для защиты от гидроабразивного износа и снижения гидравлического сопротивления; -внутренние поверхности насосно-компрессорных труб для защиты от коррозии, коррозионного и сульфидного растрескивания, износа, предотвращения образования твердых отложений.

-наружную поверхность корпусных деталей скважинных насосных агрегатов для защиты от коррозии; -поверхность насосных штанг при эксплуатации скважин УСШН для защиты от коррозионной усталости; -на поверхности бурильных труб для защиты от коррозионной усталости и износа; -на внутреннюю и наружную поверхность резервуаров, емкостей, различных типов технологических аппаратов (сепараторы, отстойники и др.) для защиты от коррозии; -на поверхности других элементов оборудования и сооружений нефтегазовой отрасли

Наряду с этим имеется достаточно много примеров низкой эффективности и ограниченного срока службы используемых покрытий, необоснованных значительных материальных затрат на их применение

По мнению автора доклада, подобное противоречие в значительной мере объясняется двумя причинами: -несоответствием действующей нормативной документации, определяющей потребительское качество защитного покрытия конкретного объекта, назначению этого покрытия и регламентированному сроку его службы; -отсутствием единой системы управления процессами проектирования, разработки, производства, монтажа и эксплуатации оборудования и сооружений с защитным покрытием для обеспечения соответствия фактического качества покрытия его потребительскому качеству на различных стадиях жизненного цикла изделия с покрытием

Для устранения первой причины в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина разработан алгоритм формулирования технических требований к покрытию изолируемой поверхности конкретного изделия

Ф2Ф2 ФnФn СВ 2 СВ n Норма Н 1 Метод контроля А 2 Норма Н 1 (τ) Метод контроля А 3

Виды опасных внешних воздействий на покрытие способные вызвать изменение его свойств Контролируемые свойства покрытия СВ 1 СВ 2 СВ 3 СВ 4 СВ 5 СВ 6 СВ 7 На стадии хранения: ВВ 1 На стадии проведения СМР: ВВ 2 + На стадии эксплуатации: ВВ 3 ВВ 4 ВВ 5 ВВ 6 ВВ

Виды опасных внешних воздействий на покрытие на различных стадиях жизненного цикла Моделирующие виды внешних воздействий на покрытие при испытаниях в лабораторных условиях ВВ 1 ВВ 2 ВВ 3 ВВ 4 ВВ 5 ВВ 6 ВВ 7 ВВМ 1 ВВМ 2 ВВМ 3 ВВМ 4 ВВМ 5 ВВМ 6 ВВМ 7

Свойство и виды внешних воздействий способных вызвать его изменение ПоказательНормаМетод контроля 1.СВ 1 -в исходном состоянии -при ВВМ 1 -при ВВМ 2 -при ВВМ n ПК 1 Н1Н1Н1Н1Н1Н1Н1Н1 К1К1 2.СВ 2 -в исходном состоянии -при ВВМ 1 -при ВВМ 3 ПК 2.1 ПК 2.2 Н 2.1 Н 2.2 (τ P ) К2К2

Создана компьютерная программа «Эксперт», реализующая рассмотренный алгоритм разработки технических требований к покрытию. Использование программы «Эксперт» позволяет существенно снизить требования к квалификации специалиста, разрабатывающего технические требования, и значительно уменьшить затраты времени на разработку этих требований.

При использовании программы «Эксперт» разработчику технических требований необходимо: 1.Указать по запросу на экране монитора объект защиты и изолируемую покрытием поверхность этого объекта; 2. Выбрать из указанных на экране монитора функций, которые может выполнять покрытие, требуемые функции; 3. Выбрать из указанных на экране монитора видов внешнего воздействия на покрытие, способных вызвать изменение его требуемых свойств на стадиях хранения, транспортирования, монтажа и эксплуатации объекта с покрытием, виды внешних воздействий, соответствующие заданным условиям эксплуатации.

4. Указать по запросу на экране монитора регламентированный срок службы покрытия На основании этих исходных данных программа «Эксперт» выдает Разработчику распечатку технических требований к покрытию изолируемой поверхности защищаемого объекта

Сформулированные Разработчиком или Потребителем конкретного объекта технические требования к покрытию его изолируемых поверхностей должны быть включены в технические условия Производителя данного объекта с покрытием и Производителя материалов для этого покрытия

Технические требования к покрытию изделию Технические условия на материал изделия Технические условия на изделие с покрытием Разработчик изделия с покрытием Производитель изделия с покрытием Виды технической документации Разработчики технической документации Производитель материала покрытия Технические требования к материалу покрытия Потребитель изделия с покрытием Техническое задание на разработку изделия с покрытием Разработчик материала покрытия

Для устранения второй причины –отсутствие системы обеспечения потребительского качества защитных покрытий оборудования и сооружений нефтегазовой отрасли на различных стадиях их жизненного цикла необходимо решить следующие задачи: 1.Создать некоммерческое партнерство –«Союз производителей защитных покрытий объектов нефтегазовой отрасли » с целью коллективной защиты интересов на нефтегазовом рынке РФ, выработки единой идеологии в области обеспечения потребительского качества и конкурентоспособности продукции. 2. Создать Межотраслевой научно-учебно-сертификационный центр «Качество защитных покрытий объектов нефтегазовой отрасли» (МНУСЦ «КЗП Нефтегаз»), обслуживающий нефтегазовые компании и Союз производителей защитных покрытий.

3. Разработать для нефтегазовых компаний перечень объектов, для повышения надежности, безопасности и снижения энергопотребления которых целесообразно применять защитные покрытия. 4. Разработать для нефтегазовых компаний комплекс технических требований к защитным покрытиям различных объектов. 5. Разработать для нефтегазовых компаний техническую документацию по контролю качества процессов проектирования и производства объектов с покрытием. 6. Разработать для нефтегазовых компаний техническую документацию по мониторингу технического состояния защитных покрытий конкретных объектов на стадиях их хранения, транспортирования, монтажа и эксплуатации, прогнозированию остаточного ресурса покрытий.

6. Организовать подготовку для нефтегазовых компаний специалистов по контролю качества защитных покрытий оборудования и сооружений на различных стадиях их жизненного цикла. 7. Организовать выпуск журнала «Качество защитных покрытий оборудования и сооружений нефтегазовой отрасли» 8. Усовершенствовать структуру Отраслевого экспертного совета нефтегазовых компаний РФ «Нефтегаз-Покрытие», введя в его состав Производителей защитных покрытий объектов нефтегазовой отрасли с целью активизации и продуктивности деятельности совета.