Сделай Сам Свою Работу на 5

Защита конструкций от биокоррозии





Министерство Науки и Образования Республики Казахстан

Кафедра химической инженерии

СРС№2

по дисциплине «Противокоррозионная защита нефтегазового оборудования»

На тему: «Биокоррозия»

Подготовили:

Нурмуканов Е.

Капесов Ж.

Проверил: ассоц. Профессор Сигитов В.Б.

Алматы, 2012 год

Содержание:

Введение. Что такое биокоррозия?

Виды биокоррозии

Классификация биологических повреждений

Защита конструкций от биокоррозии

Биокоррозия не миф: что делать?

Выводы

Биокоррозия (биологическая коррозия) - тип коррозионного разрушения в условиях воздействия микроорганизмов. Продукты жизнедеятельности различных микроорганизмов, которые присутствуют в воде, грунте, интенсифицируют процесс коррозии.

Биокоррозию можно рассматривать, как самостоятельный вид разрушения, но чаще всего процессы биологической коррозии протекают параллельно с другими, например, почвенной (грунтовой), морской, атмосферной, коррозией в неэлектролитах, водных растворах.

Повреждениям от биокоррозии подвергаются различные подземные конструкции (трубопроводы, резервуары, сваи, метро и т.п.), сооружения и трубопроводы, находящиеся в воде. Биокоррозия – неотъемный спутник нефте- и газопромышленности.



Первые догадки о влиянии на процесс коррозионного разрушения биологических организмов появились только в конце ХIХ века.

В результате протекания биокоррозии на поверхности металла появляются небольшие углубления (блестящие либо шероховатые), раковины, неровности, которые могут быть заполнены продуктами коррозии. Биокоррозия в большинстве случаев носит язвенный либо питтинговый характер. Чаще всего биокоррозия является локальным разрушением.

Виды биологической коррозии (биокоррозии)

Биокоррозия подразделяется на бактериальную, микологическую. Иногда разрушение может быть вызвано присутствием в коррозионной среде дрожжей, других микроорганизмов. Все микроорганизмы делятся на аэробные и анаэробные. Аэробные существуют и размножаются только при наличии кислорода. Анаэробным же для нормальной жизнедеятельности кислород не требуется. Среди аэробных микроорганизмов наиболее опасными являются серобактерии и железобактерии (обитают в почве). В природных средах аэробные и анаэробные микроорганизмы существуют совместно.



Чаще всего протекает бактериальная биокоррозия. Она же и наиболее разрушительна. Данный вид встречается в воде, почве, топливе при наличии бактерий. Бактерии очень быстро размножаются и легко приспосабливаются к всевозможным условиям окружающей среды. Бактериальная биокоррозия может протекать при рН среды от 1 до 10,5 и температуре (чаще всего) 6 – 40 °С при наличии различных органических и неорганических веществ, содержащих кислород, углерод, водород, железо, азот, калий, серу и т.д.

Классификация биоповреждений

Все виды биоповреждений протекают по довольно сложным механизмам. Микроорганизмы чаще всего только стимулируют коррозионный процесс, но могут и непосредственно разрушать материалы.

Классификация биоповреждений по среде обитания микроорганизмов:

- в водных средах;

- в почве;

- в космосе;

- в грунте;

- в органических средах (продукты нефтепереработки и т.п.);

- в воздушной среде (наземной).

Биоповреждению подвергаются: стекло, камень, здания, сооружения, кожа, нефть, силикаты, полимеры, металл и металлоизделия, нефтепродукты, клеи, дорожные покрытия, одежда, краски, оборудование и т.д.

По биологическим факторам различают повреждения от:

- микроорганизмов: бактерий, простейших, лишайников, грибов;

- макроорганизмов: хордовые и беспозвоночные животные, растения.

Классификация процессов биологических повреждений:



- химическое разрушение материалов;

- прямое разрушение микроорганизмами;

- коррозионное электрохимическое разрушение;

- комплексное воздействие (одновременное влияние микроорганизмов, продуктов их жизнедеятельности и переменных климатических условий).

По тому, как протекает процесс биокоррозии, его можно разделить на: биохимическое, физическое, физико-биохимическое разрушение.

Защита конструкций от биокоррозии

Для защиты конструкций от биологической коррозии эффективным и основным способом является обработка поверхности изделии бактерицидными средствами (содержащие хлор, формалин и т.п.). Очень часто бактерицидные вещества вводят в состав лакокрасочных материалов и других видов покрытий. Но такой способ защиты достаточно дорогой и не всегда возможен.

Биокоррозия — коррозия металлов под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов, выделяющих вещества, которые ускоряют процесс коррозии.
Известны случаи разрушения от биокоррозии бензиновых насосов, бензиновых и нефтяных резервуаров, подземных водопроводов. Наиболее опасными микроорганизмами являются бактерии, так как они быстро размножаются и легко приспосабливаются к условиям окружающей среды. Интересно отметить особый вид бактерий, так называемые железобактерии, которые усваивают железо в виде ионов и перерабатывают их вместе с кислородом, что сопровождается выделением в качестве продуктов коррозии нерастворимой пленки гидроокиси железа (буро-красного цвета), трудно отделимой от поверхности металла. Таким образом, бактерии биологически используют железо для получения энергии, необходимой для их жизнедеятельности. Они неподвижны, но могут свободно перемещаться с водой и оседать на стенках.
Под влиянием микроорганизмов, кроме железа, могут корродировать также медь и свинец. Латунь оказывает токсическое влияние на микроорганизмы, цинк бактериями не разрушается.
Наиболее благоприятной средой для жизнедеятельности бактерий могут быть речная вода, сточные и грунтовые воды, почва, почвенные удобрения, торф, шлаки. На рост бактерий, а вместе с этим на интенсивность биокоррозии влияют такие факторы, как сезонные колебания влажности почвы и степень аэрации.
Плесень — одна из наиболее коррозионно-активных составляющих биологической среды. Благоприятными условиями для развития плесени является температура 25...35° и повышенная влажность воздуха, превышающая 75%.
Грибковая плесень содержит 90...95% влаги. Вследствие полярности волокон плесень впитывает влагу из окружающего воздуха и поддерживает увлажненной поверхность изделия, способствуя химическому разрушению материалов этих изделий. Развиваясь на поверхности металлов, грибковая плесень выделяет лимонную, щавелевую и другие органические кислоты, которые ускоряют протекание коррозии.
Биокоррозия особенно характерна для оборудования животноводческих помещений. Высокая влажность, присутствие в воздухе пыли органического и минерального происхождения, повышенная температура, отсутствие ультрафиолетовых лучей создают здесь необходимые условия для жизнедеятельности микроорганизмов. В отдельных случаях биокоррозия в животноводческих помещениях может иметь большее значение, чем другие виды коррозии. J
Практика эксплуатации лакокрасочных покрытий в сильно увлажненных помещениях показывает, что органические покрытия также могут поражаться бактериями и плесневыми грибами.
Вследствие биокоррозии на металлических поверхностях могут быть дефекты! отдельные мало заметные углубления под шламом и тонкими отложениями ржавчины, разъедания в виде оспин, дырчатые углубления, сквозные повреждения.

Биокоррозия: что делать

Внешние проявления биокоррозии металлов мало отличаются от обычной коррозии, поэтому даже специалисты не всегда могут распознать этот вид коррозии и нередко обращаются за помощью к микробиологам. Микробиологическая коррозия может протекать самостоятельно и сопровождать электрохимическую почвенную, атмосферную, морскую и другие виды коррозии металлов. Действие микроорганизмов на металлы может происходить различно. Прежде всего, коррозию металлов могут вызывать агрессивные метаболиты микроорганизмов — минеральные и органические кислоты и основания, ферменты и другие. Они создают коррозионно-активную среду, в которой в присутствии воды протекает коррозия по обычным законам электрохимии. Колонии микроорганизмов могут создавать на поверхности металлов наросты и пленки мицелия или слизи, под которыми может развиваться язвенная (питтинговая) коррозия в результате разности электрических потенциалов на различных участках поверхности металла и ассимиляции ионов металлов самими микроорганизмами.

Биокоррозию металлов могут вызывать различные роды микроскопических грибов. Так, например, только благодаря большой работе, проведенной учеными Института микробиологии и вирусологии Академии наук Украины, удалось распознать микробиологическую природу сильных коррозионных поражений, угрожающих металлическим конструкциям тоннеля при строительстве метрополитена в Киеве. При прокладке тоннеля на одном из участков строительства метрополитена кессонным способом было обнаружено, что стальные болты, скрепляющие тюбинги тоннельной обводки, в течение нескольких месяцев прокорродировали почти наполовину. Чтобы предотвратить аварию, нужно было принять срочные меры, а причины коррозии не были ясны. Предварительные анализы грунта на коррозионную агрессивность дали отрицательные результаты. Однако микробиологи выявили, во-первых, наличие в пробах грунта минералов, содержащих соединения серы, например пирита, состоящего из дисульфида железа, во-вторых, наличие в этих же пробах тионовых (сероокисляющих) бактерий и, в-третьих, изменение атмосферных условий в тоннеле при его прокладке. Предварительные испытания до начала строительства тоннеля показали, что грунт влажный, условия анаэробные и тионовые бактерии не опасны. Кессонный способ прокладки тоннелей связан с подачей в забой сжатого воздуха под давлением около 3 атм. Как только появился третий фактор — кислород воздуха, создались благоприятные условия, в результате чего начался бурный рост и размножение тионовых бактерий, количество которых, как показали опыты, в считанные дни может возрасти с единиц в 1 г почвы до нескольких миллионов. В аэробных условиях эти бактерии интенсивно окисляют сульфиды с образованием серной кислоты, которая может вызывать коррозию. Вместе с ростом тионовых бактерий появилась серная кислота, вызывавшая интенсивную коррозию. Самой эффективной рекомендацией по защите от биокоррозии, данной микробиологами строителям, было прекращение подачи воздуха в забой и применение вместо кессонного других способов прокладки тоннеля. Коррозия тут же прекратилась, и аварию удалось предотвратить. Описанный случай, получивший широкую известность, заставил многих строителей подземных сооружений внимательно относиться к микробиологической опасности.

Случаи биокоррозии распространены и в нефтегазовой отрасли. Так, для повышения эффективности нефтяных месторождений (полноты отдачи нефти месторождениями) был разработан и широко внедрен метод законтурного заводнения нефтесодержащих пластов. Метод заключается в том, что по периметру (контуру) месторождения под землю нагнеталась под давлением вода, которая выдавливала нефть из грунта и выносила ее вместе с собой. Таким путем была резко повышена нефтеотдача, особенно на тех месторождениях, где по мере истощения запасов давление нефти в пласте и ее добыча стали падать. После того как этот метод получил широкое распространение, по причине коррозии стали учащаться случаи аварий на нефтяных месторождениях.

Быстро изнашивалось и выходило из строя нефтепромысловое оборудование, разрушались трубопроводы и т. д. В результате многочисленных исследований в нашей стране и за рубежом было установлено, что коррозия имеет биологическую природу и связана прежде всего с сульфатвосстанавливающими бактериями (СВБ). Основная причина возникновения биокоррозии на нефтяных месторождениях, где применялось законтурное заводнение, как оказалось, была связана с тем, что нагнетавшаяся под землю речная или озерная вода не проходила специальной очистки от сульфатов. Под землей оказались благоприятные температурные, химические и в целом экологические условия для интенсивного развития и размножения СВБ. От биокоррозии страдало, прежде всего, подземное оборудование скважин, а также надземное оборудование и трубопроводы, так как добываемая с нефтью вода содержала сероводород и была коррозионно активна. Вода отделялась от нефти, тут же на месторождении снова закачивалась в пласт и еще больше обогащалась агрессивными компонентами. Выход из строя насосного и бурового оборудования, многочисленные аварии в результате прорывов трубопроводов были следствием биокоррозии под действием СВБ. Другим примером биокоррозии под действием СВБ и связанных с ними в биоценозах микроорганизмов является коррозия стальных резервуаров с нефтепродуктами. Были обнаружены случаи коррозии стенок резервуаров с внутренней стороны. Коррозия носила язвенный характер вплоть до сквозных перфораций. Коррозионные поражения располагались в основном в донной части. Как показали исследования, в случаях коррозии в донной части резервуаров нефтехранилищ был обнаружен шлам и так называемая «подтоварная» вода. Вода попадала в нефтепродукты в процессе хранения и транспортировки и если своевременно не удалялась, то скапливалась внизу. В ней концентрировались и коррозионно-активные соли, и микроорганизмы.

Известны примеры поражения бактериями цветных металлов, в частности алюминиевых сплавов. Так, в авиации «жертвой» биокоррозии оказались топливные системы реактивных самолетов из алюминиевых сплавов. Авиационные топлива с примесями воды — благоприятная среда для СВБ и других бактерий.

Способы защиты металлов от биокоррозии основаны на применении химических бактериоцидов и фунгицидов, а также на рациональном подборе и использовании в конструкциях технических изделий биостойких материалов. Большое значение имеет строгое соблюдение санитарно-гигиенических правил на производстве и при эксплуатации техники. Важным условием предупреждения биокоррозии подземных сооружений является прогнозирование биокоррозионной опасности почв и грунтов, в которых должны строиться и эксплуатироваться подземные сооружения.

Там, где повышена опасность бактериальной коррозии, рекомендуется принимать следующие меры:

1. При прокладке трубопроводов следует избегать анаэробных условий для предупреждения биокоррозии от СВБ. В участках наиболее высокой опасности СВБ эффективную защиту оказывают аэрация, дренаж заболоченных почв, засыпка гравием и т. п. Если же опасность грозит со стороны тионовых бактерий, то надо предпринимать все меры, чтобы не допустить интенсивной аэрации.
2. Использование щелочных реагентов позволяет подавить жизнедеятельность СВБ. Поэтому при прокладке труб в потенциально опасных кислых почвах целесообразно делать засыпки известью или мелом.
3. Использование специальных биостойких защитных покрытий или материалов, например керамических труб, биостойких полимерных труб.
4. Очистка воды от опасных микроорганизмов и солей. Эффективную дезинфекцию от СВБ и других бактерий обеспечивает длительное хлорирование воды при концентрации активного хлора 0,0001 % или ударными дозами хлора.


Интересный способ защиты был разработан тюменскими нефтяниками. Они предложили сочетать электрохимическую и химическую защиту подземного оборудования нефтепромыслов от коррозии под действием СВБ путем электролизного хлорирования. Электрический ток пропускают между обсадными трубами скважины. В результате электролиза хлоридов, растворенных в воде, образуется хлор, который и производит бактерицидное действие. Применяемые для защиты от коррозии трубопроводов битумные покрытия часто оказываются благоприятным субстратом для развития микроорганизмов и вслед за ними — коррозии.

Более эффективны покрытия из каменноугольного пека, а также эпоксидно-каменноугольные покрытия.

Для защиты от биокоррозии внутренних поверхностей резервуаров нефтепродуктов и топливных систем используют биоцидные добавки к нефтепродуктам, а также защитные покрытия. Наиболее эффективные покрытия для защиты стальных резервуаров от бактериальной коррозии — эпоксидные. Они выдерживают самые жесткие коррозионные условия, возникающие в резервуарах в донной части на границе раздела нефтепродукт — вода. Среди химических средств защиты нефтепромыслового оборудования от СВБ эффективным и доступным оказался формальдегид (формалин). Введение его в концентрации 10-20 мг/л в воду, нагнетаемую в скважины, обеспечивает резкое снижение биокоррозии. Рекомендовано много других биоцидов, однако их высокая стоимость и дефицитность ограничивают возможность широкого применения.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.