Chương 5 Chống ăn mòn cho đường ống bể chứa dầu khí

Chương 5: Chống ăn mòn cho đường ống bể chứa dầu khí 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 Mở đầu Vật liệu cho đường ống dầu khí Chống ăn mịn bên ngồi cho đường ống biển Chống ăn mịn bên cho đường ống dầu khí Chống ăn mịn bên cho đường ống đất liền Chống ăn mịn cho bể chứa dầu khí lỏng: loại bể chứa, vật liệu, giải pháp chống ăn mòn Mở đầu Vấn đề ăn mòn nguyên nhân gây hư hỏng đường ống Trong đó, an tồn đường ống biển có tầm quan trọng đặc biệt Hư hỏng đường ống dẫn tới tổn thất người, kinh tế, đặc biệt nhiễm mơi trường Vì vậy, cơng tác chống ăn mòn quan tâm đặc biệt giai đoạn thiết kế lẫn thi công vận hành đường ống Mơi trường gây ăn mịn đường ống bao gồm mơi trường ngồi ống Mơi trường bên ống phụ thuộc trực tiếp vào thành phần chất truyền dẫn ống có tính xâm thực cao hay thấp Vận tốc nhiệt độ dòng truyền dẫn có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ ăn mịn Các hợp chất lắng đọng tạo nên tượng gỉ sét ống tạo điều kiện cho phát triển q trình ăn mịn cục Để đường ống làm việc an toàn đời sống thiết kế, đường ống cần bảo vệ khỏi ăn mòn lẫn ngồi Một chất kết dính mạnh mẽ lớp phủ bên toàn chiều dài đường ống có xu hướng ngăn chặn ăn mịn Tuy nhiên, ln ln có khả hư hỏng lớp phủ q trình vận chuyển lắp đặt Phương pháp bảo vệ catốt anốt hy sinh sử dụng để ngăn chặn ăn mòn khu vực dễ bị hư hỏng 5.1 5.2 Vật liệu cho đường ống dầu khí - Ống thép C-Mn hàn (Welded C-Mn steel linepipe) - Ống đúc liền (Seamless C-Mn steel linepipe) - Ống thép phe rít - ô xtê nít (Ferritic-austenitic (duplex) steel) - Các loại đường ống thép không gỉ thép hợp kim niken Tài liệu tham khảo: DnV - Os-F101: “SUBMARINE PIPELINE SYSTEMS_2000” Chống ăn mịn bên ngồi cho đường ống biển 5.3.1 Các lớp phủ bên ống 5.3 Lớp phủ bên ống sử dụng để bảo vệ đường ống chống ăn mòn Lớp phủ đơn sử dụng đường ống dẫn sau lắp đặt điều kiện tĩnh, ổn định theo phương ngang nằm đất đất sét cát 1/27 Các lớp phủ bổ sung sử dụng bảo vệ thêm, làm tăng trọng lượng để giúp cho đường ống giữ ổn định ngang đáy biển, để tạo lớp cách nhiệt Lớp phủ nhiều lớp thường sử dụng trường hợp môi trường bên ngồi có xu hướng dễ dàng mang lớp phủ bên ngồi (ví dụ, đường ống nằm đỉnh đá, vật liệu đá vôi, v.v.) Lớp cách nhiệt sử dụng để trì nhiệt độ cao chất lỏng chảy bên so với nhiệt độ mơi trường bên ngồi Việc sử dụng lớp phủ lớp lớp phủ nhiều lớp tùy thuộc vào môi trường bên ngồi vị trí việc sử dụng đường ống dẫn, Đường ống vùng nước sâu cần có tính chất sau: Khả chống lại hấp thụ nước biển Khả chống lại hóa chất nước biển Khả chống ăn mịn điện disbondment Độ bám dính vào bề mặt ống Tính linh hoạt Chịu va động mài mòn Độ bền thời tiết Khả tương thích với bảo vệ catốt Một lớp phủ đơn lớp khơng thể cung cấp tất tính chất thuộc tất điều kiện hoạt động đường ống Trong trường hợp lớp phủ nhiều lớp sử dụng Để lớp phủ bám dính tốt với ống thép, cần kiểm tra kỹ bề mặt đường ống kết thúc trình sản xuất Điều cần thiết số trường hợp bề mặt đường ống hồn thiện khơng thể chấp nhận dẫn đến độ bám dính lớp phủ Bước áp dụng lớp phủ phân xưởng thực việc phủ ống theo phương pháp mà nhà sản xuất khuyến nghị 1) Lớp phủ lớp Epoxy dính kết lỏng thường chọn để phủ lớp cho đường ống dẫn vùng nước sâu Các tính chất yêu cầu lớp phủ thể Bảng Đối với đường ống dẫn vùng nước sâu, nơi khơng có u cầu khác lớp phủ bên ngồi, Epoxy dính kết lỏng thường sử dụng Đối với hầu hết đường ống vận chuyển dầu khí việc sử dụng Epoxy dính kết lỏng vơ hiệu Lớp phủ sử dụng kết hợp với lớp bọc làm tăng trọng lượng bê tông Bảng Lớp phủ lớp Loại lớp phủ Epoxy dính Nhiệt độ tối đa (oC) kết 90 Chiều dày trung Nhà sản xuất bình lớp phủ (mils) 14÷18 Dupont, 3M, Lilly, 2/27 lỏng BASF, Jotun Cùng với lớp phủ bê tơng sử dụng loại lớp phủ khác nhựa than men epoxy nhựa than đá chúng sử dụng nhiệt độ sản phẩm thấp Cả hai loại lớp phủ lớp phủ bitum gia cố sợi thủy tinh Tuy nhiên, hầu hết lớp phủ bitum khơng khuyến khích luật mơi trường giảm hiệu (võng, nứt, thấm, suy thối hố học) Lợi việc phủ Epoxy dính kết lỏng bao gồm: Dễ dàng sửa chữa Dễ dàng áp dụng lớp phủ Độ bám dính cao với thép Tốt cho nhiệt độ làm việc đường ống dẫn Ở Mỹ Anh, lớp phủ Epoxy dính kết lỏng ưa dùng cho đường ống dẫn biển 2) Lớp phủ nhiều lớp Bảng liệt kê lựa chọn phổ biến có sẵn cho lớp phủ nhiều lớp cho đường ống dẫn vùng nước sâu Lớp phủ Epoxy dính kết lỏng hai lớp sử dụng có yêu cầu bảo vệ bổ sung cho lớp bên chẳng hạn nhiệt độ cao, khả chống mài mòn, v.v Đối với đường ống vùng nước sâu nhiệt độ cao chất lỏng bên nhanh chóng đạt nhiệt độ mơi trường xung quanh vịng vài dặm Do đó, cần thiết phải có lớp phủ bị hạn chế cho SCRs khu vực tiếp đất nơi mà mài mòn cao lớp phủ bổ sung có sức kháng mài mịn cao sử dụng Hệ thống Duval bao gồm lớp bọc sở sở Epoxy dính kết lỏng (20 mils) dính kết với lớp phủ polypropylene phủ (20 mils) Các lớp polypropylene đảm bảo bảo vệ va chạm khí 3) Lớp phủ lớp 3/27 Lớp phủ ba lớp polypropylene (PP) bao gồm lớp epoxy, lớp phủ nhựa dẻo dính chịu nhiệt lớp polypropylene Polyethylene (PE) polypropylen (PP) lớp phủ dễ đúc Các lớp phủ sử dụng bổ sung để chống ăn mòn thường sử dụng cho hệ thống động lực risers xiên nơi mà nhiệt độ chất lỏng bên cao Lớp phủ đường ống thường xuyên sử dụng cho đường ống lắp đặt theo phương pháp quay tơ Việc phủ mối liên kết trường hệ thống ba lớp phủ khó khăn để áp dụng phải thời gian dài Tuy nhiên, châu Âu, lớp phủ PE PP ưa thích chúng có độ bền cao mơi trường điện, độ kín nước, độ dày, u cầu dịng điện bảo vệ catốt 4) Lớp bọc gia tải bê tông Lớp bọc gia tải bê tông sử dụng tính ổn định đường ống đáy biển đặt Hai loại mật độ phổ biến bê tông sử dụng 140lb/cu.ft 190 lbs/cu.ft Mật độ cao đạt cách thêm quặng sắt vào hỗn hợp bê tông Gần đây, quặng sắt mật độ cao sử dụng để có mật độ bê tơng khác nhau, 275-300 lbs/cu.ft cho đường ống dẫn Ormen Lange Biển Bắc 5) Tổ chức Tiêu chuẩn với số kỹ thuật liên quan đến phủ ống Các tổ chức Mỹ là: American Society of Testing Methods (ASTM) Steel Structures Painting Council (SSPC) National Association of Corrosion Engineers (NACE) National Bureau of Standards (NBS) International Organization for Standardization (ISO) In Europe, the more common ones are: Det Norske Veritas (DnV) Deutsches Institut fur Nurmung (DIN) British Standards (BS) International Organization for Standardization (ISO) 5.3.2 Phương pháp bảo vệ catốt 1) Giới thiệu chung Bảo vệ catốt phương pháp mà theo ăn mịn kim loại cần bảo vệ ngăn ngừa Có hai phương pháp Bảo vệ catốt hệ thống anốt galvanic (anốt hy sinh) dịng điện cưỡng (dịng điện ngồi) Đối với đường ống dẫn biển, hệ thống anode galvanic thường sử dụng Ăn mòn phản ứng điện hóa có liên quan đến mát kim loại thực 4/27 tế, Điều là bề mặt đường ống thép bao gồm khu vực catốt anốt phân bố ngẫu nhiên, nước biển chất điện phân để tạo nên pin galvanic Điều gây điện tử chảy từ điểm khác đến, dẫn đến ăn mòn Bằng cách kết nối kim loại có điện cao với đường ống thép, tạo pin điện hóa, kim loại thấp trở thành catốt bảo vệ Lớp phủ đường ống rào cản chống lại ăn mòn Tuy nhiên, sau phủ đường ống, trình vận chuyển lắp đặt đường ống gây số hư hỏng cho lớp phủ Bảo vệ catốt sử dụng kim loại khác mà kim loại bị điện tử nhiều thép Các kim loại chủ yếu sử dụng anốt hy sinh hợp kim nhôm kẽm Bằng cách gắn anốt kim loại lên đường ống thép, khu vực thép có lớp phủ bị hư hỏng bảo vệ khỏi ăn mòn Zinc anodes are not normally used in deepwater pipelines because they are less efficient and therefore require a larger mass for protecting the pipeline However, zinc anodes can be cast onto the pipe joint and therefore no cables need to be used for electrical connection to the steel Thông thường Anốt kẽm không dùng đường ống dẫn vùng nước sâu, chúng hiệu địi hỏi khối lượng lớn để bảo vệ đường ống.Tuy nhiên, Anốt kẽm đúc vào mối nối ống không cần phải sử dụng cáp để kết nối điện với thép Kẽm sử dụng dự án đường ống dẫn cần kéo dọc theo đáy biển Anốt kẽm đúc bị va đập tung q trình lắp đặt Kẽm Anốt khơng hoạt động tốt cho đường ống chôn dùng để vận chuyển chất truyền dẫn nóng bị ăn mịn dạng hạt nhiệt độ 508C Ngồi cịn có xu hướng Anốt kẽm bị thụ động hóa nhiệt độ 708C Mặt khác, Anốt nhơm hoạt động tốt nhiều Chúng phù hợp cho đường ống dẫn chôn dùng để vận chuyển chất truyền dẫn nóng Nói chung, đường ống dẫn vùng nước sâu, Anốt hợp kim nhôm gắn liền với đường ống Anốt vòng Các Anốt thường gắn chỗ nối ống xưởng thực bọc ống theo phương pháp lắp đặt S-lay J-lay Tiếp xúc điện với đường ống thực cách hàn nhiệt nhôm hàn dây cáp từ Anốt Trong trường hợp lắp đặt đường ống phương pháp cuộn, Anốt lắp đặt tàu nằm ống không quay căng thẳng Trong trường hợp này, Anốt vòng gắn với đường ống bulông gắn cáp hàn nhiệt nhôm với đường ống Các thiết kế hệ thống Bảo vệ catốt phải xem xét khả tác dụng gây hại hệ thống Bảo vệ catốt giịn hydrơ thép ứng suất cục tác dụng dẫn đến nứt ứng suất gây hydrô 2) Phương pháp thiết kế bảo vệ catốt 5/27 Để tiến hành thiết kế bảo vệ catốt cho đường ống dẫn vùng nước sâu, thông số cần phải biết đến là: Thời hạn phục vụ/thiết kế (năm) Sự hư hỏng lớp lớp phủ (%) Mật độ dòng điện để bảo vệ (mA / m) ống chôn không chôn Điện trở suất nước biển (Ôm-cm) Điện trở suất đất (Ơm-cm) Thế bảo vệ Đường ống (bình thường, 900 mV WRT Ag /AgCl) Anode đầu (A.h/kg) Thế Anode (mV w.r.t Ag / AgCl) Hệ số sử dụng Anode (%) Nhiệt độ nước biển nhiệt độ Đường ống dẫn Độ sâu lún/độ sâu vùi đường ống Đời sống thiết kế đường ống dựa việc tuyến đường ống dẫn dầu hay đường ống nội mỏ Thời hạn làm việc tuyến đường ống dẫn dầu dài đến 40 năm, đường nội mỏ bình thường 20 năm Hệ số hư hỏng lớp phủ phụ thuộc vào loại lớp phủ Có liệu vấn đề DNV (RPF103) NACE (RP-01-76) đề nghị giá trị dựa vào loại lớp phủ đường ống Ba giá trị hư hỏng lớp phủ điển hình ban đầu, trung bình kết thúc Mật độ dòng điện, điện trở suất nhiệt độ phụ thuộc vào vị trí địa lý nơi lắp đặt đường ống Trong đường ống dẫn vùng nước sâu, nhiệt độ nước biển nằm khoảng từ 1.78C đến 7.58C DnV NACE đưa giá trị cho mật độ dòng điện điện trở suất cho vị trí địa lý ngồi biển Đối với thép trần bị chơn vùi trầm tích, DNV khuyến cáo lấy mật độ dòng điện thiết kế 0:020 A=m2 Loại Anốt sử dụng xác định tính chất điện hóa Ví dụ, Galvalum III có cơng suất Anốt khoảng 2250 A.h/kg nước biển có nhiệt độ nhỏ 258C khoảng 1050 mV Các nhà sản xuất Anốt cung cấp tính chất cho thiết kế Yếu tố sử dụng Anốt phụ thuộc vào hình dạng sử dụng thực tế (application) Anốt Anốt vòng thường giả định sử dụng 80% vào cuối đời sống nó, Anốt lắp đặt cách xa đường ống sử dụng stand-off Đối với nhiệt độ đường ống 258C, mật độ dòng điện thiết kế tăng lên Đối với độ nhiệt độ 258C mật độ dòng điện tăng gần 0:001 A = m2 Các phương pháp thiết kế tổng kết sau đưa DNV RP B401 Thiết kế phải đáp ứng hai yêu cầu: • Tổng khối lượng tịnh Anốt phải đủ để đáp ứng nhu cầu dòng điện tổng cộng suốt đời sống thiết kế • Bề mặt tiếp xúc với bên Anốt phải đủ để cung cấp dòng điện yêu cầu cuối đời sống thiết kế (khu vực phải đủ để đáp ứng nhu cầu dòng điện kết 6/27 thúc sống thiết kế (bề mặt tiếp xúc với bên ngồi Anốt tính từ kích thước ban đầu Anốt, khối lượng tịnh, hệ số sử dụng anốt) Trước hết, cần tính tốn dịng điện yêu cầu, (Ic), cho ban đầu, trung bình, giai đoạn cuối đời sống thiết kế dòng điện yêu cầu để bảo vệ đường ống tính cách nhân tổng diện tích bên ngồi (Ac) với mật độ dịng điện thiết kế thích hợp(ic) hệ số phá hủy lớp bọc (fb): Ic = A c f bi c Dòng điện yêu cầu cho phân cực ban đầu, Ici, cho tái phân cực cuối đời sống thiết kế, Icf, thường tính với dịng điện u cầu trung bình Icm cần thiết để trì bảo vệ catốt suốt thời gian thiết kế Khơng cần thiết phải tính tốn dịng điện yêu cầu cần thiết cho phân cực ban đầu, Ici, vì, ban đầu, lớp phủ chống ăn mòn đường ống làm giảm đáng kể nhu cầu dòng điện thời gian cần thiết cho phân cực ban đầu Các hệ số hư hỏng lớp phủ khác nhau, tức hệ số hư hỏng ban đầu, hệ số hư hỏng trung bình, hệ số hư hỏng cuối cùng, đưa ấn phẩm DnV NACE Ví dụ, vịnh Mexico, lớp phủ FBE với sống thiết kế 20 năm, hệ số hư hỏng ban đầu, trung bình, cuối tương ứng 1%, 3%, 5% Tổng khối lượng tịnh Mt anode cần thiết để trì bảo vệ catốt đường ống suốt đời sống thiết kế td (năm) cho công thức sau: 8760.I cm t d Mt = u f εl đó: Icm - dịng điện u cầu trung bình ε l - hiệu điện hóa (A-h/kg) (the electrochemical efficiency) u f - hệ số sử dụng anốt t d - đời sống thiết kế Dòng điện yêu cầu đầu (ban đầu / kết thúc) điện dung dòng điện số anốt đặc trưng xác định kích thước yêu cầu khối lượng tịnh yêu cầu Anốt Các yêu cầu sau phải đáp ứng thiết kế hệ thống bảo vệ catốt: n a ca ≥ 8760.Icm t d n a Ia (ban đầu/kết thúc) ≥ Ic (ban đầu/kết thúc) n a - số lượng anốt ca - dung điện anốt (A-h) Ia - dòng điện đầu anốt (A) 7/27 Dung điện anốt xác định công thức: ca = m a εl u f ma - khối lượng tịnh anốt Dòng điện anốt ( Ia ) tính tốn theo định luật Ơm: Ia = E 0c − E 0a Ra E 0c - thiết kế mạch khép kín anốt E 0a - bảo vệ thiết kế R a - điện trở anốt o Thế bảo vệ thiết kế ( E c ) thép bon (-0,80 V) (rel Ag/AgCl/nước biển) nước biển có ngậm khí (-0,90 V) (rel Ag/AgCl/nước biển) mơi trường kỵ khí bao hàm trầm tích Tài liệu thiết kế khuyến nghị sử dụng E oc = −0,8V cho tất tính tốn mật độ dịng điện thiết kế ban đầu kết thúc quy hiệu điện bảo vệ Thế mạch anốt khép kín ( E a ) anốt nhôm lấy -1,1 V cho đường ống biển nhiệt độ môi trường xung quanh -1,085 V đường ống nhiệt độ cao Điện trở anốt (Ra) dạng vịng xác định theo cơng thức sau: 0,315.ρl Ra = Al ρl - điện trở suất mơi trường A l - diện tích bề mặt lộ thiên anốt Số lượng anốt yêu cầu, n a , xác định theo công thức sau: I n a = cft Iaf đó: Icft - dịng điện yêu cầu tổng cộng cuối đường ống Iaf - dòng điện anốt Sau số lần lặp lại đáp ứng yêu cầu hai tổng khối lượng Anốt net, Mt, tổng số anode cuối dòng điện đầu (naIaf) Nói chung, khoảng cách tối đa Anốt đề nghị 300 m Tuy nhiên, phương pháp tính tốn suy giảm tiềm bảo vệ với khoảng cách sử dụng để xác định khối lượng vàkhoảng cách Anốt Attenuation computations are specifically useful for determining anodes for cathodic 8/27 protection of Steel Catenary Risers (SCR) In SCRs, rather than placing anodes on the suspended dynamic portion, several anodes may be placed on static pipeline sections past the touchdown point Việc tính tốn suy giảm cần thiết để xác định Anốt cho thiết kế Bảo vệ catốt risers thép (Steel Catenary Risers - SCR) Trong Risers thép dạng dây neo, Anốt đặt nhiều phần võng, số Anốt đặt đoạn đường ống tĩnh qua điểm tiếp đất Phương pháp hữu ích cho đường ống dẫn dầu ngắn (lên đến dặm) kéo sát đáy với xe trượt hai đầu ống Thay đặt Anốt vịng cách dọc theo đường, tất tổng khối lượng Anốt cần thiết cho đường ống đặt xe trượt Việc đặt xe trượt cuối đường ống ngăn chặn cố va đập rơi Anốt vòng từ đường ống kéo dọc theo đáy biển Tính tốn suy giảm cho thấy dịng điện lưu thơng từ điểm đường ống, thay đổi đường ống tính tốn phương trình sau: E x = E B cosh[(2 πrR l / k pz a )1/2 (x − d p )] E A = E B cosh[-(2πrR l / k p z a )1/2 d p ] I A = (2E B / R l )[(2πrR l / k p z a )1/2 sinh(d p / 2(2 πR l / k p z a )1/2 ] E x - thay đổi điểm x E A - thay đổi điểm drain r - bán kính đường ống EB - thay đổi điểm hai điểm R l - độ bền tuyến tính đường ống I A - dịng điện tổng cộng cần có (pick up) dp - khoảng cách hai điểm … x - khoảng cách tự điểm drain point kp - độ dốc phân cực z a - diện tích thực tế cốt thép chiều dài thẳng đường ống Ràng buộc bổ sung là: Dịng điện, IA, phải dịng điện phân phối dãy anode gộp EA phải anốt nhỏ giảm IR sử dụng kháng trở dãy anốt Khối lượng anốt phải vượt trọng lượng cần thiết để bảo vệ phần đường ống đời sống thiết kế quy định 9/27 Sử dụng phương trình ràng buộc trên, tính toán khoảng cách lớn tỷ số yêu cầu khối lượng/dãy Anốt 5.4 Chống ăn mòn bên cho đường ống dầu khí Hầu hết chất lỏng vận chuyển hệ thống đường ống có khả ăn mịn vật liệu đường ống thép C-Mn (các bon-măng gan) Việc lựa chọn hệ thống bảo vệ chống ăn mòn bên đường ống risers có ảnh hưởng lớn đến thiết kế chi tiết phải đánh giá q trình thiết kế phương án Các tùy chọn sau để kiểm sốt ăn mịn xem xét: a) Xử lý chất lỏng để loại bỏ nước dạng lỏng / chất gây ăn mịn b) sử dụng đường ống lót (kim loại) bên có khẳ chống ăn mịn; c) sử dụng lớp phủ hữu chống ăn mòn bảo vệ lớp lót (thường sử dụng kết hợp với a) d)); d) xử lý hóa học, tức bổ sung chất hóa học có chức giảm ăn mịn Kiểm sốt ăn mịn cách xử lý chất lỏng liên quan đến loại bỏ nước khỏi dầu/khí (dehydration), loại bỏ ơ-xy từ nước biển để phun (deoxygenation) • Bảo vệ chống ăn mịn bên cách sử dụng đường ống Hợp kim chống ăn mịn Thơng thường việc lựa chọn vật liệu chống ăn mòn đánh giá trước việc chọn thép C-Mn, mà vật liệu kết luận không đủ an toàn, đảm bảo độ tin cậy và/hoặc hiệu chi phí cho hoạt động Tiếp theo, thơng số chủ yếu sau xem xét lựa chọn vật liệu chống ăn mịn: - đặc tính học - dễ chế tạo, đặc biệt tính hàn - có khả chống ăn mịn bên bên ngoài, đặc biệt đối rạn nứt mơi trường gây • Bảo vệ chống ăn mịn bên lớp phủ hữu lót Nếu lớp phủ lót bên đánh giá tùy chọn để kiểm sốt ăn mịn, thơng số chủ yếu sau xem xét: - tính tương thích hóa học với tất chất lỏng vận chuyển có liên quan lắp đặt, vận hành khai thác, bao gồm tác động chất phụ gia - khả chống xói mịn chất lỏng hư hỏng học phóng thoi nạo lòng ống (pigging operations) pigging hoạt động; 10/27 Lắp đặt anốt manhê chế tạo sẵn bảo vệ dịng điện ngồi + + + + + + + b-2 Chống ăn mòn bị động: - Là phương pháp tạo cách li vật cần chống ăn mòn với mơi trường có tính ăn mịn loại vật liệu bọc bên ống Đặc điểm vật liệu chống ăn mịn: - Bám dính tốt, có khả chống lại tác động môi trường - Có khả chống lại tác động hóa học, vật lý, có tính chống lão hóa - Có khả làm việc môi trường thiết kế - Có tính tương thích hóa học với lớp bọc khác thân vật cần chống ăn mòn Các loại vật liệu dùng để bọc ống chống ăn mòn phổ biến: Glass flake epoxy Fussion Bouded epoxy Coal tar epoxy Intumescent epoxy Asphalt Enamel Fussion bouded epoxy kết hợp với Adhesive+Polyethylene Cao su PolyChloprence + Cao su chuyên dụng Neoprence 13/27 b-3) Bảo vệ kết hợp: Phương pháp kết hợp việc chống ăn mòn sơn phủ chống ăn mịn điện hóa Phương pháp có ưu điểm: + Phân bố dịng điện bảo vệ tốt + Kinh tế phương pháp riêng lẻ + Tránh hạn chế phương pháp dùng riêng lẻ + Giảm tốc độ hịa tan anode c) Ví dụ tính tốn chống ăn mịn cho tuyến ống bờ PM3 Khơng bọc chống ăn mòn ống Bọc chống ăn mòn ống phương pháp kết hợp (kết hợp chống ăn mòn chủ động bị động) Vật liệu bọc chống ăn mòn Asphalt Enamel, phương pháp chống ăn mòn chủ động: sử dụng chống ăn mòn điện hóa anode hy sinh c-1) Tính tốn thiết kế hệ thống bảo vệ cathode + Mục đích: • Lựa chọn Anode (dạng Anode, kích thước Anode, điện làm việc Anode, khối lượng Anode) • Tính tốn số lượng Anode cần thiết cho tuyến ống + Phương pháp tính tốn Tính tốn thiết kế anode thực theo bước sau: Bước 1: Xác định diện tích bề mặt tuyến ống Sa Sa = πDL Trong đó, Sa D L : : : diện tích bề mặt tuyến ống [m2] đường kính ngồi ống.[m] chiều dài tổng cộng tuyến ống [m] Bước 2: Xác định dòng điện yêu cầu anode S I C I dc = a d b ( SF) 1000 Trong đó: Idc : dịng điện u cầu anode [A] Id : mật độ dòng yêu cầu [mA/m2] Cb : hệ số hỏng lớp bọc SF : hệ số an toàn Bước 3: xác định số lượng anode: 14/27 N= I dc I anode Trong đó: Ianode : dịng điện anode [A] Ianode = sức điện động/ điện trở mạch Sức điện động = điện anode - điện kết cấu yêu cầu Điện trở mạch = điện trở anode + điện trở đất + điện trở ống lớp bọc + điện trở lớp bọc đất + điện trở cáp Với ống bọc tốt, điện trở ống lớp bọc lớn điện trở ống trần Sự lớn điện trở suất cho phép trường hợp dịng điện ln nhỏ dịng điện cho phép Vì vậy, ta thường bỏ qua điện trở ống lớp bọc điện trở lớp bọc đất Điện trở cáp điện trở dây cáp nối anode với góp điện Cáp chế tạo theo tiêu chuẩn sản xuất nhà máy có giá trị điện trở không đáng kể Vậy: Điện trở mạch = điện trở anode + điện trở đất Do đó, với ký hiệu: Rn : điện trở mạch [ Ω] R1 : R2 : điện trở anode [ Ω] điện trở đất [ Ω] Ta có: Rn=R1+R2 Với R1, R2 tính theo cơng thức sau: R1 = Pb 2ΠL a   La  2.3 log  da     − 1   R2 =  Lc Ps  2.3 log 2Π L c   dc    − 1   Trong đó: Pb, Ps : La, Lc : da, dc : điện trở anode đất [ Ω.cm] chiều dài anode không kể lớp bọc, chiều dài anode có kể lớp bọc [m] đường kính anode khơng kể lớp bọc, đường kính anode kể lớp bọc Bước 4: Xác định khối lượng anode: ZI t m = anode Du Trong đó: 15/27 m Z t Ianode D u : : : : : : khối lượng anode [kg] tiêu hủy thực tế anode tráng kẽm.[kg/A năm] tuổi thọ thiết kế hệ thống [năm] dòng điện anode [A] hệ số hiệu qủa dòng điện anode [%] hệ số sử dụng anode [%] + Số liệu tính tốn Các thơng số đầu vào Kí hiệu Giá trị Đơn vị Chiều dài tổng cộng tuyến ống bờ L 27000 [m] Đường kính ngồi ống D 0.508 [m] Mật độ dòng yêu cầu Id 30 [mA/m2] Hệ số hỏng lớp bọc Cb [%] Hệ số an toàn SF 1.1 Điện kết cấu yêu cầu 0.85 [V] Điện anode 1.1 [V] Điện trở suất anode Pb 250 [ Ω cm] Điện trở suất trung bình đất Ps 1000 [ Ω cm] Chiều dài anode không kể lớp bọc La 114.3 [cm] Đường kính anode khơng kể lớp bọc da 5.08 [cm] Chiều dài anode kể lớp bọc Lc 129.54 [cm] Đường kính anode kể lớp bọc dc 12.7 [m] Sự tiêu hủy thực tế anode Z 12 [kg/A.năm] Tuổi thọ thiết kế anode t 30 [năm] Hệ số hiệu dòng điện anode D 90 [%] Hệ số sử dụng anode u 85 [%] Anode chọn sau: + Loại Anode: anode tráng kẽm ( Zinc anode) có hình dạng + Kích thước: 1143 × 50 × 50 8(mm ) bọc 76.2 × 38.1(mm ) + Điện làm việc anode : -1.1V + Kết tính tốn 16/27 Thơng số kết Kí hiệu Giá trị Đơn vị Diện tích bề mặt ống Sa 43090.1 [m2] Dịng điện yêu cầu anode Idc 71.0986 [A] Điện trở anode R1 1.80568 [Ω] Điện trở đất R2 5.40209 [Ω] Điện trở mạch Rn 7.20777 [Ω] Dòng điện anode Ianode 0.03468 [A] Số lượng anode N 2049.85 [cái] Khối lượng anode m 16.3223 [kg] Từ bảng kết tính tốn trên, ta lấy số lượng anode 2050 5.6 Chống ăn mòn cho bể chứa dầu khí lỏng 1) Các loại bể chứa Bể chứa cơng trình xây dựng nhằm mục đích phục vụ cho cơng tác tàng trữ sản phẩm dầu (xăng, dầu hoả…), khí hố lỏng, nước, axít, cồn cơng nghiệp… a) Phân loại theo hình dạng bể: - Bể chứa hình trụ (trụ đứng, trụ ngang); - Bể hình cầu; - Bể hình giọt nước… Hình 1: Bể chứa trụ đứng áp lực thấp Hình Bể chứa trụ ngang 17/27 Hình 1: Bể chứa cầu Hình Bể chứa hình giọt nước b) Phân loại theo vị trí bể khơng gian: Bể đặt cao mặt đất (trên gối tựa), đặt mặt đất , ngầm nửa ngầm đất nước c) Phân loại theo mái bể: - Bể chứa tích khơng đổi (mái tĩnh - cố định) - Bể chứa tích thay đổi (mái phao – ngồi mái cố định cịn có phao mặt chất lỏng; mái - thân mái phao) d) Phân loại theo áp lực dư (áp lực chất lỏng bay hơi): - Bể chứa áp lực thấp: áp lực dư pd ≤ 0,002MPa áp lực chân không (khi xả hết chất lỏng) po ≤ 0,00025Mpa (0,0025 kG/cm2) - Bể chứa trụ đứng áp lực cao: áp lực dư pd > 0,002MPa 2) Vật liệu: - Thép - Bê tông cốt thép Các giải pháp chống ăn mòn Các bể chứa bảo vệ chống ăn mòn bằng: - sơn phủ - phương pháp bảo vệ catốt Có thể áp dụng phương pháp bảo vệ catốt cho bể chứa để bảo vệ bề mặt bên trong, bề mặt bên ngoài, trường hợp bể ngầm bể chứa tiếp xúc với đất, bên trong/bên Tùy thuộc vào loại chất lỏng chứa bể chứa cần bảo vệ sử dụng anốt pin điện (anốt galvanic) dịng điện cưỡng (impressed current) Thơng thường bề mặt cần bảo vệ theo phương pháp bảo vệ catốt phủ để giảm bớt yêu cầu dòng điện tăng tuổi thọ anốt galvanic Trong hệ thống anode hy sinh electron lượng cao cần thiết để bảo vệ catốt cung cấp ăn mòn kim loại hoạt tĩnh Điều mô tả hình 3) 18/27 Ký hiệu hình vẽ: Active Metal (Anode) = Kim loại hoạt tính (anốt) Protected Metal (Cathode) = Kim loại bảo vệ (catốt) Bảo vệ dịng điện cưỡng (dịng điện ngồi) Các vật liệu sử dụng cho anốt hy sinh kim loại hoạt tính tương đối tinh khiết, chẳng hạn kẽm magiê, hợp kim magiê, hợp kim nhôm Khi việc bảo vệ catốt cho bể chứa thực với anốt bị chôn vùi, vật liệu đặc biệt đắp bao quanh anốt để bảo đảm anốt cho kết mong muốn Trong trình cung cấp điện tử để bảo vệ catốt cho kim loại hoạt tính kim loại hoạt tính bị ăn mịn Các kim loại hoạt tính (anốt-anốt) hy sinh để bảo vệ kim loại hoạt tính (catốt) Số lượng ăn mòn phụ thuộc vào kim loại sử dụng anốt tỷ lệ thuận với lượng dòng điện cung cấp Các anốt sử dụng bảo vệ catốt cho bể chứa phải định kỳ kiểm tra thay bị ăn mòn tới mức tối đa 3.1) Bảo vệ catốt cho bể ngầm Bảo vệ catốt tùy chọn để bảo vệ bể chứa ngầm (BCN) khỏi bị ăn mịn Có hai loại hệ thống bảo vệ catốt: • anode hy sinh • dịng điện cưỡng (dịng điện ngồi) Anốt hy sinh gắn vào BCN thép sơn phủ để bảo vệchống ăn mòn Anốt hy sinh phần kim loại hoạt tính mặt điện so với BCN thép Bởi anốt chủ động hơn, dòng điện ăn mòn từ chúng Như vậy, BCN bảo vệ anốt đính kèm hy sinh Anốt hết phải thay để bảo vệ chống ăn mòn tiếp tục BCN 19/27 Một hệ thống bảo vệ dòng điện cưỡng sử dụng chỉnh lưu để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều Dòng điện truyền qua dây cách điện với anốt, kim loại đặc biệt bị chôn vùi đất gần BCN Dịng điện sau chảy qua đất tới hệ thống BCN trở cho chỉnh lưu thông qua dây cách điện thuộc BCN Hệ thống BCN bảo vệ dịng điện tới BCN vượt dòng điện gây nên ăn mòn thường chảy từ hệ thống BCN Các tiêu chuẩn thiết kế quy định yêu cầu hệ thống bảo vệ catốt lắp đặt BCN thiết kế chuyên gia ăn mòn Hệ thống bảo vệ catốt BCN phải kiểm tra vòng sáu tháng cài đặt có ba năm sau Cần phải giữ kết hai lần kiểm tra cuối để chứng minh việc bảo vệ catốt làm việc Ngoài ra, phải kiểm tra hệ thống dịng điện ngồi 60 ngày để xác minh hệ thống hoạt động Giữ kết ba lần kiểm tra 60ngày cuối để chứng minh hệ thống dịng điện ngồi hoạt động cách Bảo vệ anốt hy sinh Electrical Isolation (Bushings) = Cách điện (Tấm lót) Dieletric protection coating = lớp phủ bảo vệ điện môi Cathodic Protection (Anode) = Bả0 vệ catốt (anốt) Bảo vệ catốt dòng điện cưỡng (dịng điện ngồi) 20/27 Các lớp phủ phải vật liệu điện mơi thích hợp (ví dụ, lớp phủ cho bể chứa ngầm cách ly điện môi trường xung quanh đáp ứng tiêu chuẩn ngành công nghiệp áp dụng) Một lớp phủ nhựa asphan xem lớp phủ điện môi không phù hợp 3.2) Bảo vệ catốt cho bể chứa nằm mặt đất Các dạng ăn mịn gồm có: Ăn mịn bên ngồi đáy bể chứa Ăn mịn pin điện vật liệu bên cát đệm 21/27 Ăn mịn nước Thép thép cũ kết hợp với Bảo vệ catốt kiểu pin điện (Galvanic) 22/27 Bảo vệ catốt dòng điện ngồi Các loại anốt : - anốt nơng - anốt sâu - Anốt nông (Shallow Anodes) Anốt sâu (Deep Anode) 23/27 Đo điện xung quanh đáy bể Giám sát dịng điện 24/27 Một loại anốt điển hình Hệ thống anốt xuyên ngang đáy bể Ăn mòn bên bể 25/27 Lắp đặt anốt bên đáy bể Các loại anốt Bố trí hệ thống chống ăn mịn đáy bể 3.3 Kiểm tra giám sát hệ thống bảo vệ catốt Thử nghiệm quan trọng sử dụng việc giám sát hệ thống bảo vệ catốt đo điện kết cấu chất điện phân Nói chung điều thực cách kết nối kết cấu với điện cực tham chiếu hiệu chỉnh thông qua vôn kế đo khác biệt điện Điện cực tham chiếu điển hình để sử dụng đất nước đồng, 26/27 sulphate đồng, bạc, clorua bạc clorua kẽm Các điện cực tham chiếu thường cài đặt thường xun có khơng có phiếu giảm giá (diện tích trần kim loại) di động Việc đo điện phải "IR tự do", loại bỏ hiệu ứng việc áp dụng điện áp (hệ thống bảo vệ catốt) lên kết cấu Các phép đo khác hệ thống bảo vệ catốt là: - tính tồn vẹn mép cách ly chỗ nối có sử dụng “IF tester” - giám sát dòng điện đồng hồ kẹp đồng hồ - đo hiệu điện dòng điện từ nguồn cung cấp dụng cụ đo điện - đo điện trở suất đất trước thiết kế hệ thống bảo vệ catốt Điều định việc chọn kích thước anốt lớp đệm đất 3.4 Tiêu chuẩn bảo vệ Tiêu chuẩn bảo vệ điển hình kết cấu chất điện phân (tiếp xúc với đất / nước) khuyến nghị tiêu chuẩn công nghiệp tóm tắt sau: • -850 mV so với Cu | CuSO điện cực tham chiếu cho thép trongđất có ga / nước • -950 mV so với Cu | CuSO điện cực tham chiếu cho thép đất yếm khí xác nhận diện vi khuẩn khử sulphate hoạt động • Tất tiềm IR twj "tắt" Thay tiêu chuẩn - tối thiểu 100 mV phân catốt cực cấu điện ổn định liên lạc với điện Sự hình thành phân rã phân cực đo để đáp ứng tiêu chí 27/27 ... d? ?n đi? ?n đất Ngồi ? ?n m? ? ?n tính x? ?m thực đất l? ?n đường ống, yếu tố như: loại vi sinh vật, tính acid, nhiệt độ đất ảnh hưởng khơng nhỏ đ? ?n ? ?n m? ? ?n b? ?n ngồi đường ống Q trình ? ?n m? ? ?n b? ?n ngồi đường... 708C M? ??t khác, Anốt nh? ?m hoạt động tốt nhiều Chúng phù hợp cho đường ống d? ?n ch? ?n dùng để v? ?n chuy? ?n chất truy? ?n d? ?n nóng N? ?i chung, đường ống d? ?n vùng n? ?ớc sâu, Anốt hợp kim nh? ?m g? ?n li? ?n với... anode c) Ví dụ tính t? ?n chống ? ?n m? ? ?n cho tuy? ?n ống bờ PM3 Khơng bọc chống ? ?n m? ? ?n ống Bọc chống ? ?n m? ? ?n ngồi ống phương pháp kết hợp (kết hợp chống ? ?n m? ?n chủ động bị động) Vật liệu bọc chống ăn