Коррозия оборудования и коммуникаций в системе сбора и транспорта попутного нефтяного газа | Всё о красках

Коррозия оборудования и коммуникаций в системе сбора и транспорта попутного нефтяного газа | Всё о красках Кислород

Почему солнце горит без кислорода?

Солнце продолжает гореть, потому что ему не нужен кислород, чтобы поддерживать свой «огонь»; горение, которое происходит на поверхности Солнца, представляет собой не химическое горение, а ядерный синтез.

Коррозия оборудования и коммуникаций в системе сбора и транспорта попутного нефтяного газа | Всё о красках
Солнце продолжает гореть, потому что ему не нужен кислород для своего огня.

Проще говоря, ядерный синтез происходит, когда два или более ядра соединяются, чтобы сформировать новый элемент с более тяжелым ядром. Например, два атома водорода объединяются, чтобы стать более крупным и тяжелым атомом гелия.

Для этого процесса не требуется кислород. Фактически, для этого вообще не требуется никакого другого материала. Все, что вам нужно, — это чрезвычайно высокое давление или тепло (легко доступны на поверхности Солнца, учитывая его огромные размеры), чтобы сжать атомы водорода достаточно сильно, чтобы они слились и стали атомами гелия. Это самоподдерживающийся процесс, атрибут, который часто становится пищей для сюжетов научно-фантастических фильмов.

Подводя итог, можно сказать, что кислород сам по себе не является легковоспламеняющимся веществом, но он может вызвать быстрое и интенсивное воспламенение других предметов (свойство, которое делает кислород отличным окислителем) и поджечь вещи. Именно поэтому, если огонь имеет обильный запас кислорода, он может стать массивным, а иногда и взрывоопасным!

Активный кислород: друг или враг, или о пользе и вреде антиоксидантов

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Долгое время активные формы кислорода считались вредными побочными продуктами обмена веществ. За последнее десятилетие, однако, учёные показали, что живые организмы не только могут использовать активный кислород в своих целях, но и целенаправленно его вырабатывают. Возникает вопрос: нужно ли бороться с активными формами кислорода с помощью антиоксидантов?

Вот уже много лет производители продуктов питания и косметики твердят о пользе для нашего здоровья антиоксидантов. В связи с этим в головах людей прочно укрепляется точка зрения, что эти чудодейственные вещества являются своего рода панацеей от многих болезней и даже предотвращают процесс старения. Однако недавние исследования показывают, что всё не так однозначно, как считалось ранее.

Со времён изобретения сине-зелёными бактериями кислородного фотосинтеза [1] мы живём в чрезвычайно агрессивной окислительной среде. Правда, сам по себе кислород не очень страшен для нас, живых организмов, поскольку, чтобы пошла реакция окисления, необходимо преодолеть высокий энергетический барьер (или, говоря другими словами, нас нужно было бы поджечь). Однако иногда в процессах неполного окисления кислород превращается в так называемые активные формы (АФК), и тогда эти молекулы становится поистине страшным окислителем, взаимодействуя с любой органикой, встретившейся на пути: белками, жирами, углеводами, нуклеиновыми кислотами… И в наших клетках ежесекундно вырабатываются тысячи таких молекул — как побочные продукты дыхания, реакций синтеза и распада биомолекул.

К счастью, в нашем организме предусмотрены системы защиты от нежелательного окисления. Существуют специальные ферменты, занимающиеся нейтрализацией активных форм кислорода и их восстановлением до воды. Окислительные повреждения белков и ДНК, которые ещё можно обратить, восстанавливаются специальными ферментами репарации, а молекулы, подвергнувшиеся необратимым изменениям, уничтожаются. Таким образом, наш организм наделён природными антиоксидантами и способен сам постоять за себя.

Но иногда антиоксидантные системы организма дают сбой, и тогда активные формы кислорода могут причинить ощутимый урон. Опасность заключается ещё и в том, что процесс накопления окислительных повреждений обладает положительной обратной связью: повреждения молекул, отвечающих за регуляцию выработки и деградации АФК, порождают ещё большее увеличение содержания АФК в клетке. Так, известно, что при старении, травмах и некоторых заболеваниях (например, болезнях Альцгеймера и Паркинсона) повышается уровень окислительных повреждений в мозге [2][3].

В свете сказанного понятно, почему врачи и фармацевты возлагают большие надежды на использование природных и синтетических антиоксидантов для лечения (или хотя бы облегчения протекания) болезней, сопровождающихся окислительными повреждениями тканей. И действительно, исследования на модельных животных показали, что использование антиоксидантов способствует смягчению симптомов некоторых заболеваний и даже может увеличивать среднюю продолжительность жизни. Так, в лаборатории академика В.П. Скулачёва были получены искусственные антиоксиданты, широко известные под названием «ионы Скулачёва» и способные встраиваться в мембраны митохондрий — одного из основных источников активных форм кислорода в клетке. С помощью этих антиоксидантов удалось обратить вспять некоторые вызванные старением нарушения у лабораторных животных [4].

И всё же, за последний десяток лет отношение учёных к активным формам кислорода кардинально изменилось. Всё началось с открытия в клетках иммунной системы фермента NADPH-оксидазы, единственная функция которого — осуществлять продукцию активных форм кислорода для борьбы с патогенными организмами. С его помощью макрофаги «поливают» нежелательных гостей токсичными молекулами супероксида, пероксида водорода, гипохлорита и др. в ходе так называемого «окислительного взрыва». Каково же было удивление учёных, когда этот фермент и ещё целых шесть его «родственников» (изоформ) были обнаружены практически во всех тканях организма!

Сейчас известно, что активные формы кислорода участвуют в регуляции многих процессов в клетке, влияя на скорость деления клеток и дифференцировку, а также на другие клеточные функции. Некоторая ирония заключается в том, что развитию «полезных» функций АФК способствовали свойства, следующие из его токсичности — высокая способность взаимодействовать с биомолекулами и наличие систем для его быстрого разрушения в клетке. Иными словами, активный кислород можно использовать как сигнальный маяк, быстро включая или выключая по необходимости. Таким образом, наш организм научился извлекать выгоду даже из такого, казалось бы, «вредного» побочного продукта, как активные формы кислорода.

Как же осуществляется такая регуляция? Для слаженной работы нашего организма клеткам необходимо обмениваться между собой информацией посредством гормонов, факторов роста и других специальных молекул. Эти вещества узнаются и связываются белками-рецепторами, о чём последние извещают клетку с помощью целого каскада ферментативных реакций. Особую роль в этих процессах играет осуществляемая специальными ферментами — киназами [5][6] — реакция фосфорилирования белков. Она заключается в том, что к некоторым аминокислотным остаткам белка — тирозину и серину — присоединяется фосфатная группа, что приводит к его активации или, наоборот, подавлению активности. Этому процессу противостоит реакция дефосфорилирования, осуществляемая ферментами-фосфатазами и вызывающая в точности обратное действие. Баланс этих двух реакций и определяет уровень активности регулируемого белка в клетке. Например, инсулин — гормон, отвечающий за регуляцию потребления глюкозы клетками, — связывается с инсулиновыми рецепторами, находящимися на поверхности практически всех клеток организма, что приводит к появлению тирозинкиназной активности рецептора. Это запускает цепочку ферментативных процессов, в результате которых на мембране клеток увеличивается число белков-переносчиков глюкозы, и потребление клеткой глюкозы увеличивается [7].

Оказалось, что активные формы кислорода способны обратимо окислять остатки цистеина в каталитических участках некоторых фосфатаз и подавлять их активность. Это приводит к смещению уровня фосфорилированности регулируемых ими белков, что, конечно, влияет на передаваемый клетке сигнал. Так, выделение активных форм кислорода было зафиксировано при связывании клеточными рецепторами инсулина, и было показано, что подавление их продукции добавлением антиоксидантов ослабляет действие гормона на клетку [7].

В многочисленных исследованиях было показано, что активные формы кислорода участвуют в синтезе некоторых соединений (например, тиреоидных гормонов), регуляции подвижности клеток соединительных тканей, роста сосудов и нервных окончаний и т.д.

Ещё один совсем недавно открытый эффект — участие АФК в регуляции процессов в мозге, лежащих в основе обучения и памяти. Как известно, основная функция нервных клеток — получать и передавать электрические сигналы посредством межклеточных контактов — синапсов. Именно здесь определяется, будет ли входящий с другого нейрона электрический сигнал передан дальше следующим нейронам, или же он пропадёт бесследно. При этом мозг — динамичная структура, причём в нём не только постоянно образуются новые и рассасываются ненужные клеточные контакты, но и проводимость самих синапсов может меняться [8]. Без этих процессов мы не смогли бы обучиться никаким навыкам или, например, запомнить сведения, приведённые в данной статье.

Так вот, на клеточных культурах, а потом и в исследованиях на модельных животных было показано, что активные формы кислорода не только влияют, но и необходимы для регулирования проводимости синапсов. Так, чрезмерная продукция антиоксидантных белков в мыши приводила к развитию когнитивных нарушений у этих животных [9].

* * *

Таким образом, за последние десятилетия активный кислород превратился в глазах учёных из опасного побочного продукта в важный компонент сигнальных путей клетки. В связи с этим и нам нужно пересмотреть свое отношение к антиоксидантам как к безусловно полезным веществам, которых чем больше — тем лучше. Антиоксидантов, получаемых с потреблением свежих фруктов и овощей, вполне достаточно для ежедневных нужд организма. А к активному использованию антиоксидантов в медицине надо относиться внимательно, имея в виду возможные побочные эффекты при чрезмерном подавлении продукции активных форм кислорода.

  1. Волонтер фотосинтеза;
  2. Marina S. Hernandes, Luiz R.G. Britto. (2022). NADPH Oxidase and Neurodegeneration. Current Neuropharmacology. 10, 321-327;
  3. Cynthia A. Massaad, Eric Klann. (2022). Reactive Oxygen Species in the Regulation of Synaptic Plasticity and Memory. Antioxidants & Redox Signaling. 14, 2022-2054;
  4. V. P. Skulachev. (2007). A biochemical approach to the problem of aging: “Megaproject” on membrane-penetrating ions. The first results and prospects. Biochemistry Moscow. 72, 1385-1396;
  5. Рецептор «нетрадиционной ориентации»;
  6. Mark A. Lemmon, Joseph Schlessinger. (2022). Cell Signaling by Receptor Tyrosine Kinases. Cell. 141, 1117-1134;
  7. Barry J. Goldstein, Kalyankar Mahadev, Xiangdong Wu, Li Zhu, Hiroyuki Motoshima. (2005). Role of Insulin-Induced Reactive Oxygen Species in the Insulin Signaling Pathway. Antioxidants & Redox Signaling. 7, 1021-1031;
  8. Элементы: «Какой же вклад протеинкиназа M-дзета вносит в формирование памяти?»;
  9. Dick Jaarsma, Elize D. Haasdijk, J.A.C. Grashorn, Richard Hawkins, Wim van Duijn, et. al.. (2000). Human Cu/Zn Superoxide Dismutase (SOD1) Overexpression in Mice Causes Mitochondrial Vacuolization, Axonal Degeneration, and Premature Motoneuron Death and Accelerates Motoneuron Disease in Mice Expressing a Familial Amyotrophic Lateral Sclerosis Mutant SOD1. Neurobiology of Disease. 7, 623-643;
  10. S. G. Rhee. (2006). CELL SIGNALING: H2O2, a Necessary Evil for Cell Signaling. Science. 312, 1882-1883.

Коррозия оборудования и коммуникаций в системе сбора и транспорта попутного нефтяного газа | всё о красках

Углеводородный газ, находящийся в нефтяной залежи и раст­воренный в нефти, называется попутным. Нефтяной газ пред­ставляет собой смесь предельных углеводородов, в которых со­держатся метан, этан, пропан и бутан, причем метан обычно преобладает. В попутных газах присутствуют и более тяжелые углеводороды: пентан, гексан и гептан. В этом и состоит основ­ное отличие нефтяных газов от природных, представленных са­мостоятельными залежами.

Нефтяные газы, как и природные, содержат в большем или меньшем количестве различные примеси. К ним относятся серо­водород, углекислый газ, влага, азот и кислород, попадающий иногда в газ вместе с воздухом. Естественно, в такой сложной по составу коррозионной среде процесс разрушения металла протекает весьма своеобразно, а степень разрушения внутренней поверхности газопроводов и газопромыслового оборудования за­висит от многих факторов.

Основными агрессивными агентами в газе являются серово­дород и СО2, активность которых проявляется только при нали­чии влаги в газе и образовании пленки воды на поверхности металла. Появление сероводорода в газе обусловлено биоген­ными и геологическими факторами, характерными для самого нефтяного или газового месторождения и условий его залегания. Насыщение газа влагой связано с влиянием подошвенных аллю­виальных вод залежи, а также захватом этой воды газом при выделении его из обводненной нефти, поэтому влага в газе чаще всего содержит соли и при конденсации оказывается мине­рализованной. Особую агрессивность в этих условиях представ­ляет газ, в который из разных источников попадает воздух.

Сепарация попутного газа из нефти и его дальнейший тран­спорт производится, как правило, по герметизированной системе. Поэтому попадание в него воздуха в этой части — крайне редкое явление. Если попутный газ «е содержит сероводорода, его можно считать неагрессивным даже при наличии в нем паров воды. Однако на многих месторождениях страны имеются за­лежи, из которых добывают сероводородсодержащую нефть.

Отделяемые от такой нефти попутные газы весьма коррозионно-агрессивны. Очевидно, с точки зрения коррозии и защиты, изу­чение агрессивного действия таких попутных газов представ­ляет наибольший интерес.

Применяемые на нефтепромыслах системы сбора и транс­порта нефтяного газа относительно просты. Попутный газ после частичной сепарации из нефти под собственным давлением по­ступает на газокомпрессорные станции, а оттуда — на районный газобензиновый завод (ГБЗ). Если на промыслах собирают и транспортируют газонасыщенную нефть, то сепарируют ее на центральных пунктах сбора. Здесь же газ собирают, при необ­ходимости частично обрабатывают (отделяют жидкие углеводо­роды) и направляют на ГБЗ. На нефтепромыслах, находящихся в поздней стадии разработки (например, Ишимбайское место­рождение), газ сепарируют на забое скважин с помощью ваку­ума. Для сбора и транспорта попутного газа на нефтепромыс­лах используют газопроводы трех типов; сборные коллекторы диаметром 100 мм, напорные газопроводы диаметром 150— 300 мм и магистральные напорные газопроводы диаметром 300—700 мм, предназначенные для подачи попутного газа не­посредственно потребителям.

Основными факторами, оказывающими влияние на скорость разрушения внутренней поверхности газопроводов являются: концентрация в газе сероводорода, СО2 и кислорода, парциаль­ное давление сероводорода и СО2 в газе, степень насыщения газа влагой, температура, общее давление и скорость движения газа. Характер и распределение коррозии в газопроводе зависят также от рельефа местности, по которой он пролегает.

В результате совместного влияния указанных факторов на внутренней поверхности газопровода развивается общая корро­зия металла. Характерной особенностью протекания сероводо­родной коррозии во влажном газе является то, что часть выде­ляющихся при этом атомов водорода не соединяется в молекулы и проникает в металл (явление водородной хрупкости или на-водораживания). В газопроводах, транспортирующих под высо­кими давлениями (50—60 кгс/см2) газ с примесью влаги и серо­водорода, водородная хрупкость стали проявляется обычно зна­чительно раньше общей коррозии.

Концентрация сероводорода в газе оказывает существенное влияние на возникновение и степень коррозии внутренней по­верхности газопровода. Считают, что в полностью насыщен­ном влагой газе содержание сероводорода 0,005 г/м3 является нижним пределом, при котором коррозия металла еще невелика. Имеется, по-видимому, и верхний предел содержания сероводо­рода в газе, выше которого рост концентрации сероводорода не оказывает влияния на скорость коррозии. Однако решающим фактором все же является парциальное давление сероводорода в газе. Например, степень коррозионных повреждений металла при давлении 65 кгс/см2 и содержании сероводорода 0,1 г/м3 эк­вивалентны степени коррозионных повреждений того же ме­талла при нормальном давлении и содержании сероводорода 6,5 г/м3.

При изменении общего давления транспортируемого газа скорость коррозии в присутствии сероводорода, СО2, кислорода и влаги, как правило, растет пропорционально увеличению дав­ления. Это объясняют тем, что с ростом давления повы­шается концентрация агрессивных агентов в единице объема, что приводит к увеличению их массы, действующей на единицу поверхности металла.

Весьма своеобразно влияние влажности и температуры на процесс сероводородной коррозии в газопроводе. Газ с примесью сероводорода при отсутствии влаги не оказывает практически влияния на металл. Утверждают, что природный газ с от­носительной влажностью 60—80% и с высокой концентрацией сероводорода (свыше 10%) не вызывает практически коррозии, поскольку образующаяся на поверхности сульфидная пленка является до некоторой степени защитной. В процессе развития коррозии эта пленка меняет свою структуру и из защитной пре­вращается в стимулятор коррозии. Поэтому при относи­тельно большом содержании влаги в газе и длительной экспози­ции металла со средой сульфидная пленка постепенно утолща­ется с образованием объемистых продуктов сульфида железа. Сульфид, как известно, имеет рыхлую структуру с развитой си­стемой капилляров и хорошо смачивается водой, так как его поверхность обладает гидрофильными свойствами. В результате этого водяной пар, не достигший давления насыщения по отно­шению к плоской поверхности, может оказаться пересыщенным к жидкой фазе, находящейся в капиллярах. Влага из газа будет конденсироваться в порах и капиллярах, заполняя их электро­литом.

По имеющимся данным, для начала протекания коррози­онного процесса достаточно образования на поверхности ме­талла слоя воды толщиной всего 20—30 молекул. Очевидно, та­кой слой воды на корродирующей поверхности в присутствии сульфида может возникнуть даже тогда, когда система металл— сульфид соприкасается с газом, упругость паров влаги в кото­ром ниже упругости насыщенного пара. Коррозия в тонких слоях электролита, развиваясь в условиях высокой концентра­ции сероводорода, приведет к постепенному разрушению металла и к образованию все большей по объему массы сульфида, имею­щей, по данным ряда исследователей, иную структуру и другие свойства в отношении стимулирования коррозии.

Если рассматривать влияние температуры по отношению к самому коррозионному процессу, то, поскольку он подчиня­ется закономерностям электрохимической кинетики, с ростом температуры скорость коррозии увеличивается, а с понижением — уменьшается. Однако, если принять во внимание наличие влаги в газе, то коррозионная активность газовой среды в ко­нечном счете зависит от перепада температур, поскольку при понижении температуры создаются условия для пересыщения газа влагой и конденсации ее на поверхности металла. С повы­шением же температуры транспортируемого газа его относи­тельная влажность уменьшается, условия для конденсации воды ухудшаются, интенсивность коррозии снижается.

Заметное влияние на коррозию внутренней поверхности га­зопроводов оказывает скорость движения газа. При относи­тельно малой скорости основное действие газа связано с пере­носом по трассе газопровода продуктов коррозии и накоплением их в местах сварных швов и концевых участках газопровода. С повышением скорости движения газ, способствуя уносу кон­денсирующейся жидкости и распределению ее по всей поверхно­сти, может привести к образованию на поверхности металла тонких слоев влаги, в которой скорость коррозии, как известно, резко повышается. При весьма высоких скоростях движе­ния газа (15—20 м/с), по-видимому, возможен разрыв таких пленок, удаление их с поверхности металла вместе с продуктами коррозии. Вероятно, этим можно объяснить положительный эф­фект, полученный в отношении уменьшения коррозионных по­вреждений внутренней поверхности газосборных трубопроводов (шлейфов), которое было достигнуто на ряде газовых место­рождений при использовании труб малых диаметров и увеличе­нии скорости транспортируемого газа.

Влияние углекислого газа на коррозию металла в сероводородсодержащих газах изучено недостаточно. Считают, что при равном процентном отношении его с другими агрес­сивными компонентами это влияние несоизмеримо мало по сравнению с действием сероводорода.

Углеводороды (жидкий конденсат) непосредственного влия­ния на коррозионное разрушение металла не оказывают, хотя их присутствие в выпадающей из газа жидкости придает ей спе­цифические свойства.

Таким образом, внутри газопроводов, по которым транспор­тируют сероводородсодержащие газы, мы сталкиваемся со сво­еобразной коррозией, происходящей как в пленке жидкости раз­личной толщины, так и в условиях непрерывно конденсирую­щейся из газа жидкости. Последняя, стекая по наклонной поверхности труб к пониженным местам газопровода, накаплива­ется здесь и приводит к еще одной форме общей коррозии — коррозии в объеме электролита. Многолетний опыт эксплуата­ции газосборных сетей нефтепромыслов, по которым транс­портируют сероводородсодержащие газы показал, что в наи­большей степени подвергаются разрушению именно пониженные места на трассе газопровода, т. е. те участки, где накапливается выпадающая из газа жидкость.

Особенно интересен в этом отношении опыт эксплуатации газосборных сетей Ишимбайских месторождений.

Наблюдения показали, что газосборные вакуумные кол­лекторы быстрее всего выходят из строя на тех участках, где скапливается выпадающий из газа конденсат. Продолжитель­ность их эксплуатации составляет от 2 до 4 лет. Напорные кол­лекторы находятся в эксплуатации до выхода из строя в сред­нем 6—10 лет. Однако на тех участках, где наблюдается по­стоянное скопление конденсата, срок их службы снижается до 3—6 мес. Интенсивной коррозии подвергается 203-мм дюкер, проходящий через р. Белую. Здесь постоянно, особенно в зим­нее время, наблюдается обильное скопление конденсата. Газо­провод выходит из строя, как правило, каждые 8—12 мес.

Характерным для промысловых газопроводов является отло­жение в них продуктов коррозии и элементарной серы, которая выделяется в результате окисления сероводорода поступающим в газ кислородом воздуха. Сечение труб при этом настолько снижается, что наступает полная их закупорка.

При анализе данных, характеризующих продолжительность эксплуатации отдельных участков этого газопровода и профиль его трассы, было установлено, что в месте интенсивного вы­падения и скопления конденсата срок службы труб колеблется в пределах 7—13 мес. Ближе к компрессорной станции, на воз­вышенном месте, срок службы труб составляет 2—3 года. По мере подъема трассы газопровода и удаления от мест скопления конденсата срок службы труб увеличивается, снижаясь лишь в некоторых местах (овраг и переход через небольшую речку). На возвышенных местах трассы и вдали от компрессорной стан­ции, где скопление конденсата практически отсутствует, трубы находились в эксплуатации без ремонта 11 лет.

Как показали исследования, отобранный из газопровода конденсат состоит из двух фаз — водной и углеводородной. В пробах водной части конденсата содержится до 1300 мг/л растворенного сероводорода, а также заметное количество со­лей, что подтвердилось наблюдениями за изменением содержа­ния ионов кальция, магния, сульфата в пробах, отобранных по трассе газопровода.

Характерным для газопроводов Ишимбайских месторожде­ний является сравнительно большое содержание в выпадающем из газа конденсате ионов сульфата и двухвалентного железа. Накопление последних в растворе, особенно в присутствии се­роводорода, очевидно, связано с пониженной кислотностью среды, поскольку при рН ниже 4 ионы железа не выпадают в осадок.

Появление ионов сульфата железа в водной среде связано с коррозионными и окислительными процессами, происходя­щими в среде газа, содержащего пары влаги, сероводород и кислород воздуха.

Кроме заметной минерализации конденсат обладает низким рН, он колеблется в пределах 2—3. Такая сравнительно высо­кая концентрация водородных ионов, по-видимому, связана с появлением в растворе ионов сульфата.

Что касается влияния углекислого газа на устанавливаю­щуюся величину рН конденсата, то, учитывая его парциальное давление в транспортируемом по газопроводу газе, оно будет небольшим. Роль сероводорода в установлении величины рН в данном случае также незначительна, так как уже при рН ниже 4 сероводородная кислота практически не диссоциирована на ионы.

Согласно общепринятым представлениям, наиболее интен­сивное разрушение металла следует ожидать в водной части конденсата. Однако это предположение опыт не подтвердил.

Особенно четкая взаимосвязь между агрессивным действием сероводородсодержашего газа, выпадающей из него жидкости и профилем трассы газопровода отмечена на магистральном 305-мм стальном газопроводе Введеновка—Салават. По нему транспортируют под давлением 2—3 кгс/см2 сероводородсодержащий попутный газ с Введеновского нефтяного месторожде­ния. Длина газопровода — 23,7 км, он проходит по относительно слабопересеченной местности. Введен в эксплуатацию в 1969 г Первая авария (появление сквозного отверстия) произошла через 9 лет, вторая — через год. Аварии приходятся на пони­женные места. При замене труб на 11-м участке газопровода было выяснено, что разрушения сосредоточены только в их ниж­ней части, где найдено скопление осадка сульфида железа.

Аналогичное положение по коррозии наблюдается при сборе и транспорте под небольшим давлением сероводородсодержащего газа на Арланских нефтепромыслах Башкирии, где газо­провод диаметром 350 мм и длиной около 50 км вышел из строя в пониженных местах трассы. Не меньший ущерб приносит кор­розия магистральному газопроводу «Каменный Лог—Пермь» (диаметр 700 мм и длина 73 км). По этому газопроводу транс­портируют сероводородсодержащий газ (3% H2S) с Ольхов­ского нефтяного месторождения Пермской области. Газопровод выходит из строя, главным образом, на пониженных участках трассы, где скапливается жидкий конденсат.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что двухфаз­ный конденсат в присутствии сероводорода более коррозионно-активен, чем водный или углеводородный в отдельности. При­чина этого явления на первый взгляд не ясна, так как не выте­кает непосредственно из физико-химических свойств образующихся внутри газопровода агрессивных сред. Чтобы разобраться в этом, рассмотрим характер и особенности сероводородной коррозии металла в средах, действующих на стенки газопровод­ных труб.

Краткие сведения о кислороде, пропан-бутане и ацетилене — газресурс

Кислород — это газ без вкуса, запаха и цвета, не горючий, но активно поддерживает горение, немного тяжелее воздуха. При нормальном атмосферном давлении (760 мм ртутного столба) при температуре 0° С масса 1 м куб. кислорода равна 1.43 кг, а при нормальном атмосферном давлении и температуре 20° С, масса 1 м куб. кислорода равна 1.33 кг, масса 1 м куб воздуха равна 1.29 кг.

Кислород — это газ без вкуса, запаха и цвета, не горючий, но активно поддерживает горение, немного тяжелее воздуха. При нормальном атмосферном давлении (760 мм ртутного столба) при температуре 0° С масса 1 м куб. кислорода равна 1.43 кг, а при нормальном атмосферном давлении и температуре 20° С, масса 1 м куб. кислорода равна 1.33 кг, масса 1 м куб воздуха равна 1.29 кг.

В промышленности кислород получают из атмосферного воздуха методом глубокого охлаждения и ректификации.

Технический кислород для газопламенных работ получают в специальных установках из атмосферного воздуха в жидком состоянии. Жидкий кислород — это легко подвижная, голубоватая жидкость. Температура кипения (начало испарения) жидкого кислорода минус 183° С.

При нормальных условиях и температуре минус 183° С. легко испаряется, превращаясь в газообразное состояние. При повышении температуры интенсивность испарении увеличивается. Из 1 литра жидкого кислорода, образуется около 860 литров газообразного.

Кислород обладает большой химической активностью. Реакция соединения его с маслами, жирами, угольной пылью, ворсинками ткани и т.д., приводит их к мгновенному окислению, самовоспламенению и взрыву при обычных температурах.

Кислород в смеси с горючими газами и парами горючих жидкостей образует в широких пределах взрывчатые смеси.

«Кислород газообразный технический» согласно ГОСТ 5583- 78 выпускается для сварки и резки трех сортов: 1-й — чистотой не менее 99,7%, 2-й — не менее 99,5%, 3-й — не менее 99,2% по объёму. Чем меньше в кислороде газовых примесей, тем выше скорость реза, чище кромки и меньше расход кислорода. На предприятие поставляется в газообразном состоянии, в стальных кислородных баллонах «голубого» цвета ёмкостью 40 дм. куб. и давлением 150 кгс/см2. Сжатый кислород хранят и транспортируют в баллонах по ГОСТ 949-73.


Пропан — технический, бесцветный газ с резким запахом, состоящий из пропана С3Н8 или из пропана и пропилена С3Н6, суммарное содержание которых должно быть не менее 93%. Получают пропан при переработке нефтепродуктов. Пропанобутановая смесь – это смесь газов главным образом технического пропана и бутана. Эти газы относятся к группе тяжёлых углеводородов. Сырьём для их получения являются природные нефтяные газы, отходящие газы нефтеперерабатывающих заводов. Эти газы в чистом виде или в виде смесей при нормальной температуре и на большом повышении давления могут быть переведены из газообразного состояния в жидкое состояние.Хранится и транспортируется пропанобутановая смесь в жидком состоянии, а используется в газообразном.

Газообразная пропанобутановая смесь — это горючий газ без вкуса, запаха и цвета, тяжелее воздуха в 2 раза, поэтому при утечке газа он не рассеивается в атмосфере, а опускается вниз и заполняет углубления пола или местности.

При содержании газа пропан-бутана в воздухе или кислороде до нижнего предела взрываемости и внесении открытого огня происходит горение газа вокруг источника открытого огня.

При содержании газа пропан-бутана в воздухе или кислороде свыше нижнего предела взрываемости и внесении открытого огня или искры происходит пожар, т.е. интенсивное горение газа.

Газообразная пропанобутановая смесь при атмосферном давлении не обладает токсичным (отравляющим) воздействием на организм человека, так как мало растворяется в крови. Но, попадая в воздух, смешивается с ним, вытесняет и уменьшает содержание кислорода в воздухе. Человек, находящийся, а такой атмосфере испытывает кислородное голодание, а при значительных концентрациях газа в воздухе может погибнуть от удушья.

Предельно допустимая концентрация пропан-бутана в воздухе рабочей зоны должна быть не более 300 мг/м3(в пересчёте на углерод).При попадании жидкого пропан-бутана на кожные покровы тела, нормальная температура которого 36,6 град. С, происходит быстрое его испарение и интенсивный отбор тепла с поверхности тела, затем наступает обморожение.

По ГОСТ 20448-80 промышленность выпускает пропанобутановую смесь 3 марок:

  • пропан технический, с содержанием пропана более 93%, бутана — менее 3 процентов;
  • бутан технический, с содержанием бутана менее 93%, пропана не более 4 процентов;
  • пропанобутановая смесь, 2-х типов: зимняя и летняя.

На предприятия для газопламенной обработки металлов поставляется пропанобутановая смесь в стальных баллонах зимняя и летняя.

Зимняя пропанобутановая смесь содержит 15% пропана, 25% бутана и прочих компонентов.

Летняя пропанобутановая смесь содержит 60% бутана, 40% пропана и прочих компонентов.

Для сжигания I куб. м газообразной пропано-бутановой смеси требуется 25-27 куб. м воздуха или 3,58 — 3,63 кг кислорода.

Температура воспламенения с воздухом:

  • пропана — 510 град. С;
  • бутана — 540 град. С

Температура воспламенения пропанобутановой смеси:

  • с воздухом 490-510 град. С;
  • с кислородом — 465-480 град. С.

Температура пламени пропанобутановой смеси с кислородом зависит от её состава и равна 2200-2680 град. С. При окислительном пламени (избыток кислорода) температура повышается.

Теплотворная способность пропанобутановой смеси равна 93000 Дж/м куб. (22000 ккал/м куб.).

Скорость горения пропанобутановой смеси:

  • при обычном горении 0,8 – 1,5 м/сек.;
  • при дистанционном (со взрывом) 1,5 — 3,5 км/сек.

Пределы взрывоопасности пропан-бутана при нормальном давлении составляют:

  • нижний – 1,5%;
  • верхний – 9,5%.нижний – 2%;
  • верхний – 46%.

Пропанобутановые смеси в жидком виде разрушают резину, поэтому необходимо тщательно следить за резиновыми изделиями, применяемыми в газопламенной аппаратуре, и в случае необходимости производить их своевременную замену.

Наибольшая опасность разрушения резины существует зимой, вследствие большей вероятности попадания жидкой фазы пропанобутановой смеси в рукава.


Ацетилен — это горючий газ, без цвета, вкуса, с резким специфическим чесночным запахом, он легче воздуха. Его плотность по отношению к воздуху 0,9.

При нормальном атмосферном давлении (760 мм ртутного столба) и температуре плюс 20 град. С 1 м куб. имеет массу 1,09 кг, воздух 1,20 кг.

При нормальном атмосферном давлении и температуре от — 82,4 градуса до — 84 градусов С ацетилен переходит из газообразного в жидкое состояние, а при температуре минус 85 град. С затвердевает.

Ацетилен — единственный широко применяемый в промышленности газ, горение и взрыв которого возможны в отсутствии кислорода или других окислителей.

При газопламенной обработке металлов ацетилен используют либо в газообразном состоянии, получая его в передвижных или стационарных ацетиленовых генераторах, либо растворённым в ацетиленовых баллонах. Растворенный ацетилен по ГОСТ 5457-75 представляет собой раствор газообразного ацетилена в ацетоне, распределённый в пористом наполнителе под давлением до 1,9 МПА (19 кгс/см2). В качестве пористых наполнителей используются насыпные – берёзовый активированный уголь (БАЦ) и литые пористые массы.

Основным сырьём для получения ацетилена является карбид кальция. Это твёрдое вещество тёмно-серого или коричневатого цвета. Ацетилен получается в результате разложения (гидролиза) кусков, карбида кальция водой. Выход ацетилена на 1 кг карбида кальция составляет 250 дм куб. Для разложения 1 кг карбида кальция требуется от 5 до 20 дм куб. воды. Карбид кальция транспортируется в герметически закрытых барабанах. Масса карбида в одном барабане от 50 до 130 кг.

При нормальном атмосферном давлении ацетилен с воздухом и кислородом образуют взрывоопасные смеси. Пределы взрывоопасности ацетилена с воздухом:

  • нижний – 2,2%;
  • верхний – 81%.

Пределы взрывоопасности ацетилена с кислородом:

  • нижний – 2,3%;
  • верхний – 93%.

Наиболее взрывоопасные концентрации ацетилена с воздухом и кислородом составляют:

  • нижний – 7%;
  • верхний – 13%.

Химические свойства

При нормальных условиях чистый кислород — очень активное вещество, сильный окислитель. В составе воздуха окислительные свойства кислорода не столь явно выражены.

1. Кислород проявляет свойства окислителя(с большинством химических элементов) и свойства восстановителя(только с более электроотрицательным фтором). В качестве окислителя кислород реагирует и с металлами, и с неметаллами. Большинство реакций сгорания простых веществ в кислороде протекает очень бурно, иногда со взрывом.

1.1. Кислород реагирует с фтором с образованием фторидов кислорода:

O2   2F2  →  2OF2

С хлором и бромом кислород практически не реагирует, взаимодействует только в специфических очень жестких условиях.

1.2. Кислород реагирует с серой и кремниемс образованием оксидов:

S O2 → SO2

  Si O2 → SiO2

1.3.Фосфоргорит в кислороде с образованием оксидов:

При недостатке кислорода возможно образование оксида фосфора (III):

4P      3O2  →   2P2O3

Но чаще фосфор сгорает до оксида фосфора (V):

4P      5O2  →   2P2O5

1.4.С азотомкислород реагирует при действии электрического разряда, либо при очень высокой температуре (2000оС), образуя оксид азота (II):

    N2  O2→  2NO

1.5. В реакциях с щелочноземельными металлами, литием  и алюминием кислород  также проявляет свойства окислителя. При этом образуются оксиды:

2Ca       O2 → 2CaO

Однако при горении натрияв кислороде преимущественно образуется пероксид натрия:

    2Na O2→  Na2O2

А вот калий, рубидий и цезий при сгорании образуют смесь продуктов, преимущественно надпероксид:

    K O2→  KO2

Переходные металлы окисляются кислород обычно до устойчивых степеней окисления.

Цинк окисляется до оксида цинка (II):

2Zn O2→  2ZnO

Железо, в зависимости от количества кислорода, образуется либо оксид железа (II), либо оксид железа (III), либо железную окалину:

2Fe O2→  2FeO

4Fe 3O2→  2Fe2O3

3Fe 2O2→  Fe3O4

1.6. При нагревании с избытком кислорода графит горит, образуя оксид углерода (IV):

C     O2  →  CO2

 при недостатке кислорода образуется угарный газ СО:

2C     O2  →  2CO

Алмаз горит при высоких температурах:

Горение алмаза в жидком кислороде:

Графит также горит:

Графит также горит, например, в жидком кислороде:

Графитовые стержни под напряжением:

2. Кислород взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Кислород окисляет бинарные соединения металлов и неметаллов: сульфиды, фосфиды, карбиды, гидриды. При этом образуются оксиды:

4FeS 7O2→  2Fe2O3 4SO2

Al4C3 6O2→  2Al2O3 3CO2

Ca3P2 4O2→  3CaO P2O5

2.2. Кислород окисляет бинарные соединения неметаллов:

  • летучие водородные соединения (сероводород, аммиак, метан, силан гидриды. При этом также образуются оксиды: 

2H2S 3O2→  2H2O 2SO2

Аммиакгорит с образованием простого вещества, азота:

4NH3 3O2→  2N2 6H2O

Аммиакокисляется на катализаторе (например, губчатое железо) до оксида азота (II):

4NH3 5O2→  4NO 6H2O

  • прочие бинарные соединения неметаллов — как правило, соединения серы, углерода, фосфора (сероуглерод, сульфид фосфора и др.):

CS2 3O2→  CO2 2SO2

  • некоторые оксиды элементов в промежуточных степенях окисления (оксид углерода (II), оксид железа (II) и др.):

2CO O2→  2CO2

2.3. Кислород окисляет гидроксиды и соли металлов в промежуточных степенях окисления в водных растворах.

Например, кислород окисляет гидроксид железа (II):

4Fe(OH)2 O2 2H2O → 4Fe(OH)3

Кислород окисляет азотистую кислоту:

2HNO2 O2 → 2HNO3

2.4. Кислород окисляет большинство органических веществ. При этом возможно жесткое окисление (горение) до углекислого газа, угарного газа или углерода:

CH4 2O2→  CO2 2H2O

2CH4 3O2→  2CO 4H2O

CH4 O2→  C  2H2O

Также возможно каталитическое окисление многих органических веществ (алкенов, спиртов, альдегидов и др.)

2CH2=CH2 O2 → 2CH3=CH=O

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий