Черный порох в газопроводах

Черный порошок – это промышленное название абразивных, реактивных твердых частиц, присутствующих во всех линиях передачи газа и углеводородов. Черный порошок варьируется от светло-коричневого до черного, а минеральный состав варьируется в зависимости от месторождения по всему миру.

Черный порошок образуется на протяжении всего процесса трубопровода; из продуктивных пластов, через стволы скважин , в сборные линии, в резервуары для разделения жидкостей и вдоль магистральных трубопроводов. После очистки черный порох продолжает накапливаться на газовых и нефтеперерабатывающих заводах, в резервуарах для хранения и, наконец, попадает к конечному потребителю. Черный порошок представляет собой смесь оксидов железа , сульфидов железа , различных примесей, таких как кремнезем и кальций, а также хлоридов, натрия и частиц других материалов.

Источники

Черный порошок возникает в результате химических и бактериальных реакций в углеводородных системах. В бактериальном плане сульфатредуцирующие бактерии и кислотообразующие бактерии зависят от реакции воды и железа с образованием сероводорода, который вызывает окисление и, в свою очередь, черный порошок. С химической точки зрения тремя основными катализаторами загрязнения дымным порохом являются влага, H2S и колебания температуры или давления. В системах трубопроводной транспортировки постоянно присутствующая влага катализирует бактериальную и химическую коррозию стенок из углеродистой стали внутри трубопроводов и резервуаров для хранения. На нефтеперерабатывающих заводах, перерабатывающих заводах и в резервуарах для хранения, если присутствует H2S, он разъедает все компоненты из углеродистой стали, образуя больше черного порошка. Серьезные изменения температуры и давления происходят по всему трубопроводу у городских ворот, перерабатывающих и нефтеперерабатывающих заводов, вызывая осаждение оксидов железа, сульфидов железа и серы из углеводородного газа или жидкостей. Эти частицы имеют родство друг с другом и на протяжении всего остального процесса трубопровода достигают измеримых уровней, мгновенно вызывая облака черного порошка в потоке.

Химическая коррозия

При наличии влаги происходит коррозия, побочным продуктом которой являются очень абразивные частицы сульфида железа и оксида железа. Эти два компонента родственны тем, что сульфид образуется и остается в трубе в отсутствие кислорода, но превращается в оксиды железа в присутствии кислорода. Кислород не обязательно должен быть свободным кислородом, он может образовываться в результате распада других соединений, содержащих атомы кислорода.

Большая часть состава черного пороха имеет железистую или магнитную природу. Другими источниками черного порошка являются прокатная окалина, образующаяся в процессе производства труб в результате высокотемпературного окисления стали, и мгновенная ржавчина, образующаяся при гидроиспытаниях труб.

Бактерии влияют на коррозию

Известно, что микробы, обнаруженные в трубопроводах и геологических структурах, производят сульфиды железа и вызывают коррозию труб. Наиболее распространенными микробами, которые могут образовывать сульфиды железа в газопроводах, являются:

1. Desulfovibrio desulfuricans (производство серы)
2. Клостридии (кислотные бактерии)

Способность микробов разъедать внутренние поверхности трубопроводов зависит от тех же исходных материалов, что и сульфидная химическая коррозия, то есть воды и железа. Кроме того, микробы зависят от летучих жирных кислот с короткой цепью (ЛЖК) как источника питательных веществ. Они почти всегда встречаются там, где есть вода в закрытых трубопроводах.

Эрозия

Поток газа или углеводородной жидкости по трубопроводу вызывает эрозию в результате контакта стенки трубы с транспортируемой средой. Основными факторами, увеличивающими эрозию, являются скорость потока и уровень загрязнения газа или углеводородной жидкости. Степень эрозии увеличивается по мере увеличения уровня загрязнения черным порохом по мере его стекания по трубопроводу.

Почему черный порох является проблемой

Поскольку большинство линий электропередачи, транспортных систем и резервуаров для хранения изготовлены из мягкой углеродистой стали, все этапы трубопровода уязвимы к эрозии компонентов трубопровода на линии электропередачи из-за воздействия черного порошка. Сульфиды и оксиды железа существенно повреждают компоненты от начала трубопровода до доставки конечного продукта, поскольку до осаждения они находятся на субмикронных уровнях и ниже, поэтому их невозможно обнаружить при прохождении через датчики и счетчики. Черный порошок такого размера повреждает уплотнения насосов, расходомеры, клапаны и компоненты компрессора, поскольку он разрушается и изнашивается на теплообменниках, тарелках, отверстиях и клапанах. Эти поврежденные компоненты и приборы приводят к ограничению потока и нарушению границ давления.

Решение

Циклоны, сепараторы, конусные и корзинчатые фильтры с мелкой сеткой используются для снижения уровня загрязнения черным порохом, но они неэффективны до субмикронных уровней и подвержены закупорке и потере структурной целостности.

Для углеводородных конденсатов, легкой нефти или тяжелой нефти и продуктов ее переработки фильтрация применяется очень незначительно. Повреждение расходомеров, клапанов и насосов обходится очень дорого. Традиционная фильтрация, используемая в этих приложениях, представляет собой сетчатые сетки в виде конусных и корзинчатых сит, которые предназначены для предотвращения загрязнения размером более 100 микрон.

Отраслевой стандарт

В настоящее время большинство мер, применяемых для борьбы с черным порохом, носят реактивный, а не профилактический характер, например, очистка скребками и химические очистители, что приводит к значительным простоям и затратам.

В настоящее время профилактические меры включают обработку трубопроводов высокосернистого газа ингибиторами коррозии, использование труб с футеровкой и, по возможности, замену стальных труб пластиковыми.

Для снижения уровня черного пороха на газопроводах применяется традиционная фильтрация, состоящая из картриджных фильтрующих элементов, изготовленных из бумаги, стекловолокна или полимерных материалов с различной номинальной фильтрующей способностью. Эти технологии неэффективны, поскольку они быстро выходят из строя и требуют дорогостоящих изменений, что приводит к снижению производства. Эти технологии создают ограничение потока, которое вызывает нагрузку на насосные или компрессорные системы, требующие увеличения мощности для поддержания потока.

Новая технология

Новая редкоземельная магнитная технология BPS обеспечивает упреждающие методы управления для снижения уровня загрязнения, смягчая общее негативное воздействие черного пороха на эксплуатационную целостность трубопровода. Решением этой проблемы является использование технологии магнитной сепарации в стратегических точках трубопроводной системы, нефтеперерабатывающих заводов, химических заводов, городских ворот и погрузочных сооружений.

За последние 15 лет значительные усовершенствования в технологии магнитных редкоземельных элементов позволили использовать магнитные поля в качестве фильтрующей или сепарирующей среды, что является экологически безопасным и удобным для пользователя, высокоэффективным и экономически выгодным.

За счет использования сепараторов черного порошка в модульном формате для полнопоточных газопроводов и трубопроводов углеводородных жидкостей, которые удаляют загрязнения черным порошком черных и цветных металлов. Это достигается двумя методами:

1. Улавливание частиц железа, смешивающихся с цветными металлами во время потока.
2. Естественный статический заряд, создаваемый потоком газа или жидкости по трубам, называется статической адгезией. Частицы черных и цветных металлов заряжаются и соединяются при контакте в потоке. Под воздействием радиальных магнитных полей BPS они притягиваются и удерживаются на поверхности стержня магнитного сепаратора.

В газо- и нефтепроводах связующие материалы, такие как парафины, гликоли и асфальтены, смешиваются с мелкими частицами железа и песка, захватываемыми магнитными полями при прохождении через сепараторы черного пороха.

Загрязнения черного порошка, попавшие на магнитные сепараторы, легко удаляются и хранятся в минеральных мешках. Когда в составе преимущественно сульфиды железа, существует возможность самовозгорания (тлеет и возгорается), необходимо принять меры предосторожности по насыщению черного пороха химическим веществом для его нейтрализации.

Удаление и мониторинг количества черного порошка в стратегических местах вдоль линий электропередачи уменьшит коэффициент эрозии и может выступать в качестве инструмента мониторинга жизненного цикла стенок труб.

Основными местами использования сепараторов черного порошка для снижения уровня загрязнения являются погрузка и разгрузка продукта на портовых объектах, перед заводами СПГ, нефтеперерабатывающими заводами, газохимическими заводами, замерными станциями и электростанциями. Более чистый продукт, поступающий на эти предприятия, улучшит производство и снизит эксплуатационные расходы за счет снижения преждевременного износа компонентов технологического оборудования.

Внешние ссылки

• http://www.blackpowdersolutions.com
• Официальная книга: Черный порох в газовой промышленности, Р. Болдуин
• Информационный бюллетень PPSA, ноябрь 2008 г. и февраль 2009 г.: «Перемещение черного пороха в трубопроводах», доктор Джон Смарт ( Часть 1 , Часть 2 )