Наукові основи розроблення біостійких протикорозійних покриттів для підвищення рівня екологічної безпеки підземних нафтогазопроводів

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної проблеми підвищення рівня екологічної безпеки експлуатації підземних нафтогазопроводів, внаслідок зменшення відмов в їх роботі за рахунок розроблення та впровадження в практику переізоляцїї трубопроводів інноваційних біостійких протикорозійних покриттів на проблемних ділянках, де можливий ризик розвитку мікробіологічної корозії під дією корозійнонебезпечних грунтових мікроорганізмів. Проведено аналіз відмов підземних нафтогазопроводів з врахуванням біологічного фактора та їх вплив на довкілля. Науково обгрунтовано вибір інгібіторів корозії (біоцидів) для модифікації праймерів та мастик на бітумно-полімерній основі. Проведено комплексні дослідження по визначенню корозійної активності грунтів на ділянках МГ «Пасічна-Долина», «Пасічна-Тисмениця» та «Роздільна-Ізмаїл». Встановлено закономірності впливу природи інгібітора й складу електроліта на водонасичення базової та модифікованих мастик в довготривалому експерименті. Проведено комплекс досліджень по впливу ЧАС та похідних діоксодекагідроакридину на ріст і ферментну активність бактерій циклу сірки та швидкість корозії сталевих зразків, встановлено механізм блокування гідрогеназної реакції СВБ і ТБ бактерій. Вперше експериментально встановлена біорезистентність інгібіторів корозії «Г» і «К» та дано теоретичну оцінку біорезистентності похідних діоксодекагідроакридину. Вперше одержано біостійкі протикорозійні покриття на бітумно-полімерній основі (патенти №№ 82775, 84769, 89709), які успішно пройшли випробування в умовах УМГ «Прикарпаттрансгаз». Запропоновано інноваційне рішення зняття локалізовано незруйнованої ізоляції та пошкодженого праймера за екобіотехнологією (патент № 18222/ЗА/12).

Диссертация посвящена решению актуальной научно-технологической проблемы повышения уровня экологической безопасности эксплуатации подземных нефтегазопроводов, вследствие уменьшения отказов в их работе, за счет разработки и внедрения в практику переизоляции трубопроводов инновационных биостойких противокоррозионных покрытий на проблемных участках, где возможен риск развития микробиологической коррозии под действием коррозионнопасных почвенных микроорганизмов. Проведен анализ отказов подземных нефтегазопроводов с учетом биологического фактора и их влияния на окружающую среду. Научно обоснован выбор ингибиторов коррозии (биоцидов) для модификации праймеров и мастик на битумно-полимерной основе. Впервые изучено влияние гетеротрофных бактерий, выделенных из поврежденного битумного покрытия МГ, на устойчивость модифицированных битумно-полимерных мастик. Установлены закономерности влияния природы ингибитора и состава электролита на водонасыщение базовой и модифицированных мастик в длительном эксперименте. Полученные количественные зависимости водонасыщения базовой и модифицированных мастик от природы ингибитора и состава электролита приводят к повышению диэлектрических свойств изоляционных покрытий и предотвращают возникновение экологических катастроф при использовании модифицированных мастик в болотных, заиленных грунтах, из-за повреждения металла подземных нефтегазопроводов вследствие развития биокоррозии. Проведен комплекс исследований по воздействию четвертичных азотсодержащих ингибиторов коррозии и производных диоксодекагидроакридина на рост и ферментативную активность бактерий цикла серы и установлен механизм блокировки гидрогеназной реакции коррозионноактивных сульфатредуцирующих бактерий. Впервые установлена биорезистентность ингибиторов коррозии «Г» и «К» в длительном эксперименте, использование модифицированных противокоррозионных покрытий с их участием будет способствовать замедлению деградации изоляционного покрытия в процессе эксплуатации. Впервые дана теоретическая оценка биорезистентности производных диоксодскагидроакридина, исходя из значений энергии химической связи между углеродными атомами фенольного ядра и атомами модифицирующих элементов, что дает основание рассматривать их перспективными составляющими полифункциональных ингибирующих систем. Проведено исследование воздействия производных диоксодскагидроакридина и четвертичных азотсодержащих соединений (ЧАС) на ацидофобные тионовые бактерии Thiobacillus sp, среди которых максимально эффективными по отношению к этой группе микроорганизмов оказались ингибиторы 1/0 среди производных диоксодскагидроакридина и ингибитор «Ж» среди (ЧАС), которые проявили степень блокировки роста 95,8 и 97,1% соответственно и почти на 90% скорость коррозии стальных образцов, комплексное использование которых позволит обеспечить невозможность микробной коллонизации поверхности подземных нефтегазопроводов и повысит уровень экологической безопасности на протяжении длительного времени их эксплуатации. Впервые получены биостойкие противокоррозионные покрытия на битумно-полимерной основе (патенты №№ 82775, 84769, 89709), которые успешно прошли испытания в условиях УМГ «Прикарпаттрансгаз», внедрение которых в практику переизоляции действующих трубопроводов повысит уровень экологической безопасности их эксплуатации. Получило дальнейшее развитие изучение физиолого-биохимических свойств микроорганизмов разных экологотрофических групп, которые были выделены из поврежденных праймеров и битумного покрытия магистральных газопроводов, проложенных в грунтах различной коррозионной активности. Полученные результаты составляют основу для разработки современной зкобиотехнологии защиты от микробной коррозии, внедрение которой повысит одновременно производительность и качество ремонтных операций, что приведет к уменьшению отказов и обеспечит экологическую безопасность трубопроводных систем Украины (патент № 18222/ЗА/12).

The thesis is devoted to the solution of current scientific and applied problem devoted to the increase of ecological safety level of subsurface oil and gas pipelines exploitation by reducing failures in their work due to the development and introduction of pipeline reisolation by biostable innovative anticorrosive coatings on the problem areas, where there is a possible risk of microbiological corrosion development under the influence of soil microorganisms, which may cause corrosion. The analysis has been conducted of the subsurface oil and gas pipeline failures taking into account the biological factor and their influence on environment. The choice of corrosion inhibitors (biocides) applied for the modification of asphalt-polymer based primers and mastic has been scientifically substantiated. Complex research has been carried out to determine the corrosion activity of soils at the sites of Main Gaspipelines "Pasichna-Dolyna", "Pasichna-Tysmenytsia" and "Rozdilna-Izmail". During long-term experiment there has been determined the influence regularities of inhibitor and electrolyte composition nature on water saturation of base and modified mastics. A set of studies have been carried out devoted to the influence of nitrogen-containing corrosive inhibitors on the growth and enzyme activity of sulfur cycle bacteria and corrosion rate of steel samples. The blocking mechanism of hydrogenase reaction of sulfate-reducing and thionic bacteria has been established. It is the first time that bioresistance of corrosion inhibitors “G” and “K” has been proved. Besides, theoretical estimation of bioresistance of dioxodecahydroacridine derivatives has been given. It is also the first time when biostable anticorrosive coatings on the asphalt-polymer basis have been developed (Patents №№ 82775, 84769, 89709). The latter have been successfully tested within the conditions of the Department of Main Gas Pipelines “Prykarpattransgas”. The innovative solution has been proposed of removing locally situated undamaged isolation and damaged primer with the application of ecobiotechnology (Patent № 18222/3 А/12).