Как снизить риски коррозии, эрозии и кавитации в запорно-регулирующей арматуре химических и нефтегазовых установок
Как снизить риски коррозии, эрозии и кавитации в запорно-регулирующей арматуре химических и нефтегазовых установок
Запорная и регулирующая арматура на химических и нефтегазовых объектах работает в условиях, где одновременно присутствуют агрессивные среды, высокие давления, перепады температур и сложные режимы пуска и останова. В таких условиях именно коррозия, эрозия и кавитация становятся ключевыми механизмами разрушения арматуры. Они сокращают ресурс изделий, приводят к утечкам, сбоям регулирования и, в пределе, к аварийным ситуациям.
АО “ОВЛ‑Энерго” специализируется на поставке запорно‑регулирующей арматуры из специальных сталей и сплавов для агрессивных, кислотных, пульповых сред и для высоких температур и давлений. На базе этого опыта можно выделить несколько практических подходов к снижению рисков коррозии эрозии и кавитации.
АО “ОВЛ‑Энерго” специализируется на поставке запорно‑регулирующей арматуры из специальных сталей и сплавов для агрессивных, кислотных, пульповых сред и для высоких температур и давлений. На базе этого опыта можно выделить несколько практических подходов к снижению рисков коррозии эрозии и кавитации.
Запорно-регулирующая арматура
Содержание
Коррозия (эрозия) и кавитация: в чём суть проблемы для арматуры
Коррозия в арматуре проявляется как постепенное (общая коррозия) или локальное (питтинговое, щелевое, межкристаллитное) разрушение металла под действием рабочей среды. В химических и нефтегазовых установках характерны среды с кислотами, щёлочами, растворёнными солями, серосодержащими и хлоридными соединениями, углекислотой, сероводородом. Усиливают процесс повышенная температура, наличие окислителей и механических примесей. Для арматуры это означает истончение стенок, развитие свищей, заедание затворов, потерю герметичности и рост утечек.
Кавитация связана с локальными зонами пониженного давления, где жидкость частично вскипает, образуются пузырьки, которые затем схлопываются в областях более высокого давления. В момент схлопывания возникают микроструи и ударные нагрузки, разрушающие металл на поверхности седла, затвора, корпуса. В высоконапорных контурах химических и нефтегазовых установок кавитация может сочетаться с эрозией от твёрдых частиц, что ускоряет износ в несколько раз.
И коррозия, и кавитация действуют не изолированно, а часто совместно. Так, кавитационные каверны и микротрещины становятся очагами локальной коррозии, а ослабленный коррозией металл быстрее разрушается под кавитационным воздействием. Поэтому борьба с ними должна быть комплексной.
Кавитация связана с локальными зонами пониженного давления, где жидкость частично вскипает, образуются пузырьки, которые затем схлопываются в областях более высокого давления. В момент схлопывания возникают микроструи и ударные нагрузки, разрушающие металл на поверхности седла, затвора, корпуса. В высоконапорных контурах химических и нефтегазовых установок кавитация может сочетаться с эрозией от твёрдых частиц, что ускоряет износ в несколько раз.
И коррозия, и кавитация действуют не изолированно, а часто совместно. Так, кавитационные каверны и микротрещины становятся очагами локальной коррозии, а ослабленный коррозией металл быстрее разрушается под кавитационным воздействием. Поэтому борьба с ними должна быть комплексной.
Механизмы коррозии в запорной арматуре химических и нефтегазовых установок
В условиях химических и нефтегазовых производств арматура подвержена нескольким типичным видам коррозии. Общая коррозия проявляется равномерным уменьшением толщины стенки и характерна, например, для некоторых кислотных сред при отсутствии пассивирующей плёнки. Локальные формы в виде питтинга и щелевой коррозии возникают в присутствии хлоридов и застойных зон, где нарушается обновление среды. Межкристаллитная коррозия связана с особенностями структуры сплава и режимов термической обработки и проявляется в ряде аустенитных и дуплексных сталей при неправильном выборе материала для конкретной температуры.
Особое значение для магистральных трубопроводов, обвязки скважин и резервуаров имеет напряжённо‑коррозионное растрескивание. Оно возникает при сочетании растягивающих напряжений, коррозионно активной среды (часто с участием ионов хлора, сероводорода, щёлочей) и определённого температурного диапазона. Для арматуры это риск внезапного хрупкого разрушения без заметной предварительной потери толщины стенки.
Дополнительный фактор — эрозионно‑коррозионный износ, когда коррозия усиливается потоком с высокой скоростью и наличием абразивных частиц. В зонах изменения направления потока, на дросселирующих кромках и узких проходах он проявляется особенно ярко, что важно учитывать при выборе конструкции клапана.
Особое значение для магистральных трубопроводов, обвязки скважин и резервуаров имеет напряжённо‑коррозионное растрескивание. Оно возникает при сочетании растягивающих напряжений, коррозионно активной среды (часто с участием ионов хлора, сероводорода, щёлочей) и определённого температурного диапазона. Для арматуры это риск внезапного хрупкого разрушения без заметной предварительной потери толщины стенки.
Дополнительный фактор — эрозионно‑коррозионный износ, когда коррозия усиливается потоком с высокой скоростью и наличием абразивных частиц. В зонах изменения направления потока, на дросселирующих кромках и узких проходах он проявляется особенно ярко, что важно учитывать при выборе конструкции клапана.
Факторы, вызывающие кавитацию в арматуре
Кавитация в запорной и особенно регулирующей арматуре возникает при больших перепадах давления на клапане, высоких скоростях потока и наличии зон интенсивного сужения проходного сечения. Для химических и нефтегазовых контуров это часто режимы дросселирования на регулирующих клапанах, редуцирование давления, работа на частичных открытиях, перепуски и байпасы.
Ситуацию осложняет то, что рабочие режимы не всегда стабильны. В реальной эксплуатации встречаются резкие изменения расхода, нестационарные режимы пуска и останова насосов, гидроудары. В сочетании с высокими перепадами давлений это создаёт условия для интенсивной кавитации. Если в среде присутствуют твёрдые частицы, продукты коррозии или песок, к кавитационным ударам добавляется абразивная эрозия.
В таких условиях выбор «любой» запорной арматуры и её использование в регулировании вместо специализированных регулирующих клапанов приводит к быстрому разрушению кромок седла и затвора, потере герметичности, вибрациям и шуму.
Ситуацию осложняет то, что рабочие режимы не всегда стабильны. В реальной эксплуатации встречаются резкие изменения расхода, нестационарные режимы пуска и останова насосов, гидроудары. В сочетании с высокими перепадами давлений это создаёт условия для интенсивной кавитации. Если в среде присутствуют твёрдые частицы, продукты коррозии или песок, к кавитационным ударам добавляется абразивная эрозия.
В таких условиях выбор «любой» запорной арматуры и её использование в регулировании вместо специализированных регулирующих клапанов приводит к быстрому разрушению кромок седла и затвора, потере герметичности, вибрациям и шуму.
Инженерные методы снижения риска коррозии
Снижение коррозионных рисков начинается с корректного выбора материалов корпуса, внутренних деталей и уплотнений. Нельзя ограничиваться названием продукта; необходимы данные о составе, концентрации, температуре, наличии газовой фазы и механических примесей. На этой основе сравнивают химическую стойкость вариантов материала и оценивают возможные виды коррозии.
В практике АО “ОВЛ‑Энерго” широко применяются специальные коррозионностойкие, дуплексные и высоколегированные стали, а также сплавы, подобранные под конкретные среды. Для агрессивных хлоридсодержащих и кислотных сред используются материалы с устойчивой пассивирующей плёнкой в заданном температурном диапазоне. Для серосодержащих сред и рабочих условий, склонных к сульфидному растрескиванию, подбираются сплавы, соответствующие требованиям по стойкости к напряжённо‑коррозионному растрескиванию.
Важную роль играет конструкция. Там, где возможно, минимизируются застойные зоны и острые переходы, создающие условия для щелевой коррозии и локального застоя среды. Применяются твёрдые наплавки и покрытия для седла и запорного органа, которые устойчивее к одновременному коррозионному и эрозионному воздействию. Для пульповых и шламовых сред выбираются решения с увеличенными проходными сечениями и геометрией, менее чувствительной к абразивному износу.
Отдельно уделяется внимание мягким уплотнениям и сальниковым материалам. Неправильный выбор эластомера или фторопласта по химической стойкости и температуре приводит к старению, трещинообразованию и утечкам задолго до исчерпания ресурса корпуса. Поэтому подбор уплотнительных материалов выполняется с учётом реальных сочетаний среды, температуры и давления.
В практике АО “ОВЛ‑Энерго” широко применяются специальные коррозионностойкие, дуплексные и высоколегированные стали, а также сплавы, подобранные под конкретные среды. Для агрессивных хлоридсодержащих и кислотных сред используются материалы с устойчивой пассивирующей плёнкой в заданном температурном диапазоне. Для серосодержащих сред и рабочих условий, склонных к сульфидному растрескиванию, подбираются сплавы, соответствующие требованиям по стойкости к напряжённо‑коррозионному растрескиванию.
Важную роль играет конструкция. Там, где возможно, минимизируются застойные зоны и острые переходы, создающие условия для щелевой коррозии и локального застоя среды. Применяются твёрдые наплавки и покрытия для седла и запорного органа, которые устойчивее к одновременному коррозионному и эрозионному воздействию. Для пульповых и шламовых сред выбираются решения с увеличенными проходными сечениями и геометрией, менее чувствительной к абразивному износу.
Отдельно уделяется внимание мягким уплотнениям и сальниковым материалам. Неправильный выбор эластомера или фторопласта по химической стойкости и температуре приводит к старению, трещинообразованию и утечкам задолго до исчерпания ресурса корпуса. Поэтому подбор уплотнительных материалов выполняется с учётом реальных сочетаний среды, температуры и давления.
Инженерные методы снижения риска кавитации
Для снижения кавитационных повреждений важно разделять функции отсечки(полного перекрытия потока) и регулирования. Запорные клапаны, задвижки клиновые, шиберные, краны шаровые, пробковые должны работать преимущественно в положениях «открыто» и «закрыто», а дросселирование потока следует выполнять на регулирующих клапанах, рассчитанных на работу в режимах постоянного дросселирования.
При выборе регулирующей арматуры учитываются перепады давления, требуемые характеристики расхода и допустимые скорости потока. Применяются регулирующие клапаны с специальной геометрией седла и затвора, противокавитационными ступенчатыми системами дросселирования, распределением перепада давления по нескольким ступеням. Это позволяет снизить локальные минимумы давления ниже давления насыщения, уменьшить объём кавитации и перенести зону её зарождения в менее чувствительные к износу участки потока.
В ряде случаев для “тяжёлых” режимов целесообразно распределение перепада давления по нескольким клапанам, каскадирование редуцирования, а также ограничение минимально допустимых положений регулирующего клапана. В сочетании с подбором прочных, ударостойких материалов сварных и наплавленных деталей это заметно продлевает ресурс арматуры.
В проектах с наличием твёрдых частиц кавитационные меры дополняются ограничением скоростей потока в арматуре и рациональной трассировкой, чтобы уменьшить концентрацию частиц в зонах дросселирования. Для этого подбираются соответствующие типоразмеры, проходные сечения и конструкции, в том числе решения, адаптированные для пульповых и шламовых сред.
При выборе регулирующей арматуры учитываются перепады давления, требуемые характеристики расхода и допустимые скорости потока. Применяются регулирующие клапаны с специальной геометрией седла и затвора, противокавитационными ступенчатыми системами дросселирования, распределением перепада давления по нескольким ступеням. Это позволяет снизить локальные минимумы давления ниже давления насыщения, уменьшить объём кавитации и перенести зону её зарождения в менее чувствительные к износу участки потока.
В ряде случаев для “тяжёлых” режимов целесообразно распределение перепада давления по нескольким клапанам, каскадирование редуцирования, а также ограничение минимально допустимых положений регулирующего клапана. В сочетании с подбором прочных, ударостойких материалов сварных и наплавленных деталей это заметно продлевает ресурс арматуры.
В проектах с наличием твёрдых частиц кавитационные меры дополняются ограничением скоростей потока в арматуре и рациональной трассировкой, чтобы уменьшить концентрацию частиц в зонах дросселирования. Для этого подбираются соответствующие типоразмеры, проходные сечения и конструкции, в том числе решения, адаптированные для пульповых и шламовых сред.
Практические подходы АО “ОВЛ‑Энерго” к снижению коррозии, эрозии и кавитации
Ассортимент запорно‑регулирующей арматуры АО “ОВЛ‑Энерго” ориентирован на работу в сложных средах и режимах. Для химических производств с агрессивными кислотными и хлоридсодержащими средами используются корпуса и внутренние детали из специальных сталей и сплавов, подобранных на основании данных о рабочей среде и её параметрах. Для нефтегазового сектора, где характерны высокие давления, наличие газовой фазы, сероводорода, CO₂ и твёрдых частиц, применяются исполнения, оптимизированные по стойкости к эрозионно‑коррозионному износу и кавитации.
Инженеры компании анализируют параметры процесса, режимы давления и температуры, состав среды флюида, наличие пульп и шламов. На этой основе подбираются тип клапана, конструкция седла и затвора, материалы корпуса и наплавок, тип присоединения. Для особо ответственных участков и нестандартных сред применяется этап опытно‑промышленных испытаний, который позволяет подтвердить правильность выбора материалов и конструкции в реальных условиях эксплуатации.
Важным элементом является совместимость применяемой арматуры с уже существующими на объекте стандартами по присоединительным размерам, классам прочности и герметичности, а также требованиями отраслевых регламентов. Это позволяет снижать коррозионные, эрозионные и кавитационные риски без радикальной перестройки технологических линий.
Инженеры компании анализируют параметры процесса, режимы давления и температуры, состав среды флюида, наличие пульп и шламов. На этой основе подбираются тип клапана, конструкция седла и затвора, материалы корпуса и наплавок, тип присоединения. Для особо ответственных участков и нестандартных сред применяется этап опытно‑промышленных испытаний, который позволяет подтвердить правильность выбора материалов и конструкции в реальных условиях эксплуатации.
Важным элементом является совместимость применяемой арматуры с уже существующими на объекте стандартами по присоединительным размерам, классам прочности и герметичности, а также требованиями отраслевых регламентов. Это позволяет снижать коррозионные, эрозионные и кавитационные риски без радикальной перестройки технологических линий.
Роль эксплуатации в управлении рисками
Даже корректно подобранная арматура может преждевременно выйти из строя при нарушении режима эксплуатации. Для снижения рисков коррозии и кавитации необходимы меры, связанные с самим процессом. Желательны плавные режимы пуска и останова, избегание частой работы в зонах минимальных открытий регулирующих клапанов, регулярный контроль фактических давлений и температур, соответствие реальных условий исходным допущениям при проектировании.
Качество рабочей среды также существенно. При наличии возможности уменьшения количества твёрдых частиц, фильтрации абразива, борьбы с отложениями на внутренних поверхностях арматуры снижается эрозионно‑коррозионный износ и нагрузка на уплотнения. Регламентные осмотры и диагностика позволяют выявлять начальные признаки кавитационного и коррозионного разрушения, что даёт возможность скорректировать режимы до наступления отказа.
Комплексный подход, сочетающий грамотный инженерный подбор арматуры, использование специальных материалов и конструктивных решений, а также выверенную эксплуатационную политику, позволяет существенно снизить риски коррозии и кавитации для запорной и регулирующей арматуры на химических и нефтегазовых установках и обеспечить требуемый ресурс и надёжность оборудования.
Качество рабочей среды также существенно. При наличии возможности уменьшения количества твёрдых частиц, фильтрации абразива, борьбы с отложениями на внутренних поверхностях арматуры снижается эрозионно‑коррозионный износ и нагрузка на уплотнения. Регламентные осмотры и диагностика позволяют выявлять начальные признаки кавитационного и коррозионного разрушения, что даёт возможность скорректировать режимы до наступления отказа.
Комплексный подход, сочетающий грамотный инженерный подбор арматуры, использование специальных материалов и конструктивных решений, а также выверенную эксплуатационную политику, позволяет существенно снизить риски коррозии и кавитации для запорной и регулирующей арматуры на химических и нефтегазовых установках и обеспечить требуемый ресурс и надёжность оборудования.
28.02.2026
Эдуард Хисамов
Руководитель направления по запорно-регулирующей арматуре
Более 7 лет профессионального опыта в сфере запорно-регулирующей арматуры для предприятий химической, металлургической, горно-обогатительной, судостроительной и целлюлозно-бумажной промышленности.
Эксперт в подборе и внедрении арматуры для агрессивных, кислотных и пульповых сред, а также для систем высокого давления и температуры. Работает с проектными и научно-исследовательскими институтами заказчиков, реализует проекты по импортозамещению оборудования иностранных производителей.
Эксперт в подборе и внедрении арматуры для агрессивных, кислотных и пульповых сред, а также для систем высокого давления и температуры. Работает с проектными и научно-исследовательскими институтами заказчиков, реализует проекты по импортозамещению оборудования иностранных производителей.
Остались вопросы? Оставьте контакты, наш специалист свяжется с вами в ближайшее время
