CC BY
44
УДК 620.193
АМИК-1 КАК ИНГИБИТОР УГЛЕКИСЛОТНОЙ И СЕРОВОДОРОДНОЙ КОРРОЗИИ СТАЛИ
© И.В. Петрова, Л.Е. Цыганкова
Petrova I.V., Tsygankova L.E. AMIK-1 as an inhibitor of C02- and H2S-corrosion of steel. The inliibitor of C02- and H2S-corrosion of St3 steel by AMIK-1 was studied. The influence of the inhibitor concentration, medium composition and duration of the experiment was investigated. The inliibitor showed sufficient high protective effect against the corrosion of St3 steel in the media under consideration.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема защиты конструкционных металлических материалов от коррозии всегда стояла весьма остро, а в настоящее время она приобретает все большую актуальность. Это связано с тем, что коррозионное разрушение металлов приводит не только к большим прямым потерям, но и к возникновению экологических проблем.
Предприятия нефте- и газодобывающей промышленности, для которых характерна эксплуатация оборудования в высокоагрессивных средах, содержащих сероводород и углекислый газ, представляют большую экологическую опасность [1]. За последние десятилетия отмечается глобальное усиление сероводородной коррозии, что связано с увеличением объемов разработки сернистых нефтей. Одним из наиболее надежных средств для повышения коррозионной стойкости оборудования является применение ингибиторов коррозии, которые вводят в коррозионную среду без существенного вмешательства в технологический процесс добычи, транспортировки и переработки нефти и газа [2]. Несмотря на имеющуюся широкую номенклатуру ингибиторов, остается актуальным поиск новых комплексных эффективных замедлителей коррозии, обеспеченных дешевой сырьевой базой.
Целью данного исследования было изучение ингибирующего действия композиции АМИК-1, содержащей 20 % активной формы, представляющей собой смесь полиаминоамидов с полиаминоимидазолинами, полученными на основе переработки талловых масел,
5 % неонола, 75 % метанола, по отношению к стали СтЗ в слабокислых хлоридных средах, насыщенных углекислым газом и сероводородом.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Коррозионные испытания проводились при 16 °С в имитатах пластовой воды с содержанием ЫаС1 0,25 и 25 г/л. Каждый раствор подкислялся НС1 до pH = 2; 4; 6. Время экспозиции электродов составляло 24 часа. Концентрация ингибитора варьировалась в пределах 50-200 мг/л.
Коррозионные опыты в условиях различного давления СОг (0,5-2 атм.) проводились в пластмассовых
сосудах емкостью 1 л, оборудованных герметичными крышками с ниппельными клапанами и держателями для крепления нейлоновых нитей со стальными образцами. Сероводород в растворе получали по реакции рассчитанного количества Ыагв с избытком НС1. Защитное действие ингибитора (Т) рассчитывалось по формуле:
2=(Ко-Ккт)! 100%,
где А“о и К1ШГ - скорость коррозии в отсутствие и в присутствии ингибитора соответственно.
Электрохимические поляризационные измерения, выполненные по потенциостатической методике в трехэлектродной ячейке с разделенным и катодным и анодным пространствами, проведены на неподвижном электроде, с выдержкой при каждом потенциале 30 с. Электрод сравнения - насыщенный хлорсеребряный, вспомогательный электрод - платина.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В неингибированных имитатах пластовых вод скорость коррозии, в основном, повышается с увеличением кислотности среды (таблица 1). Увеличение концентрации соли в растворе слабо влияет на коррозионные потери стали в отсутствие ингибитора, слегка понижая их при pH, равном 4 и б, и незначительно увеличивая при pH = 2. В ингибированных растворах это вызывает снижение защитного действия ингибитора, которое увеличивается с ростом кислотности среды и концентрации ингибитора. Анализ поляризационных кривых на стали СтЗ в исследуемых растворах в отсутствие добавок СО2 и Нг8 показывает, что ингибитор преимущественно замедляет анодный процесс, о чем свидетельствует смещение потенциала коррозии в положительную сторону (рисунок 1 (а, б)).
Присутствие диоксида углерода в условиях избыточного давления 0,5 и 1 атм. понижает скорость коррозии стали в обоих имитатах пластовых вод, подкисленных до pH = 2, т. е. СОг выступает в качестве ингибитора коррозии, что согласуется с литературными данными [3, 4]. При pH = 4 и 6 Ко несколько увеличивается, но во всех средах более высокая концентрация
соли способствует снижению коррозионных потерь (таблица 2).
Анализ результатов показывает, что в растворах с pH 4 и 6 введение СС>2 в основном приводит к увеличению защитного действия ингибитора, а при pH = 2 -к уменьшению. Очевидно, в последнем случае это связано с тем, что сам СОг проявляет ингибирующие свойства.
При увеличении Рсо 2 растет в средах с pH = 2
при обеих концентрациях соли, а в растворах с pH 4 и
6 только при наибольшем содержании хлорида натрия. Рост давления диоксида углерода до 2 атм. приводит к росту защитного действия ингибитора во всех исследуемых растворах, но в средах с pH = 2 2 все-таки не достигает значений, наблюдаемых в отсутствие СОг (таблица 3).
В соответствии с [5] введение сероводорода в фоновые растворы приводит к увеличению ингибирующего действия АМИК-1, в основном, во всех исследуе-
Таблица 1
Влияние pH среды, концентрации ЫаС1 и ингибитора на величину его защитного действия (2, %) и скорость коррозии стали (Ко, г/м2 ч).
Продолжительность испытаний 24 ч, / = 16 °С
СмаСЬ г/л Ко, г/м ч г,%
Содержание ингибитора, мг/л
50 100 200
pH = 6
0,25 0,1 14,3 19 34
25 0,09 5 13 20
pH = 4
0,25 0,14 12 32 31
25 0,12 10 17 31
pH = 2
0,25 0,67 80 82 82
25 0,7 76 76 78
Таблица 2
Влияние pH среды и концентрации ЫаС1 на скорость коррозии стали (Ко, г/м2ч) величину защитного действия (И, %). Рсо = 0,5 атм.
(числитель) и 1 атм. (знаменатель), г = 16 °С
СыаСЬ г/л Ко, г/м2-ч 2, %
Содержание ингибитора, мг/л
' 50 100 200
pH = 6
0,25 0,18/0,26 28/12 36/34 41/38
25 0,17/0,2 18/38 24/34 32/36
pH = 4
0,25 0,22 / 0,26 56/39 54/38 60/48
25 0,16/0,14 24/24 36/37 42/52
pH = 2
0,25 0,26 / 0,35 60/62 50/59 53/63
25 0,21/0,24 36/56 40/58 44/54
мых растворах (таблица 4). При этом наблюдается рост коррозионных потерь в неингибированных растворах, а в ингибированных они преимущественно снижаются.
Увеличение концентрации сероводорода от 5 до 50 мг/л способствует росту 2 во всех исследуемых средах. Дальнейшее повышение концентрации сероводорода в растворе до 500 и 1000 мг/л вызывает еще большее увеличение Ко в неингибированных растворах при одновременном росте 2, который даже при pH = 6 достигает 93 % при С1ШГ = 200 мг/л, а при pH = 2 составляет 94-96 % (таблица 5).
а)
б)
Рис. 1. Поляризационные кривые на стали СтЗ в растворах, содержащих 25 г/л ЫаС1 при pH = 2 (а), 4 (б) в отсутствие (1) и присутствии ингибитора, мг/л: 2 - 50; 3 - 100; 4 - 200
Таблица 3
Влияние pH среды и концентрации №С1 на величину скорости коррозии стали (Ко, г/м2ч) и защитное действие (2, %) ингибитора, Рсо = 2 атм., г = 16 °С
СыаС1, г/л Ко, г/м2ч г,%
Содержание ингибитора, мг/л
50 100 200
VO II £ О-
0,25 0,36 54 49 58
25 0,28 68 37 61
pH = 4
0,25 0,32 62 48 61
25 0,4 67 56 63
pH = 2
0,25 0,65 83 81 76
25 0,34 70 71 65
Таблица 4
Влияние pH среды и концентрации ЫаС1 на величину скорости коррозии (Ко, г/м ч) и защитное действие (2, %) ингибитора в присутствии Нг8:
5 мг/л (числитель), 50 мг/л (знаменатель), г = 16 °С
fNaCl, г/л К0, г/м2-ч 2, %
Содержание ингибитора, мг/л
50 100 200
pH = 6
0,25 0,16/0,18 11/10 36/66 30/78
25 0,1/0,14 12/35 22/52 22/58
pH = 4
0,25 0,13/0,17 22/34 34 / 62 41 /72
25 0,12 /0,14 36/65 33/56 38/67
pH = 2
0,25 0,85 / 0,8 87/87 87/87 88/89
25 0,7 / 0,86 85/90 84/91 85/92
Таблица 5
Влияние pH среды и концентрации №С1 на величину скорости коррозии стали (Ко, г/м2-ч) и защитное действие (2, %) ингибитора в присутствии Нг8: 500 мг/л (числитель),
1000 мг/л (знаменатель), 1 = 16 °С
CnsCI, г/л Ко, г/м2ч г,%
Содержание ингибитора, мг/л
50 100 200
pH = 6
0,25 0,35 / 0,77 47/86 72/90 74/93
25 0,34 / 0,95 77/89 77/94 78/92
pH = 4
0,25 0,2 / 0,6 70/85 76/91 85/93
25 0,23 / 1 77/93 77 / 94 77/96
pH = 2
0,25 1,21 / 1,41 91 /91 91/92 91 /94
25 0,96/ 1,54 92 / 93 93/94 93/96
Совместное присутствие СС>2 (1 атм.) и Нг8 мало влияет на величину 1 в растворах с pH = 2, по сравнению с растворами без СО2 (таблица 6), а в средах с pH = 4 защитное действие ингибитора снижается в тем большей степени, чем выше Рсо^ (рисунок 2).
В обескислороженных углекислотных средах защитное действие АМИК-1 увеличивается при всех исследуемых значениях pH по сравнению с растворами, содержащими С02 и О2. Присутствие сероводорода практически не влияет на величину 2 (таблица 7).
Ъ,%
100 ■
60 -
50 кю 200
С»», мг/л
Рис. 2. Влияние концентрации ингибитора на величину защитного действия в сероводородных средах (Сн 5 =
= 1000 мг/л), содержащих 0,25 г/л ЫаС1 при pH = 4 в отсутствие (1) и присутствии СОг 0,5 атм. (2), 1 атм. (3)
Таблица 6
Скорость коррозии стали (Ко, г/м2 ч) и защитное действие (2, %) ингибитора АМИК-1 в присутствии СОг 0,5 атм. (числитель), 1 атм. (знаменатель) и Нгв
Ch2s’ мг/л Сша, г/л Ко, г/м2-ч г, %
Содержание ингибитора, мг/л
50 100 200
pH = 4
0,25 0,24/0,15 45/42 48/58 74/48
25 0,18/0,14 41/69 50 / 76 64/83
5 pH = 2
0,25 0,75 / 0,74 80/76 73/77 84/93
25 0,5 / 0,69 68/90 82/91 77 / 93
pH = 4
0,25 0,28 / 0,23 66/63 72/66 80/72
25 0,22 / 0,24 67/43 61 / 49 61/53
50 pH = 2
0,25 0,75/0,85 85/81 83/89 87/92
25 0,58/0,52 83/52 84/75 85/80
pH = 4
0,25 0,38/0,44 49/62 67/79 83/83
25 0,43 / 0,28 73/65 75/66 78 / 75
500 pH = 2
0,25 1,25/1,35 92/92 93/92 92/92
25 0,98 / 0,77 91 /85 92/88 93 / 88
pH = 4
0,25 0,76 / 0,45 81/64 84/65 88/70
25 0,73 / 0,39 61/71 82/76 83/72
1000 pH = 2
0,25 1.73 / 1,39 91 /92 92 / 92 94/92
25 1,38/1,01 91/90 91/90 93/93
Таблица 7
Защитное действие ингибитора АМИК-1 в средах, содержащих 25 г/л ЫаС1,
Рсо = 1 атм. СОг и Ог (числитель), СОг (знаменатель)
CHzS, мг/л pH Z, %
Синг =100 мг/л
Отсутствует 2 58/84
4 37/62
6 34/58
< 2 91/91
4 76/77
SO 2 91/91
4 66/76
500 2 93/95
4 77/79
100 2 90/84
4 76/78
ВЫВОДЫ
1. Полученные данные, свидетельствующие о том, что применение ингибитора АМИК-1 в условиях угле-
кислотной и сероводородной коррозии в нефтедобывающей промышленности позволит значительно снизить коррозионные потери.
2. Обнаружено увеличение эффективности ингибитора с ростом кислотности среды, причем ингибирующее действие АМИК-1 выше в менее концентрированной солевой системе.
3. В обескислороженной солевой системе защитное действие ингибитора возрастает.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гоник А.А. Сероводородная коррозия и меры ее предупреждения. М.: Недра, 1966.
2. Маркин А.Н. II Защита металлов. 1966. Т. 32. № 5.
3. У лиг Г.Г., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. JL: Химия, 1989. 456 с.
4. Синютина С.Е., Цыганкова Л.Е., Вигдорович В.И. и др. // Журн. прикладной химии. 1977. Т. 70. № 3.
5. Антропов Л.И., Панасенко В.Ф. Коррозия и защита от коррозии. ИТН. М.: ВИНИТИ, 1975. Т. 4.
Поступила в редакцию 19 июня 2002 г.
