CC BY
16УДК 620.193 (031)
М.А. Гусейнов, А.Б. Исаев, А.Ш. Исаев
Изучение коррозионных процессов в природной воде, содержащей сероводород
Дагестанский государственный университет; abdul-77@yandex. ru
Исследованы коррозионные процессы углеродистой стали в природной воде Талгинского месторождения источника РД, содержащей сероводород. Показано, что содержание сероводорода приводит к росту скорости коррозии.
Ключевые слова: коррозия, сталь, сероводород, природная вода.
The steel corrosion process in natural water of Talguinsky field containing H2S is investigated. It is shown the hydrogen sulphide results to increase of the corrosion speed.
Keywords: corrosion, steel, hydrogen sulphide, natural water.
Введение
В результате коррозионных разрушений выходит из строя большое количество металлических конструкций, при этом промышленность несет значительные убытки, связанные с ремонтом и заменой подчас дорогостоящего оборудования. Из-за коррозионных процессов большая часть прокорродировавшего металла безвозвратно распыляется [1].
Особенно остро стоят проблемы коррозии и защиты металлов от нее в различных отраслях добывающей и химической промышленности, так как потери от нее оказываются весьма значительными.
Основным конструкционным материалом для изготовления трубопроводов различных назначений являются углеродистые и низколегированные стали. При их эксплуатации часто складывается ситуация, когда водный раствор, содержащий сероводород, находится в контакте с трубной сталью. В качестве раствора выступает техническая или природная вода, не прошедшая очистку и стерилизацию, причем объемы ее весьма велики.
Сероводород может содержаться в пластовых, сточных водах, и газовой фазе месторождений [2]. Известно, что сероводород в хлоридных средах может существенно снижать питтинго-стойкость даже нержавеющих сталей. Наличие в структуре углеродистых и низколегированных сталей сульфидных неметаллических включений способствует интенсификации локальных коррозионных процессов вследствие перехода в раствор сероводорода, образующегося при их растворении [3].
Исходя из этого, объектом исследования является изучение коррозионных процессов на низкоуглеродистой стали в природной воде Талгинского месторождения.
Методика эксперимента
Скорость коррозии углеродистой стали марки СТ-3 в воде Талгинского месторождения, содержащей сероводород с концентрацией 16,4 мг/л, определяли гравиметрическим методом, методом поляризационного сопротивления и снятием потенциостатических кривых на потен-циостате ПИ-50-1 в трехэлектродной ячейке с разделенными катодным и анодным пространствами. Электрод сравнения - насыщенный хлорсеребряный, вспомогательный - платиновый. Химический состав воды приведен в таблице 1.
Для исследования скорости коррозии гравиметрическим методом были взяты образцы стали размером 1,2-3,0 см, которые после взвешивания и обезжиривания подвешивали на синтетической нити в банки с природной водой и плотно закрывали на 240, 480 и 720 часов. Через каждые 10 дней образцы изымались из воды. По методике, описанной в работе [4], определяли скорость коррозии по убыли массы в линейных, весовых и токовых единицах.
Таблица 1. Химический состав природной воды курорта Талги
Катионы Анионы
Содержание г/л содержание г/л
1,366 С1- 2,217
К+ 0,066 8042- 1,254
Мв2+ 0,097 НСО3- 0,450
Са2+ 0,577 ШО4- 0,074
Обсуждение результатов
Скорость коррозии углеродистых сталей зависит от степени агрессивности среды с которыми они соприкасаются. По своему химическому составу природная вода Талгинского месторождения характеризуется высоким содержанием сероводорода (до 16,4 мг/л) и хлорид-ионов и поэтому ее можно отнести к коррозионно-агрессивной природной воде. В таблице 2 приведены результаты определения скорости коррозии углеродистой стали в природной воде месторождения Талги.
Таблица 2. Результаты определения скорости коррозии гравиметрическим методом
№ Время, ч Начальный вес, г Вес после Убыль в Скорость коррозии
п/п опыта, г весе, г
1л, мм/год 1в, г/м2-час 1т, А/см2
1 240 2,640 2,540 0,10 0,650 0,578 1,32-10-5
2 480 2,685 2,405 0,28 0,910 0,810 3,72-10-5
3 720 2,845 2,355 0,49 1,062 0,945 6,51 •Ю"5
Как видно из полученных данных, наблюдается быстрый рост скорости коррозии при длительном контакте с природной водой. Поверхность стали покрывается черно-серым налетом, наблюдается неравномерная коррозия. При 240-часовых испытаниях помимо этого развивается подповерхностная коррозия. Увеличение скорости коррозии со временем обусловлено, по-видимому, участием сероводорода в роли дополнительного катодного деполяризатора.
С увеличением времени контакта углеродистой стали с сероводородсодержащей водой относительный прирост скорости коррозии уменьшается, что можно объяснить формированием на поверхности защитной пленки продуктов коррозии.
Представляет интерес выяснить, как влияют продукты коррозии на изменение ее скорости. С этой целью проводились измерения мгновенной скорости коррозии стали в течение определенного времени с использованием коррозиметра, работающего на основе метода поляризационного сопротивления. Полученные данные приведены в таблице 3.
Для расчета скорости коррозии использовали следующую формулу: I = К/Я„, где I - скорость коррозии, К - коэффициент скорости коррозии, Я„ - величина поляризационного сопротивления в Ом-см2.
Формула показывает обратно пропорциональную зависимость скорости коррозии от величины поляризационного сопротивления.
Величина коэффициентов скорости коррозии составляет: Кв = 2,1-102; Кл = 2,3402; Кт = 2-10-2.
Таблица 3. Зависимость скорости коррозии СТ-3 и величины поляризационного сопротивления
от времени
№ Время определения, мин. Значения поляризационного сопротивления, Я„, Ом-см 2 Ско] рость коррозии
1в, г/м2час 1л, мм/год 1т, А/см2
1 0 1600 0,131 0,143 1,25-10-5
2 30 1400 0,150 0,164 1,42-10-5
3 60 1100 0,190 0,200 1,81-10-5
4 90 870 0,240 0,260 2,29-10-5
5 120 780 0,260 0,290 2,56-10-5
6 150 640 0,325 0,350 3,12-10-5
Полученные данные свидетельствуют о том, что прирост скорости коррозии в среде с Н28 уменьшается во времени, что связано, по-видимому, с образованием поверхностных карбонатных или полисульфидных соединений железа, присутствие которых усиливает эффект торможения растворения металла.
Для сравнения была определена скорость электрохимической коррозии с использованием потенциостата с определением величины потенциалов на анодном и катодном участках при разных плотностях тока в потенциостатических условиях.
На основании полученных данных составлен график поляризационных кривых (рис. 1), при помощи которых вычислена скорость коррозии.
Е,
Рис. 1. Потенциостатические анодные и катодные кривые на стали марки СТ-3 в природной сероводо-родсодержащей воде
Анализ потенциостатических кривых показывает, что в сероводородсодержащей среде замедляется только анодный процесс, а скорость катодного процесса остается относительно высокой (рис. 1). По-видимому, это связано с образованием на поверхности стали пленки сульфида железа, что приводит к торможению анодной реакции.
Таким образом, данные по всем трем методам определения скорости коррозии хорошо согласовываются. По десятибалльной шкале оценки коррозионной устойчивости металлов (ГОСТ 1381968) [5] степень устойчивости наших образцов в природной воде Талгинского источника относится к категории «пониженная устойчивость» (6 баллов) и повышенная агрессивность среды.
Работа выполнена при поддержке ЦКП «Аналитическая спектроскопия», ГК № 16.552.11.7051 по ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2012 годы».
Литература
1. Сокол И.Я., Ульянин Е.А., Фельдгандлер Э.Г. Структура и коррозия металлов и сплавов. Атлас. Справ. изд. - М.: Металлургия, 1989. - 400 с.
2. Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии металлов. - М.: Химия, 1977. - 352 с.
3. Маркин А.Н. Защита металлов. - 1996. - Т. 32, № 5. - С. 497-503.
4. Коррозия под действием теплоносителей и рабочих тел / под ред. Сухотина A.M., Бе-ренблит В.М. - Л.: Химия, 1988.
5. РачевХ.А., Стефанов СУ. Справочник коррозии. - М.: Высшая школа, 1982.
Поступила в редакцию 21 февраля 2011 г.
