Коррозия и защита стали Ст3 в 0,01 н растворе НСl ингибиторами серии «АМДОР» Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 620.193

КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА СТАЛИ Ст3 В 0,01 Н РАСТВОРЕ НС1 ИНГИБИТОРАМИ СЕРИИ «АМДОР»

© Л.Е. Цыганкова, Е.А. Корякина

Ключевые слова: сталь; сероводород; углекислый газ; скорость коррозии; ингибитор; защитный эффект; защитная пленка.

Исследованы защитные свойства ингибиторов АМДОР ИК-3Н и АМДОР ИК-3Н2 по отношению к углеродистой стали в 0,01 н растворе НС1, содержащем Н2Б и СО2, методом гравиметрических коррозионных испытаний. Показано, что торможение коррозии обусловлено совместным действием ингибитора и поверхностной пленки образующихся продуктов коррозии.

ВВЕДЕНИЕ

Технологическое оборудование, трубопроводы нефтегазового комплекса работают в условиях воздействия весьма агрессивных сред, содержащих большое количество минерализованных вод, сероводорода и углекислого газа. Под воздействием этих сред происходит интенсификация коррозионных процессов подземного оборудования скважин и нефтепроводов. Эффективным и широко применяемым средством защиты от коррозии является использование ингибиторов. Ингибиторы коррозии - это химические соединения или их композиции, «которые, присутствуя в системе в достаточной концентрации, уменьшают скорость коррозии металлов без значительного изменения концентрации любого коррозивного реагента».

Ингибирование является наиболее технологичным и эффективным способом борьбы с коррозией нефтедобывающего оборудования, в связи с этим оно нашло широкое применение в нефтяной и газовой промышленности [1-5].

Целью данной работы явилось исследование эффективности защиты углеродистой стали Ст3 ингибиторами серии «АМДОР» в модификации АМДОР ИК-3Н и АМДОР ИК-3Н2 в сероводородных, углекислотных и комплексных (Н2Б + С02) средах посредством гравиметрических испытаний, изучение защитного действия ингибиторов в двухфазной системе.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Коррозионные испытания проводились на стали Ст3 состава, мас. %: Ее - 98,36; С - 0,2; Мп - 0,5; -

0,15; Р - 0,04; Б - 0,05;Сг - 0,3; N1 - 0,2; Си - 0,2 в

0,01 н НС1. Среды насыщались сероводородом и углекислым газом раздельно и совместно. Давление СО2 составляло 1 изб. атм. (манометрический контроль). Методика коррозионных испытаний описана в [6].

В качестве ингибиторов использованы композиции АМДОР ИК-3Н и АМДОР ИК-3Н2, представляющие собой 30 %-ный раствор амида на основе эфироамина с жирной кислотой в первом случае и диамида во втором.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Введение Н2Б в 0,01 н НС1 оказывает стимулирующее действие в согласии с литературными данными. По данным суточных испытаний, введение СО2 снижает коррозионные потери, что подтверждает ранее обнаруженный [7-8] эффект (табл. 1). В растворе 0,01 н НС1 сталь является пониженно стойкой (7 балл по десятибалльной шкале коррозионной стойкости) [9].

Из сопоставления величины Кинг и балла коррозионной стойкости стали по десятибалльной шкале [10], обусловленных заданной концентрацией ингибитора в исследуемых средах, видно, что ингибиторы АМДОР ИК-3Н и АМДОР ИК-3Н2 в концентрации 200 мг/л при 30 суточных испытаниях способствуют переходу стали из группы пониженно стойких металлов в группу стойких со скоростью коррозии 0,03-0,04 г/м2-ч, соответствующей 4 баллу (табл. 2, 3).

АМДОР ИК-3Н и АМДОР ИК-3Н2 практически совпадают по своему защитному действию, переводя металл в сероводородсодержащих средах из группы пониженно стойких при суточных испытаниях (6 балл) в группу стойких (4 балл) при 30 суточных испытаниях (табл. 3).

Таблица 1

Скорость коррозии стали Ст3 (К0, г/м2-ч) и балл коррозионной стойкости (БКС) в неингибированной среде 0,01 н НС1 с добавками углекислого газа и сероводорода совместно и раздельно (т = 24/240/720 часов)

Добавка К0, г/(м^ч) БКС

Отсутствует 0,71/0,18/0,11 7/6/6

СО2 (1 изб. атм.) 0,68/0,22/0,15 7/6/6

Н2Б (400 мг/л) 0,88/0,28/0,17 7/6/6

Н2Б (100 мг/л) 0,79/0,20/0,16 7/6/6

Н2Б (400 мг/л) + СО2 (1 атм.) 0,85/0,21/0,13 7/6/6

Н2Б (100 мг/л) + СО2 (1 атм.) 0,75/0,19/0,10 7/6/6

Таблица 2

Скорость коррозии стали Ст3 (К, г/м2-ч) в присутствии ингибитора АМДОР ИК-3Н и балл коррозионной стойкости (БКС) в 0,01 н НС1 с добавками углекислого газа и сероводорода совместно и раздельно (т = 24/240/720 часов)

Добавка К, г/(м2-ч) (Синг = 100 мг/л) БКС К, г/(м^ч) (Синг = 200 мг/л) БКС

Отсутствует 0,46/0,06/0,05 7/6/5 0,16/0,05/0,03 6/5/4

СО2 (1 изб. атм.) 0,44/0,08/0,06 6/5/5 0,15/0,03/0,04 6/4/4

Н2Б (400 мг/л) 0,48/0,11/0,03 7/6/4 0,24/0,08/0,023 6/5/4

Н2Б (100 мг/л) 0,41/0,07/0,04 6/5/4 0,39/0,05/0,02 6/5/4

Н2Б (400 мг/л) + СО2 (1 атм.) 0,32/0,11/0,05 6/6/5 0,23/0,10/0,035 6/6/4

Н2Б (100 мг/л) + СО2 (1 атм.) 0,16/0,06/0,04 6/5/4 0,14/0,04/0,03 6/4/4

Таблица 3

Скорость коррозии стали Ст3 (К, г/м2^ч) в присутствии ингибитора АМДОР ИК-3Н2 и балл коррозионной стойкости (БКС) в 0,01 н НС1 с добавками углекислого газа и сероводорода совместно и раздельно (т = 24/240/720 часов)

Добавка К, г/(м2-ч) (Синг = 100 мг/л) БКС К, г/(м2-ч) (Синг = 200 мг/л) БКС

Отсутствует 0,22/0,08/0,03 6/5/4 0,14/0,06/0,024 6/5/4

СО2 (1 изб. атм.) 0,21/0,09/0,05 6/5/4 0,19/0,08/0,045 6/5/4

Н2Б (400 мг/л) 0,33/0,06/0,05 6/5/5 0,16/0,05/0,042 6/5/4

Н2Б (100 мг/л) 0,18/0,05/0,04 6/5/4 0,12/0,04/0,025 6/4/4

Н2Б (400 мг/л) + СО2 (1 атм.) 0,27/0,10/0,06 6/6/5 0,11/0,09/0,042 6/5/4

Н2Б (100 мг/л) + СО2 (1 атм.) 0,14/0,08/0,046 6/5/5 0,13/0,06/0,03 6/5/4

Таблица 4

Величина защитного эффекта пленки продуктов коррозии Zпл и суммарного действия пленки и ингибитора АМДОР ИК-3Н (числитель) и АМДОР ИК-3Н2 (знаменатель) Z^ в 0,01 н НС1 с добавками

Добавка Z ■пл (Синг = 100 мг/л) (Синг = 200 мг/л)

Отсутствует 85 93/96 80/89

СО2 (1 атм.) 84 91/93 94/93

Н2Б (400 мг/л) 81 97/94 97/95

Н2Б (100 мг/л) 79 95/95 97/97

Н2Б (400 мг/л) + СО2 (1 атм.) 85 94/93 96/95

Н2Б (100 мг/л) + СО2 (1 атм.) 84 95/94 96/96

Из табл. 1-3 следует, что скорость коррозии как в неингибированных, так и в ингибированных средах уменьшается во времени. Это говорит о том, что в 0,01 н растворах НС1 образуются защитные пленки продуктов коррозии в отсутствие ингибитора, которые модифицируются в его присутствии, что обусловливает более низкие коррозионные потери стали.

Расчет защитного эффекта пленки продуктов коррозии 2пл и совместного ее действия с ингибитором 2^, проведенного по методике, описанной в [10], показывает, что при концентрации ингибитора АМДОР ИК-3Н 200 мг/л наибольшая величина 2^ достигается в присутствии сероводорода и одновременно обоих газов. Увеличение 2^ в растворах с Н2Б, возможно, обусловлено синергизмом [11], повышение его концентрации от 100 до 400 мг/л не меняет величину 2^ (табл. 4).

7^ в присутствии АМДОР ИК-3Н2 (200 мг/л) несколько ниже (на 1-2 %), чем в случае АМДОР ИК-3Н,

при раздельном присутствии Н2Б (400 мг/л) и СО2. В остальных случаях они практически совпадают.

Высокая величина 7у в кислых средах, очевидно, обусловлена протонированием ингибиторов, что, в свою очередь, облегчает их адсорбцию на поверхности стали, покрытой пленкой продуктов коррозии и адсорбированными поверхностно-активными С1--ионами, и приводит к проявлению ^-эффекта.

ВЫВОДЫ

1. Посредством использования гравиметрических измерений изучен процесс коррозии стали Ст3 в 0,01 н растворе НС1 в присутствии С02 и/или Н2Б и ингибиторов. Рассмотрено влияние продолжительности эксперимента и концентрации Н2Б.

2. Эффективность АМДОР ИК-3Н и АМДОР ИК-3Н2 в исследуемых средах, содержащих добавки

CG2 и H2S, возрастает с увеличением продолжительности эксперимента. При 240-720-часовой экспозиции и концентрации ингибиторов 200 мг/л сталь характеризуется как «стойкая» и соответствует 4-5 баллу коррозионной стойкости при скорости коррозии 0,010,05 мм/год.

3. Оценены парциальные вклады фазовых пленок продуктов коррозии стали и исследуемых ингибиторов в суммарный защитный эффект по данным гравиметрических измерений. Показано, что вклад ингибитора существенно ниже вклада фазовой пленки. H лишь в его присутствии достигается ZE > 9G %.

ЛИTЕPATУPA

1. Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии. М.: Химия, 1978. 352 с.

2. Саакиян Л.С., Ефремов А.П., Соболева И.А. Повышение коррозионной стойкости нефтегазопромыслового оборудования. М.: дра, 1988. 231 с.

3. Гафаров Н.А., Гончаров А.А., Кушнаренко В.М. Коррозия и защита оборудования сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений. М.: GAG «Изд-во «Hедра», 1998. 437 с.

4. Кузнецов Ю.И., Фролова Л.В. // Коррозия: материалы, защита. 2004. № 8. C. 11 -16.

5. Кузнецов Ю.И., Фролова Л.В., Томина Е.В. // Коррозия: материалы, защита. 2005. № 6. C. 18-21.

6. Романов В.В. Методы исследования коррозии металлов. М.: Металлургия, 1965. 280 с.

7. Цыганкова Л.Е., Можаров А.В., Иванищенков С.С., Косьянен-ко Е.С., Болдырев А.А. Aнтикоррозионная защита стали продукта-

ми полимеризации аминоамидов в углекислотных и сероводородных средах // Практика противокоррозионной защиты. 2003. № 2 (28). С. 25-29.

8. Нащекина (Ким) Я.Р., Цыганкова Л.Е., Кичигин В.И. Ингибирование коррозии и наводороживания углеродистой стали в имитатах пластовых вод в присутствии и СО2 // Коррозия: материалы, защита. 2005. № 8. С. 30-36.

9. Романов В.В. Методы исследования коррозии металлов. М.: Металлургия, 1965. 280 с.

10. Цыганкова Л.Е., Шитикова (Корякина) Е.А. Коррозия и защита стали Ст3 в 0,01 н НС1 ингибиторами серии «АМДОР» ИНКОР-ГАЗ-50 и ИНКОРГАЗ-2Р // Вестник Тамбовского государственного университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2012. Т. 17. Вып. 1. С. 357-359.

11. Набутовский З.А., Антонов В.Г., Филиппов А.Г. // Практика противокоррозионной защиты. 2000. № 3 (17). С.53-59.

Поступила в редакцию 16 ноября 2012 г.

Tsygankova L.E., Koryakina E.A. CORROSION AND PROTECTION OF St3 STEEL IN 0.01 n HCl SOLUTION BY SERIES “AMDOR” INHIBITORS

Protection properties of AMDOR IC-3H and AMDOR IC-3H2 inhibitors have been studied with respect to carbon steel in 0.01 n HCl solution containing H2S h C02 by gravimetrical corrosion tests method. It was shown that corrosion retardation is conditioned by joint action of the inhibitor and corrosion products surface film.

Key words: steel; hydrogen sulfide; carbon dioxide; corrosion rate; inhibitor; protective effect; protective film.