CC BY
45
УДК 620.197.3
А. Б. Лаптев (д. т. н., гл. науч. сотр.) А. Е. Спивак (асп.) 2, Д. Е. Бугай (д.т.н., проф.) 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА ИНГИБИТОРА КОРРОЗИИ ДЛЯ КОНСЕРВАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ В КИСЛЫХ ВОДНЫХ СРЕДАХ
1 Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов 105005, г. Москва, ул. Радио, д. 17, тел. (499)2618677, e-mail: [email protected] 2 Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра технологии нефтяного аппаратостроения 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1, тел. (347) 2431638, e-mail: [email protected]
A. B. Laptev 4, A. E. Spivak 2, D. E. Bugay 2
DETERMINATION OF THE OPTIMUM COMPOSITION OF THE CORROSION INHIBITOR FOR THE CONSERVATION OF PIPELINES IN ACID WATER ENVIRONMENTS
1 Federal State Unitary Enterprise All-Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials State Research Center of the Russian Federation 17, Radio Str., 105005, Moscow, Russia, ph. (499)2618677, e-mail: [email protected] 2 Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa, Russia; ph. (347) 2431638, e-mail: [email protected]
Консервация трубопроводов в период их строительства, вывода из эксплуатации и проведения гидроиспытаний сопряжена с неизбежным попаданием во внутреннюю полость коррозионной среды. Для предотвращения разрушения металла труб при консервации трубопроводов был разработан ингибитор коррозии, который может быть использован как в качестве временного консерва-ционного покрытия, так и в виде добавки в воду (при гидроиспытаниях) или консервационную жидкость. Осуществлен анализ эффективности различных ингибирующих соединений как возможных летучих ингибиторов коррозии. Разработана ингибирующая композиция на основе диэти-ламина и 2-бутил-1,3-диоксана, которая эффективно защищает внутреннюю поверхность трубопровода от коррозии при его консервации.
Ключевые слова: 2-бутил-1,3-диоксан; диэти-ламин; консервация трубопровода; коррозия металла; летучий ингибитор.
При консервации трубопроводов происходит неизбежное попадание в их внутреннюю полость нежелательных компонентов водной среды — кислорода и кислых газов, вызывающих коррозию, а также микроорганизмов, приводящих к заражению трубопровода, образованию колоний, изменению состава среды и интенсивной локальной коррозии внутренней поверхности.
Дата поступления 13.07.17
Conservation of pipelines in the period of their construction, decommissioning and hydrotesting is associated with the inevitable ingress of corrosive medium into the internal cavity. A corrosion inhibitor has been developed to prevent the destruction of pipe metal while conserving the pipelines, which can be used both as a temporary preservation coating and as an additive in water (for hydrotesting) or as a preservative liquid. The effectiveness of various inhibitory compounds as possible volatile corrosion inhibitors has been analyzed. An inhibitory composition based on diethylamine and 2-butyl-1,3-dioxane has been developed, which effectively protects the internal surface of the pipeline against corrosion during its preservation.
Key words: 2-butyl-1,3-dioxane; corrosion of metal; diethylamine; preservation of the pipeline; volatile inhibitor.
Для предотвращения коррозии металла труб в период консервации нами ранее были проведены исследования в области синтеза, подбора и тестирования различных химических соединений в качестве ингибиторов-консервантов Целью данного исследования являлся научно обоснованный подбор компонентов летучих ингибиторов коррозии.
Экспериментальная часть
Решение поставленной в исследовании задачи осуществляли путем поэтапного тестирования эффективности отдельных ингредиентов, разработки композиции консерванта, проявляющей максимальную защитную способность в условиях коррозии стали в кислых и нейтральных водных средах.
Для снижения стоимости и увеличения летучей способности ингибирующих составов были протестированы кислородсодержащие соединения хорошо зарекомендовавшие себя в качестве ингибиторов коррозии трубных сталей в нефтепромысловых средах (табл. 1). Испытания проводили в соответствии с методикой РД 39-30-574-81.
Из табл. 1 видно, что наибольшую защитную эффективность проявляет 2-бутил-1,3-ди-оксан (БД К). Он может быть использован в качестве основы для разработки композиции ингибитора-консерванта.
На образцах из стали 20 проводили также электрохимические исследования защитной эффективности некоторых аминов в 3%-ном водном растворе NaCl с подкислением данной среды HCl до рН 2. Результаты испытаний приведены в табл. 2.
Установлено, что максимальной защитной эффективностью как в кислых, так и минерализованных средах обладает диэтиламин (ДЭА), который, как известно, имеет свойство летучести, то есть эффективно распространяется в воздушном пространстве, а значит, может быть использован при консервации как летучий компонент композиции.
С целью создания нового высокоэффективного ингибитора-консерванта трубопроводов в кислых минерализованных средах был проведен полный факторный эксперимент с варьированием состава композиции «ДЭА— БДК». После
2
анализа уравнения регрессии в соответствии с , получено оптимальное соотношение компонентов в композиции: ДЭА : БДК = 1 : 1.
Таблица 1
Защитная эффективность некоторых диоксанов и диоксоланов на образцах из стали 20 в 3%-ном водном растворе NaCl
Соединение Плотность тока коррозии, А/м2 Степень защиты, %
Коррозионная среда без ингибитора 1.340 —
1,3-диоксолан 0.437 67.4
2-метил-1,3-диоксолан осушенный 0.797 40.5
2-буто кс и-4-хл ор метил -1,3-диокс олан 1.085 19.0
4-(триметилсилоксиметил)-1,3-диоксолан 1.005 25.0
2-изобутил -2-метил-1,3-диоксолан 0.710 47.0
2,4-диметил-1,3-диоксан 0.273 79.6
2,4-диметил-2-этил-1,3-диоксан 0.277 79.3
2-бутил-1,3-диоксан 0.268 80.0
2-бутокси-4-метил -1, 3-диоксан 0.907 32.3
2,4,4-триметил-1,3-диоксан 1.136 15.2
Таблица 2
Защитная эффективность некоторых аминов в 3%-ном водном растворе NaCl
Соединение Среда Плотность тока коррозии, А/м2 Степень защиты, %
Среда без ингибитора 3%-ный водный раствор NaCl, pH 7 1.13 -
Пиперидин 0.96 14.9
Морфолин 0.80 29.2
Бензиламин 0.76 32.4
Диметиламин 0.91 19.7
Диэтаноламин 0.87 23.3
Этилендиамин 0.71 37.4
Моноэтаноламин 0.62 45.1
Диэтиламин 0.49 56.1
Среда без ингибитора 3%-ный водный раствор NaCl, pH 2 1.58 -
Пиперидин 1.17 25.9
Морфолин 1.73 -
Бензиламин 1.62 -
Диметиламин 1.09 30.8
Диэтаноламин 1.41 10.9
Этилендиамин 1.60 -
Моноэтаноламин 1.46 7.7
Диэтиламин 1.03 34.6
Далее степень защиты данной композиции определяли при ее различных концентрациях в коррозионной среде — 3%-ный водный раствор КаС1, рН 7 — по методике, описанной в 3. Результаты испытаний представлены в табл. 3.
Таблица 3
Защитная эффективность композиции «ДЭА-БДК» в среде 3%-ного ЫаО!
Исследуемая композиция Концентрация композиции, мг/л Плотность тока коррозии, А/м2 Степень зашиты, %
0 1.180 0.0
20 0.228 80.6
«ДЭА БДК» 50 0.115 90.2
100 0.092 92.2
300 0.065 94.4
500 0.023 98.0
Наибольшей степенью защиты данная композиция обладает при концентрации в коррозионной среде 500 мг/л, однако ингибитор-консервант считается высокоэффективным, когда его степень защиты составляет не менее 90 %. Поэтому, исходя из экономической целесообразности, на основе композиции «ДЭА-БДК» нами был разработан ингибитор-консервант БЧС, включающий в качестве растворителя керосин ТС-1 и обладающий достаточной защитной эффективностью при концентрации в коррозионной среде 50 мг/л.
Затем проводили сравнительные испытания реагента БЧС и ряда известных ингибиторов 4'5, применяемых в нейтральных водных средах. Результаты экспериментов представлены в табл. 4.
Видно, что защитная эффективность ингибитора-консерванта БЧС существенно выше, чем у многих известных реагентов.
Расчет оптимальных концентраций компонентов в композиции позволил получить наиболее эффективный состав ингибитора-консерванта для стали 20 в минерализованной воде (3%-ный водный раствор КаС1).
Таблица 4
Результаты сравнительных испытаний некоторых ингибиторов коррозии в 3%-ном ЫаО!
Ингибитор Концентрация в среде, мг/л Плот -ность тока коррозии, А/м2 Степень защиты, %
Контроль — 1.549 —
БЧС 50 0.125 91.9
И-1-Е 0.629 55.3
ИФХАНГАЗ 0.347 77.6
Травис ТХ-1003 0.428 68.9
Реакор-6 0.382 75.3
Оценку летучести ингибитора-консерванта БЧС проводили в 3%-ном водном растворе КаС1 (рН 7) при комнатной температуре методом визуального контроля окрашивания ра-
Рис. 1. Внешний вид стальных образцов до проведения испытаний
-
Рис. 2. Внешний вид стальных образцов после экспозиции в коррозионной среде в течение 7 сут. при комнатной температуре
створа ионами трехвалентного железа в соответствии с 6. Исследования осуществляли на образцах из стали 20.
Образцы стали помещали в коррозионную ячейку и заливали водопроводной водой с добавлением 3%-ного водного раствора NaCl. Затем на внутреннюю стенку ячейки выше кромки воды наносили ингибитор (рис. 1) в количестве (слева направо) 0; 5; 20; 50 мкг.
На рис. 2 приведены фотографии ячеек с подвешенными образцами после экспозиции в коррозионной среде в течение 7 сут.
Видно, что летучий ингибитор-консервант БЧС эффективно проникает к поверхности образцов, распространяясь по всему объему среды и предотвращая растворение металла.
Литература
1. Рахманкулов Д.Л., Бугай Д.Е., Габитов А.И., Голубев В.М., Лаптев А. Б., Калимуллин А. А. Ингибиторы коррозии.Т. 1. Основы теории и практики применения.— Уфа: изд-во «Реактив», 1997.- 296 с.
2. Бугай Д.Е., Голубев М.В., Лаптев А.Б., Рах-манкулов Д.Л. Разработка оптимального компонентного состава ингибиторов серии «Реакор» методами полного факторного эксперимента // Баш. хим. ж.- 1995.- Т.3, №4.- С.55-57.
3. Бугай Д.Е., Голубев М.В., Лаптев А.Б., Ляпина Н.К., Рахманкулов Д.Л. О защитных свойствах некоторых аминов, кетосульфидов, ацеталей и их аналогов при ингибировании коррозии под напряжением строительной стали // Баш. хим. ж.- 1996.- Т.3, №4.- С.59-63.
4. Патент №2068628 РФ. Ингибитор «Реакор-2» коррозионно-механического разрушения низколегированных сталей /Рахманкулов Д.Л., Бугай Д.Е., Лаптев А.Б., Голубев М.В., Латыпова Ф.Н., Голубев В.Ф. // Опубл. 27.05.1997.
5. Бугай Д. Е., Габитов А. И., Лаптев А. Б., Голубев М.В., Рахманкулов Д.Л. Механизм защитного действия ингибиторов стресс-коррозии класса ацеталей // Баш. хим. ж.- 1994.- Т.1, №2.-С.28-32.
6.
Данный реагент может быть использован также для создания консервационной жидкости при консервации нефте- и продуктопроводов.
Таким образом, разработанная ингибиру-ющая композиция на основе диэтиламина и 2-бутил-1,3-диоксана может эффективно защищать внутреннюю поверхность нефтепровода от коррозии при его консервации. Проведена оценка защитной способности разработанного реагента в полостях, образующихся при консервации нефтепроводов в верхней части трубы. Показано, что ингибитор-консервант БЧС обладает хорошими летучими свойствами и способен существенно снижать коррозию всей внутренней поверхности консервируемой трубы.
References
1. Rakhmankulov D.L., Bugay D.E., Gabitov A.I., Golubev V.M., Laptev A.B., Kalimullin A.A. Ingibitory korrozii.T. 1. Osnovy teorii i praktiki primeneniya [Inhibitors of corrosion. 1. Fundamentals of theory and practice of application]. Ufa, Reaktiv Publ., 1997, 296 p.
2. Bugay D.E., Golubev M.V., Laptev A.B., Rakhmankulov D.L. Razrabotka optimal'nogo komponentnogo sostava ingibitorov serii «Reakor» metodami polnogo faktornogo eksperimenta [Development of the optimal component composition of inhibitors of the «Reakor» series by methods of complete factorial experiment]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir chemical journal], 1995, vol.3, no.4, pp.55-57.
3. Bugay D.E., Golubev M.V., Laptev A.B., Lyapina N.K., Rakhmankulov D.L. O zashchitnykh svoystvakh nekotorykh aminov, ketosul'fidov, atsetaley i ikh analogov pri ingibirovanii korrozii pod napryazheniyem stroitel'noy stali [On the protective properties of certain amines, ketosulfides, acetals and their analogues in the inhibition of corrosion under stress of building steel]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir chemical journal], 1996, vol.3, no.4, pp.59-63.
4. Rakhmankulov D.L., Bugay D.E., Laptev A.B., Golubev M.V., Latypova F.N., Golubev V.F. Ingibitor «Reakor-2» korrozionno-mekhaniches-kogo razrusheniya nizkolegirovannykh staley [«Reakor-2» inhibitor of corrosion-mechanical destruction of low-alloy steels]. Patent no.2068628, RF, 1997.
Bugay D.E., Gabitov A.I., Laptev A.B., Golubev M.V., Rakhmankulov D.L. Mekhanizm za-shchitnogo deystviya ingibitorov stress-korrozii klassa atsetaley [The mechanism of protective action of inhibitors of stress corrosion of the acetal class]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir chemical journal], 1994, vol.1, no.2, pp.28-32. Bugay D.E., Laptev A.B., Gabitov A.I. Uchet kharaktera adsorbtsii ingibitorov na stali pri opredelenii zashchitnykh svoystv v serovodorod-nykh sredakh pri korrozii pod napryazheniyem [Allowance for the character of the adsorption of inhibitors on steel when determining the protec-tive properties in hydrogen sulfide media under stress corrosion]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir chemical journal], 1994, vol.1, no.2, pp.25-27.
Бугаи Д.Е., Лаптев А.Б., Габитов А.И. Учет характера адсорбции ингибиторов на стали при определении защитных своИств в сероводородных средах при коррозии под напряжением // Баш. хим. ж.- 1994.- Т.1, №2.- С.25-27.
5
6
