CC BY
46
УДК 620.197.3 (088.8)
А.Б. Шейн
Пермский государственный национальный исследовательский университет
А.В. Денисова, О.В. Козловская
ООО «ФЛЭК»
В.Г.Рябов
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТНОГО ЭФФЕКТА АЛКИЛДИМЕТИЛБЕНЗИЛАММОНИЙ ХЛОРИДА В СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ СРЕДАХ
Исследовано влияние содержания сероводорода в модельных средах на защитныги эффект алкилдиметилбензиламмонии хлорида гравиметрическим и электрохимическим методами. Определена оптимальная дозировка ингибитора коррозии.
По совокупности литературных данных наиболее эффективными ингибиторами коррозии (ИК) в сероводородсодержащих средах являются азотосодержащие соединения, в частности, катионные поверхностно-активные вещества (ПАВ) [1], например, катионный ПАВ - ал-килдиметилбензиламмоний хлорид (АДБАХ) с длиной углеводородного радикала С12-С14.
В соответствии с отрицательной заряженностью гидроксида и сульфида железа (II) в нейтральной и кислой области рН [2] органический радикал АДБАХ, представленный группой
СНз
+
обладает способностью к ориентируемой хемосорбции на стальной поверхности с ее прочным экранированием (гидрофобизацией) от действия агрессивных ионов водной среды [3].
По теории А.Н. Фрумкина [4], при адсорбции четвертичных аммониевых соединений (ЧАС) за счет положительно заряженного атома азота на поверхности металла создается значительный по величине потенциал положительного знака, что приводит к увеличению энергии активации диффузии ионов водорода и замедлению стадии его разряда. В конечном итоге стадия катодного выделения водорода становится лимитирующей, что и объясняет энергетический механизм действия АДБАХ.
При защите нефтепромыслового оборудования от коррозии (подача АДБАХ с помощью насосов-дозаторов) применение данных ПК производится в виде растворов различной концентрации (товарной форме).
Основной акцент при создании товарной формы АДБАХ был сделан на определение оптимального ингибирующего состава (активная основа - растворитель), удовлетворяющего основным производственным требованиям: защитный эффект более 80 % при минимальном расходе, низкой стоимости и температуре застывания до -55 °С. В данной статье представлены результаты защитного действия АДБАХ, содержащего 20 % активной основы.
По способности к снижению межфазного равновесия водные растворы электролитов имеют устойчивую тенденцию к расположению в ряд №С1 < СаС12 < MgCl2 [5].
Несомненным преимуществом является то, что в растворах №С1 поверхность металла покрыта адсорбированными ионами хлора, которые способствуют электростатической адсорбции аминов, в том числе катионных ПАВ. По степени усиления гидрофобного взаимодействия анионы располагают в ряд: С104- > I- > Бг- > N0^ > 8С^ > С1-. При исследованиях были использованы модельные коррозионные среды, представляющие собой 3 % №С1, содержащие 60, 100, 150 мг/дм Н28.
Псследование данных концентраций сероводорода в модельной среде обусловлено их средними значениями, установленными в водах региона Пермского края, Республик Татарстан, Башкортостан и Казахстан.
Рядом исследований скорости коррозии стали в водных средах установлено повышение защитного действия азотсодержащих ПК при наличии Н28, а зачастую и с ростом его концентрации [6, 7]. Это объясняется созданием адсорбционных «мостиков» между ионами Бе2+ и гидросульфид-ионом с приобретением плакированной поверхностью
отрицательного заряда. При наличии в данной системе азотсодержащего соединения с избыточным позитивным зарядом на атоме (атомах) азота происходит его облегченная адсорбция с электростатическим (хемосорбционным) удержанием и стабилизацией защитной пленки сульфидов железа. Это препятствует не только проникновению сероводорода к корродирующему железу, но и перекристаллизации стабильных форм сульфидов (макинавита, пирита) в менее стабильные соединения (грейгит, пирротин), и одновременно снижает количество поглощаемого сталью водорода.
В водной минерализованной среде, не содержащей Н28, катионный
з
ингибитор Катамин АБ (АДБАХ) даже в концентрации до 200 мг/дм не-
2
значительно снижает скорость коррозии с «2,1 до «1,25 г/ (м -ч) при 20 °С на протяжении 6 ч [8]. Его защитный эффект начинает проявляться
з
только в области концентраций Н28 > 25 мг/дм . На основании этого при выполнении лабораторных исследований была принята начальная
з
дозировка ПК 25 г/дм .
Защитный эффект ^) ПК оценивали традиционными методами: гравиметрическим и электрохимическим.
Абсолютную скорость коррозии металла (Ук) определяли по потере массы стали марки Ст. 3 при температуре 20 °С в течение 5 ч гравиметрическим методом на установке типа «колесо» по «Методике проведения коррозионных испытаний в закрытых системах» (ПермНИПИ-нефть, 1981 г.) с последующей оценкой защитной способности ПК по ГОСТ 9.506-88.
Для оценки влияния ПК на кинетику катодного выделения водорода и анодного растворения стали использовали электрохимический метод. Результаты обрабатывались в соответствии с теоретическими представлениями о механизме действия ПК [9-12].
Полученные экспериментальные данные представлены в таблице. В результате исследования товарной формы АДБАХ в модельных коррозионных средах, представляющих собой 3 % №С1, содержащих
з
60, 100, 150 мг/дм Н28, было установлено следующее:
1) защитный эффект ПК по отношению к низкоуглеродистой стали Ст. 3, определенный гравиметрическим и электрохимическим методами испытаний, повышается при увеличении концентрации Н28 в воде;
2) оптимальная дозировка ПК при концентрации сероводорода
3 3
в воде 100 и 150 мг/дм составила 50 мг/дм , при этом установлен защитный эффект более 80 %, что соответствует ГОСТ 9.506-88;
Влияние концентрации АДБАХ на защитное действие по отношению к Ст. 3 в 3%-ном водном растворе №С1 + Н28
[ЩБ], мг/дм Z, %, при концентрации ингибитора, мг/дм3
25 50 75
Гравиметрический метод
60 42,8 71,7 81,9
100 54,7 80,9 86,5
150 68,6 89,5 90,8
Электрохимический метод
60 52,0 76,9 85,3
100 61,5 86,9 91,1
150 72,5 91,7 93,8
3
3) при дозировке ИК 25 мг/дм во всех исследуемых сероводородных средах не был получен защитный эффект более 80 %.
Результаты лабораторных испытаний ингибитора коррозии носят прикладной характер (нефтедобывающая промышленность) и устанавливают область его применения в агрессивных средах, содержащих определенное количество сероводорода.
Список литературы
1. Куделин Ю.И., Куликов Н.В., Легезин Н.Е. Влияние концентрации сероводорода на коррозию и водородопроницаемость углеродистой стали // РНТС. Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности / ВНИИОЭНГ. - М., 1977. - № 1. - С. 10-13.
2. Адамсон А. Физическая химия поверхностей: пер. с англ. / под ред. З.М. Зорина и В.М. Муллера. - М.: Мир, 1979. - 568 с.
3. Кузнецов Ю.И. Физико-химические аспекты защиты металлов от коррозии нано- и микроразмерными покрытиями // Коррозия: материалы, защита. - 2006. - Т. 42, № 1. - С. 3-12.
4. Фрумкин А.Н. Влияние адсорбции нейтральных молекул и органических катионов на кинетику электродных процессов // Основные проблемы в современной теоретической электрохимии. - М.: Мир, 1965. - 302 с.
5. Глущенко В.Н. Обратные эмульсии и суспензии в нефтегазовой промышленности. - М.: Наука, 2008. - 725 с.
6. Кузнецов В.А., Иофа З.А. О механизме действия ингибиторов при растворении железа в кислотах // Журн. физ. химии. - 1947. - Т. 21, № 2. - С. 201-214.
7. Влияние ингибиторов серии «Нефтехим» на электродные процессы и коррозию железа в модели сточной воды нефтепромысла, со-
2+
держащей Н28, С02 и катионы Са / Н.И. Подобаев, Ю.К. Шафраник, Л.Ф. Ляшенко, Т.К. Атанасян // ИС. Научно-технические достижения и передовой опыт, рекомендуемые для внедрения в нефтяной промышленности / ВНИИОЭНГ. - М., 1990. - № 9. - С. 36-41.
8. Клыков В.Ю. Методы борьбы с коррозией ГНО в НГДУ «Вот-кинск» ОАО «Удмуртнефть» // Инженерная практика. - 2010. - № 6. -С. 87-93.
9. Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии. - М.: Химия, 1979. -
103 с.
10. Лошкарев Ю.М. О принципах выбора органических ингибиторов электроосаждения металлов. - Львов: Изд-во АН УССР. 1979. - 81 с.
11. Поставная Г.Г. Коррозия и защита металлов: метод. указания к лаб. работам. - Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1998. - 40 с.
12. Техника экспериментальных работ по электрохимии, коррозии и поверхностной обработке металлов / под ред. А.Т. Куна. - СПб.: Химия, 1994. - С. 314.
Получено 20.06.2012
