Библиографическое описание:

Краснопёрова М. В. Изучение влияния некоторых аминов на коррозионное поведение стали // Молодой ученый. — 2009. — №12. — С. 113-116.

Проблема борьбы с коррозией оборудования и трубопроводов является весьма актуальной для нефтегазодобывающей промышленности. Интенсивная коррозия оборудования и трубопроводов снижает срок их службы и приводит к порывам труб, сопровождающимся загрязнениями окружающей среды и большими потерями нефти, надежность оборудования нефтепромыслов в значительной мере определяется эффективностью защиты их от коррозии.

Среди различных методов борьбы с коррозией нефтепромыслового оборудования и трубопроводов ведущее место в настоящее время и на ближайшую перспективу принадлежит ингибиторной защите, как не требующей значительных капитальных вложений и серьёзной перестройки технологии добычи, сбора и подготовки нефти. [1]

В данной работе изучено влияние новых синтетических азотсодержащих органических молекул на коррозионно-электрохимическое поведение стали в агрессивной сероводородсодержащей среде. Объекты исследования в данной работе – это азот - и кислородсодержащие органические соединения, синтезированные на кафедре органической химии и химии природных соединений химического факультета КазНУ им. аль-Фараби. Эти вещества,  синтезированные на базе доступного сырья и по простой технологии, являются промежуточными продуктами синтеза новых биологически активных веществ. Все эти вещества ранее не были испытаны на ингибирующую активность. Несмотря на широкое применение высших аминов, амидов, имидозолинов и других малорастворимых в воде соединений в качестве ингибиторов сероводородной коррозии в двухфазных системах, часто разумнее использовать водорастворимые ингибиторы, которые, мало растворяясь в углеводородной фазе, расходовались бы более экономно и по назначению. Исследованные в работе вещества были водорастворимы и представлены в виде гидрохлоридов.

Выбор исследованных соединений обусловлен в первую очередь наличием в их молекулах определенных реакционноспособных центров, главными из которых являются гетероатомы азота и кислорода.

            В процессе эксперимента было изучено 4 соединения: (моноцианоэтил)-(карбококсиалкил)амин и 3 дицианоалкиламина с различными радикалами.

         1.  2.               

 

Коррозионной средой служил 3% раствор NaCl и 3% раствор NaCl, насыщенный H2S (0,8 г/л). Это модельная среда (NACE) содержит сильные активаторы коррозионного процесса. В растворе хлорида натрия данной концентрации наблюдается его максимальная активность. Растворимость кислорода в воде непрерывно понижается по мере повышения концентрации NaCl. [2]

Для проверки защитной способности ингибиторов коррозии согласно требований ГОСТ 9.506 использовали два независимых метода исследований: электрохимический и гравиметрический. Первый метод основан на измерении потери массы образцов-свидетелей после выдержки в агрессивной среде, а второй – на измерении мгновенных токов коррозии при малых величинах поляризации контрольных электродов. Такой подход, основанный на двух независимых методах оценки скорости коррозии, позволяет получать более объективную информацию о поведении ингибиторов в растворе. [3]

Предварительная оценка защитных свойств исследованных соединений проводилась нами гравиметрическим методом. Оценку эффективности в этом методе проводят по потере массы металла в единицу времени с единицы поверхности. В этом случае эффективность защиты оценивают коэффициентом торможения, показывающим во сколько раз ингибитор, замедляет скорость коррозии, или степенью защиты, характеризующей полноту защиты [4]. В таблице представлены значения степени защиты исследуемых соединений, найденные методом гравиметрии. Данные приведены только для соединения 1, т.к. остальные вещества не проявляют защитного эффекта, и даже ускоряют процесс коррозии стали.

Таблица 1 - Результаты гравиметрических измерений защитного действия в растворе 3% NaCl + 0.8 г/л H2S

 

Инг

Z, % при Синг, моль/л

1*10-5

1*10-4

1*10-3

1*10-2

1

24.6

48.5

78.2

98.2

 

Оценку эффективности ингибитора можно проводить по поляризационным кривым, отражающим изменения в ходе протекания коррозионного процесса в присутствии ингибитора. Обычно поляризационные кривые, характеризующие парциальные коррозионные процессы представляют в виде полулогарифмических зависимостей.

Для определения скорости коррозии стали в сероводородсодержащих ингибированных и неингибированных средах в работе использован метод снятия поляризационных кривых на вращающемся дисковом стальном электроде [5].

На рисунках 1-3 представлены потенциодинамические  кривые для соединений 1 и 2.

Рисунок 1 - Потенциодинамические кривые Ст3 в 3% растворе NaCl +

 0,8 г/л H2S (подкисленном HAc, pH = 5) с добавками ингибитора 1

 

 

Рисунок 2 - Потенциодинамические кривые Ст3 в 3% растворе NaCl +

 0,8 г/л H2S (подкисленном HAc, pH = 5) с добавками ингибитора 2

 

Рисунок 3 - Потенциодинамические кривые Ст3 в 3% растворе NaCl

с добавками ингибитора 2

 

Из потенциодинамических кривых экстраполяционным методом и альтернативным способом Агреса рассчитаны значения токов коррозии для анодной и катодной реакций коррозионного процесса и защитные эффекты по формуле:

 

Z=[(i0-iин)/i0]*100%

(1)

 

Таблица 2 - Результаты электрохимических измерений защитного действия в растворе 3% NaCl + 0.8 г/л H2S

 

3% NaCl, Синг (моль/л)

Инг

 

1*10-5

1*10-4

5*10-4

1*10-3

5*10-3

1*10-2

 

Zk

19.4

39.3

48.7

69.2

76.4

90.3

Za

18.8

33.2

41.6

64.3

69.2

88.2

3% NaCl + 0.8 г/л H2S, Синг (моль/л)

Инг

 

1*10-5

1*10-4

5*10-4

1*10-3

5*10-3

1*10-2

1

Zk

84.5

82.1

85.9

96.9

95.8

77.3

Za

95.5

96.9

98.3

98.9

98.3

97.9

 

Данные также приведены только для соединения 1 как и в случае гравиметрического метода соединения с двумя С≡N стимулируют процесс коррозии.

Установлено [6], что защитные свойства органических ингибиторов в значительной степени определяются природой адсорбции (хемосорбция, физическая или специфическая адсорбция) и показано, что наилучшими ингибиторами являются те, которые образуют хемосорбционную связь металл – атом азота.

Адсорбционное поведение выбранных соединений изучено методом снятия кривых дифференциальной ёмкости двойного электрического слоя на границе сталь – электролит.

Рисунок 4 -  Кривые дифференциальной ёмкости в сероводородсодержащей

среде (3% NaCl + 0.8 г/л H2S) с добавками ингибитора 1

 

Для соединения 1 в сероводородсодержащих растворах ингибирующие добавки вызывают значительное падение емкости двойного электрического слоя в довольно широкой области потенциалов.

Для доказательства того, что амины с двумя цианогруппами стимулируют процесс коррозии методом атомно-абсорбционной спектроскопии с помощью атомно-абсорбционного спектрофотометра (SHIMADZU, AA - 6200) было замерено количество железа, находящегося в растворе до и после электрохимических измерений.  

 

Таблица 3 - Результаты атомно-абсорбционных измерений

 

Синг

(моль/л)

До эксперимента

Fe мкг/мл

После эксперимента

Fe мкг/мл

-

0,1504

17,2809

1*10-5

0,2584

35,7084

1*10-4

0,2577

33,9768

1*10-3

0,1939

41,0700

1*10-2

0,2469

44,2542

 

На основании табличных  данных ясно видно, что с увеличением концентрации органических соединений с двумя цианогруппами растет количество растворенного железа.

Выводы:

Высокий защитный эффект соединений, имеющих в своем составе С≡N группу, объясняется тем, что электроноакцепторная группа С≡N проявляет свойства донора электронов по отношению к металлу  и, являясь главным адсорбционным центром, образует защитную плёнку. С другой стороны, наличие второй сильнополярной С≡N группы, которая имеет подвижные электронные облака, способствует тому, что она выступает в роли катодного деполяризатора при выделении водорода и может заметно стимулировать процесс коррозии, что особенно заметно при малых концентрациях. В результате, амин, имеющий две цианогруппы, в отличие от аналога, содержащего одну цианогруппу и одну сложноэфирную группу, не проявляет  ингибирующих свойств. Таким образом, амин, содержащий в своём составе одну цианогруппу, может быть рекомендован как эффективный ингибитор сероводородной коррозии стали.

 

Литература:

1.    Левашова В.И., Никонорова Н.И. Синтез и исследование свойств четвертичных аммонийных солей на основе N,N' – тетраметилдиаминометана и 4-хлор-2-пентена // Нефтехимия. – 2009. – Т.49, №3. – С. 268-271.

2.     Кузнецов Ю.И. Физико-химические аспекты ингибирования коррозии металлов в водных растворах // Успехи химии. – 2004. – Т.73, № 1. – С.79-93.

3.     Мельников В.Г., Муравьёва С.А., Шехтер Ю.Н., Ульяненко В.И., Юрьев В.М. Влияние строения ингибиторов аминного типа на подавление ими сероводородной коррозии // Защита металлов. – 1999. – Т.35, № 4. – С.412-417.

4.     Решетников С.М. Ингибиторы кислотной коррозии металлов. – Л.: Химия, 1986. – 144с.

5.    Дорохова Е.А., Буркитбаева Б.Д., Мельситова И.Б., Ахметов Т.З. Ингибирование коррозии стали в кислой и нейтральной водной среде 2-оксифенилиминодиуксусной и 2-окси-3-карбокси-1-нафтилиминодиуксусной кислотами // Вестник МН АН РК.  – 1999. – № 5. – С. 35-39.

6.     Антропов Л.И., Макушин Е.М., Панасенко В.Ф. Ингибиторы коррозии металлов. – Киев: Техника, 1981. – 181с.

Основные термины: сероводородной коррозии, процесс коррозии, коррозии металлов, скорости коррозии, ингибиторов сероводородной коррозии, 3% раствор nacl, способности ингибиторов коррозии, процесс коррозии методом, Ингибиторы коррозии металлов, Ингибиторы кислотной коррозии, ингибитор сероводородной коррозии, мгновенных токов коррозии, ингибирования коррозии металлов, оценки скорости коррозии, определения скорости коррозии, скорость коррозии, Ингибирование коррозии, двойного электрического слоя, растворе 3% nacl, химии природных соединений

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle