Зарубежный опыт борьбы с углекислотной коррозией, современные методы борьбы

Проблемы коррозии газопромыслового оборудования в газовой отрасли могут быть на всех этапах производства, начиная с начальной добычи и очистки к хранению [1,8]. Опасности внутренней коррозии включают потерю продукции в результате отказа оборудования или трубопровода и, следовательно, остановку и возможную экологическую катастрофу [9].

Нефтяные компании и исследовательские институты разработали большое количество моделей прогнозирования углекислотной коррозии.

Различные результаты могут быть получены из-за разных подходов при анализе и вычислении, прогнозировании, используемых при разработке и подготовке моделей. Некоторые модели предполагают защиту и прогнозируют, как правило, более низкие скорости коррозии. Эти модели часто полагаются на полевой опыт в условиях, когда скорости коррозии были на приемлемо низком уровне.

В результате проведения исследований в области предотвращения и снижения скорости углекислотной коррозии зарубежные исследователи и нефтегазовые корпорации решили объединить усилия в попытке собрать фактические данные по коррозии от ряда операторов в базу данных, которые могут быть использованы для обмена опытом между операторами и для проверки выбранной модели.

Различные доступные CO₂ модели прогнозирования коррозии были оценены путем проведения исследований чувствительности разных моделей, проведения различных моделей коррозии для набора полевых случаев и сравнения прогнозируемых скоростей коррозии с фактическими измеренными скоростями коррозии, представлено обновление моделей, в котором приведены более поздние разработки и новые версии некоторых моделей, а также приведены некоторые примеры того, как фактические полевые данные использовались для сравнения различных моделей прогнозирования коррозии. Процесс сбора полевых данных и их использования для оценки моделей прогнозирования коррозии.

Несмотря на ограниченную коррозионную стойкость к окружающей среде, в которой мягкая сталь часто используется в качестве материала для трубопроводов в основном благодаря ее доступности, прочности и экономической эффективности [10].

Как показывает зарубежный опыт среди различных методов по борьбе с углекислотной коррозией, наиболее практичным и экономически выгодным способом оказывается использование ингибиторов коррозии [1,7].

Применение подходящего ингибитора коррозии, включаемого в состав низкосортных сталей, обеспечивает лучшую экономию капитала по сравнению с использованием дорогостоящих сплавов более высокого качества при тех же условиях [6].

Как показывает зарубежный опыт, коррозию можно контролировать с помощью соответствующей технологии [10]. Наличие ингибиторов коррозии (CI) в небольшом количестве в корродирующей системе снижает скорость коррозии металла, подвергшегося воздействию.

Роль ингибиторов в газодобывающей и перерабатывающей промышленности имеет первостепенное значение; [1].

Способом действия этих соединений является адсорбирование на поверхности металла [3]. Адсорбция является адгезионным процессом, когда вещество (ионы, атомы или молекулы газа, жидкости или растворенного твердого вещества), называемые адсорбатом, прилипает к поверхности. Эффективность CI зависит от его адсорбционного свойства на поверхности металла [54]. Кроме того, адсорбция конкретного ингибитора зависит от его физических и химических свойств, функциональной группы, ароматичности, стерического эффекта, плотности электронов у атомов-доноров [5]. Установлено также, что состав, микроструктура и температура металла влияют на адсорбцию и, следовательно, эффективность ингибитора [3].

В зависимости от типа задействованных сил адсорбция феноменом может быть: (а) физарсорбция, (б) хемосорбция или комбинация обоих. Фрисорбция включает электростатическое взаимодействие между электрическим зарядом на поверхности металла (адсорбент) и ионными зарядами ингибитора (адсорбата). Фрисорбция в силу экзотермичности неустойчива при высокой температуре [8]. Фрисорбция также может возникать в результате электростатического взаимодействия между адсорбированными хлоридами на поверхности металла и протонированными молекулами ингибитора [10].

С другой стороны, хемосорбция связана с переносом электронов между CI и поверхностью металла. Координатный тип связи образуется в результате такого взаимодействия между d-орбиталью адсорбента металла и n- электронами или неразделенными электронными парами адсорбата ингибитора.

В этом режиме адсорбции на активных участках уменьшаются анодные и / или скорости катодной реакции [1]. В отличие от физадсорбции, которая характеризуется экзотермическим процессом с низкой энергией, энергия хемосорбции выше и поэтому стабильна при более высоких температурах [2]. Используя изотермы адсорбции путем подбора данных о покрытии поверхности, можно проследить механизм ингибирования коррозии.

Лучшая изотерма используется для определения константы равновесия адсорбции K_ad, которая связана с важными термодинамическими параметрами ΔG⁰_ad, ΔH⁰_ad и ΔS⁰_ad, связанные по уравнению 1:

Термодинамические параметры обеспечивают важную информацию ­ о механизме явлений коррозионного торможения. Фрисорбция, которая аналогична слиянию (конденсация ­ (газ), является по своей природе экзотермической, в то время как эндотермическая адсорбция может быть однозначно отнесена к хемосорбции. Однако чрезмерная отрицательная экзотермия ­ микроэлемент, который является более отрицательным, чем энтальпия слияния ингибитора, может указывать на хемосорбцию [4].

В зависимости от того, как они функционируют (механизм действия), применяемыми ингибиторами могут быть любые из следующих типов: анодные, катодно-пассивирующие, нейтрализующие и активные, парофазный и пленкообразующий ингибиторы [5]. В нефтегазовой промышленности большая часть случаев коррозии возникает из-за использования и наличия нескольких кислот, таких как HCl, H₂CO₃, H₂SO₄, H₂SO₃ [11].

Ингибиторы нейтрализации, такие как гидроксид натрия, аммиак и несколько аминов при добавлении к коррозии ­ уменьшают концентрацию ионов водорода, тем самым снижая коррозионное действие [6]. Для удаления растворенного кислорода используются ингибиторы просачивания, такие как гидразин и сульфит натрия [7].

Пленкообразующие CI образуют барьерную пленку поверх металлической поверхности из-за физической (электростатической) адсорбции, хемосорбции или n- орбитальной адсорбции [8].

Фрисорбция происходит быстро, но сорбированные материалы легко десорбируются при более высокой температуре, а хемосорбция - более медленный процесс, который увеличивается с повышением температуры. Кривые поляризации чрезвычайно полезны для разблокировки механизма защиты от коррозии и классификации ингибиторов [7].

Пленкообразующие ингибиторы коррозии состоят из полярной головки и гидрофобного хвоста, а первый взаимодействует с металлической поверхностью, а затем обеспечивает дополнительную защиту ­ тической пленки против водных видов. В некоторых случаях, когда ингибиторы не могут достичь некоторых недоступных точек в профи ­ использование нейтрализаторов в препарате обеспечивает необходимое ингибирование.

Пленкообразующие ингибиторы далее классифицируются под анодным, катодным или смешанным типом на основе реакций типа, которые они ингибируют [9]. Анодные ингибиторы иногда называют пассиваторами, поскольку анодное растворение катионов металлов и металлов может быть затруднено, когда анодный ингибитор образует пассивирующие пленки оксидов, гидроксидов или солей на анодных участках [9]. Иногда критическая концентрация этих ингибиторов должна использоваться, поскольку при более низких концентрациях коррозия может ­ союзников.

Катодный ингибитор образует защитный слой на катодных участках, чтобы предотвратить прохождение кислорода в щелочных растворах или Н+ в кислотных условиях. Около 80% органических ингибиторов попадают в ингибитор смешанного типа.

В дополнение к наличию полярных функциональных групп, которые ­ действует с металлической поверхностью, молекулы ингибитора, имеющие гидрофобные мотивы, могут помочь в образовании защитную гидрофобную поверхностную пленку, которая включает в себя удаление молекулы укорененной воды при взаимодействии металл-поверхность. Это служит препятствием для растворения металла в электролите, как представлено в уравнении 2 [6]:

Рисунок 1 - Общий синтез имидазолина из кислотного альдегида

Молекулы ингибитора замедляют или подавляют процесс коррозии путем:

• Адсорбция CI на поверхности металла

• Изменение скорости анодных / катодных реакций

• Замедление скорости диффузии от КИ до металла ­ поверхность

• Уменьшение электрического сопротивления металлической поверхности.

Основная цель статьи заключалась в обосновании имидазолинов в снижении углекислотной коррозии на газовых промыслах. Ингибирование в нефтяном и газовом поле требует экологически чистых ингибиторов.

Таким образом, понимание функционирования ингибитора коррозии приносит большую пользу при разработке лучших продуктов.