Ингибитор АМДОР ИК-6 как замедлитель углекислотной коррозии стали Ст3

УДК 620.193

ИНГИБИТОР АМДОР ИК-6 КАК ЗАМЕДЛИТЕЛЬ УГЛЕКИСЛОТНОЙ КОРРОЗИИ СТАЛИ Ст3

© С.С. Иванищенков, Л.Е. Цыганкова, А.В. Можаров

Ivanishchenkov S.S., Tsygankova L.E., Mozharov A.V. AMDOR IC-6 as an inhibitor of carbonic acid corrosion of St3 steel. The influence of inhibitor AMDOR IC-6 on carbonic acid corrosion of St3 steel is investigated. The dependencies of the corrosion rate and the protection effect of AMDOR IC-6 from pH and the presence of СО2 were studied. The article discusses the data obtained through the electrochemical measurements and the kinetic parameters of partial electrode reactions.

ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ

В нефтяной и газодобывающей промышленности все большую роль приобретает проблема борьбы с коррозией. Особенно остро она стоит на старых месторождениях, где для повышения их производительности применяют кислотную обработку скважин, чаще всего используя при этом соляную кислоту [1]. Во многих случаях наблюдается углекислотная коррозия, что определяется наличием СО2 в пластовых водах [2, 3].

Любая поломка оборудования в данной отрасли промышленности чревата не только огромными финансовыми затратами, но также может привести к масштабному загрязнению окружающей среды. Одним из наиболее простых и относительно дешевых методов решения данной проблемы является использование ингибиторов коррозии [3-5].

На основании вышесказанного целью данной работы было исследование защитного действия ингибитора АМДОР ИК-6 (далее «ингибитора»), представляющего собой смесь 10 % аминопарафина (с длиной углеродных цепочек 12-18 атомов) и 10 % имидазолина в комплексном апротонном растворителе.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Коррозионные и электрохимические измерения проводились в солянокислых средах (0,005-0,1 н) как в отсутствие, так и в присутствии СО2 (1,7 г/л, 0,5-2 изб. атм.). Концентрация ингибитора варьировалась в пределах от 25 до 200 мг/л.

Коррозионные испытания выполнены в пластиковых сосудах, оснащенных герметичными крышками с золотниковыми клапанами. Время экспозиции составляло 24 часа. Защитный эффект (1, %) рассчитывался по формуле:

^7 _ К0 ~ К инг

" Ко ,

где К0 и Кинг - скорости коррозии соответственно в фоновом и ингибированном растворах.

Поляризационные измерения проводились в трехкамерной ячейке с разделенными катодным и анодным пространствами в потенциостатическом режиме (по-тенциостат П-5827М), выдержка электрода при каждом потенциале составляла 30 с. В качестве электрода сравнения использовался хлорсеребряный электрод, в качестве вспомогательного - платиновый. Потенциал пересчитан по НВШ.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Во всех исследованных растворах как содержащих СО2, так и в отсутствие последнего, скорость коррозии стали уменьшается с увеличением рН среды. Введение углекислого газа приводит к закономерному снижению скорости коррозии, свидетельствуя о его защитном действии, особенно заметном при низких рН, что неоднократно отмечалось в литературе [6-8] по отношению к стали и другим металлам. Это, по-видимому, объясняется образованием плотно сцепленной с поверхностью пленки продуктов коррозии, оказывающей некоторый блокировочный эффект (табл. 1).

Защитное действие ингибитора возрастает с уменьшением рН и ростом его концентрации, достигая максимального значения (92 %) в 0,1 н HCl. Усиление ингибиторного эффекта с ростом концентрации HCl, возможно, объясняется тем, что в защите принимают участие протонированные молекулы ингибитора, а, в свою очередь, степень протонизации зависит от рН среды (табл. 2).

Таблица 1

Зависимость скорости коррозии (К, г/м2-ч) стали Ст3 от концентрации HCl

^Содержание K, г/м2-ч

^\(СО2) Без 1,7 г/л 0,5 изб. 1 изб. 2 изб.

C(HCl), н^\ СО2 атм. атм. атм.

0, 1 3,125 1,711 1,213 0,901 0,821

0, 01 1,019 0,950 0,937 0,690 0,689

0, 005 0,532 0,445 0,431 0,482 0,480

Таблица 2

Зависимость защитного эффекта ингибитора АМДОР ИК-6 (Z, %) от концентрации HCl и содержания СО2 (в отсутствие СО2 - числитель;

1 изб. атм. СО2 - знаменатель)

Защитное действие АМДОР ИК-6 в присутствии СО2 ниже, что является кажущимся, т. к. это обусловлено ингибирующим действием самого углекислого газа, приводящим к снижению скорости коррозии в фоновых растворах (табл. 1), в то время как в ингибированных - величина K заметно ниже, чем в аналогичных средах без СО2.

Изменение содержания углекислого газа в растворах влияет на защитный эффект ингибитора слабо, но прослеживается некоторая тенденция к снижению последнего при переходе от С(СО2) = 1,7 г/л к избыточному давлению в 2 атмосферы.

По данным электрохимических измерений, увеличение концентрации HCl в интервале 0,005-0,1 н приводит к смещению потенциала коррозии в область более положительных значений, при этом наблюдается увеличение тока коррозии, что хорошо подтверждает результаты гравиметрических испытаний (рис. 1).

Введение ингибитора (5 мг/л) в 0,1 н раствор соляной кислоты приводит к замедлению анодного и катодного процессов. Дальнейший рост концентрации ингибитора сопровождается все более сильным замедлением обеих электродных реакций. Потенциал коррозии систематически облагораживается (рис. 2). Эти же

E, мВ

0 J-

ig i

-5 -4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5

Рис. 1. Влияние концентрации HCl на ход поляризационных кривых в отсутствие CÜ2

закономерности характерны и для менее кислых растворов, но смещение Екор в область более положительных значений при введении ингибитора в этих случаях больше. Таким образом, в этих средах АМДОР ИК-6 является ингибитором анодно-катодного действия. В СО2-содержащих растворах он замедляет оба электродных процесса в 0,1 н (рис. 3) и 0,01 н растворах HCl. При CHci = 0,005 н катодный процесс затормаживается лишь при Синг = 200 мг/л, меньшие концентрации стимулируют его.

E мВ

ig i

Рис. 2. Влияние концентрации ингибитора на ход поляризационных кривых на стали Ст3 в 0,1 н HCl в отсутствие СО2

E, мв

550 -

500 -

450 -

400 -

350 -

300 -

250 -

200 - ♦ Контроль

-0—5 мг/л ИК-6

150 - -—25 мг/л ИК-6

—А—50 мг/л ИК-6

100 - —>е— 100 мг/л ИК-6 200 мг/л ИК-6

50 -

0 -

__________,______,________________,_, lg i

-5,50 -5,00 -4,50 -4,00 -3,50 -3,00 -2,50 -2,00 -1,50 -1,00

Рис. 3. Влияние концентрации ингибитора на ход поляризационных кривых на стали Ст3 в 0,1 н HCl в присутствии 1 изб. атм. СО2

В таблице 3 приведены порядки анодной и катодной реакций по ингибитору в 0,1 н растворах HCl.

На основании электрохимических измерений были получены некоторые кинетические параметры катодных реакций, представленные в таблице 4, которые свидетельствуют о том, что в отсутствие ингибитора и СО2 катодная реакция выделения водорода лимитируется стадией разряда.

Таблица 3

Введение ингибитора в эти растворы приводит к

уменьшению величины

d^k

d lg CV

что можно

трактовать, как переход к соизмеримости скоростей стадий разряда и рекомбинации. Согласно литературным данным [9], различные механизмы могут реализовываться на различных участках поверхности с соизмеримыми скоростями. Введение СО2 ведет к замедлению стадии разряда.

к

Порядки катодного (nk) и анодного (na) процессов по ингибитору в 0,1 н растворах HCl

Добавка СО2 - Щ - па

0 0,2 0,6

1,7 г/л 0,2 0,7

1 атм. СО2 0,08 0,6

Таблица 4

Влияние СО2 и ингибитора на некоторые кинетические параметры катодной реакции выделения водорода на стали в исследуемых растворах HCl

Содержание СО2 Ък, В Ин+ = Г d&k 1 Г d^k Л , В

1 H +JT 1 ^Н+ )tt

Без ингибитора

0 0,125 1,79 0,143

1,7 г/л 0,119 1,02 0,131

1 изб. атм. 0,110 0,68 0,083

200 мг/л АМДОР ИК-6

0 0,121 0,37 0,051

1,7 г/л 0,115 0,68 0,087

1 изб. атм. 0,117 0,84 0,100

ВЫВОДЫ

1. Подтверждено, в соответствии с литературными данными, ингибирующее действие углекислого газа на коррозию стали Ст3.

2. Показано, что ингибитор АМДОР ИК-6 перспективен в качестве замедлителя коррозии стали Ст3 в солянокислых СО2-содержащих средах.

3. АМДОР ИК-6 в исследуемых растворах является ингибитором анодно-катодного действия.

ЛИТЕРАТУРА

1. Агаев Н.М., Асланов Т.А., Мустафаев Р.Н., Эминова И.Р., Гейдарова Г.Д. // Защита металлов. 1989. Т. 25. № 6. С. 992-996.

2. Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии. М.: Химия, 1977. 352 с.

3. Маркин А.Н. // Защита металлов. 1996. Т. 32. № 5. С. 497-503.

4. КузнецовЮ.И. // Защита металлов. 2002. Т. 38. № 2. С. 122-131.

5. Кузнецов Ю.И. // Успехи химии. 2004. Т. 73. № 1. С. 1-120.

6. Улиг Г.Г., Реви Р.В. Коррозия и борьба с ней. Л.: Химия, 1989. 456 с.

7. Колотыркин Я.М. // Защита металлов. 1967. Т. 3. С. 131.

8. Синютина С.Е., Цыганкова Л.Е., Вигдорович В.И. // Журнал прикладной химии. 1997. Т. 70. С. 430.

9. Кузнецов В.В., Халдеев Г.В., Кичигин В.И. Наводороживание металла в электролитах. М.: Машиностроение, 1993. 244 с.

Поступила в редакцию 11 февраля 2004 г.