原油管道用20號(hào)鋼緩蝕劑hc01的研究

原油管道用20號(hào)鋼緩蝕劑hc01的研究

0蒂尼咪唑啉緩蝕劑油中的雜質(zhì)含量高，酸含量高。減粘塔頂水pH經(jīng)測(cè)定在3.4左右,屬于強(qiáng)酸性腐蝕體系。咪唑啉緩蝕劑緩蝕性能優(yōu)良,具有無(wú)刺激性氣味,毒性低,熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),在油田、水處理、酸洗等行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn),咪唑啉類(lèi)緩蝕劑在酸性介質(zhì)中具有較好的緩蝕性,它與金屬接觸時(shí),可在金屬表面形成單分子吸附膜,通過(guò)絡(luò)合溶液中的某些氧化劑,降低其電位,或者改變氫離子的氧化還原電位,起到緩蝕作用。文中研究了咪唑啉緩蝕劑HC01,對(duì)20號(hào)鋼在減粘塔頂水介質(zhì)中的緩蝕行為和其在20號(hào)鋼表面的吸附行為。緩蝕劑篩選評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照SY/T5273-2000《油田采出水用緩蝕劑性能評(píng)價(jià)方法》和JB/T7901-1995《金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》。1測(cè)試方法及裝置采用失重法和電化學(xué)法測(cè)試緩蝕劑的緩蝕性能,失重法中實(shí)驗(yàn)材質(zhì)為20號(hào)鋼(2mm×25mm×50mm)。實(shí)驗(yàn)前將試片用240#～1000#水磨砂紙打磨,酒精擦拭,去離子水沖洗,冷風(fēng)吹干,恒重后稱(chēng)量。腐蝕介質(zhì)為現(xiàn)場(chǎng)取回的減粘塔頂水,實(shí)驗(yàn)溫度80℃,每組3個(gè)平行試片,浸泡168h后取出,利用氧化鉻鍍液和超聲波振蕩儀清洗,干燥后稱(chēng)重。腐蝕速率Vcorr計(jì)算公式:緩蝕率計(jì)算公式:式中Vcorr———腐蝕速率,mm/a;Δm———腐蝕前后試片質(zhì)量差,g;ρ———試片密度,取7.85g/cm;η———是緩蝕率,%;Vcorr———加緩蝕劑的試片腐蝕速度,mm/a;實(shí)驗(yàn)裝置圖見(jiàn)圖1,未添加緩蝕劑時(shí)試片腐蝕前后圖片見(jiàn)圖2。電化學(xué)測(cè)試在美國(guó)2273電化學(xué)工作站進(jìn)行,用三電極體系。石墨為輔助電極,飽和甘汞電極(SCE)為參比電極,20號(hào)鋼試樣(1cm×1cm×1cm)為工作電極,試樣保留1個(gè)1cm的表面,其余面用環(huán)氧樹(shù)脂密封,實(shí)驗(yàn)前用耐水砂紙打磨呈鏡面光亮,去離子水沖洗,濾紙吸干,無(wú)水乙醇脫脂,平行測(cè)試試樣均為3個(gè)。腐蝕介質(zhì)減粘頂水,交流阻抗測(cè)試頻率范圍100kHz～0.01Hz,交流激勵(lì)信號(hào)幅值5mV,阻抗數(shù)據(jù)處理用電化學(xué)工作站自帶擬合軟件擬合。2結(jié)果與討論2.1高溫緩蝕劑試驗(yàn)對(duì)頂水介質(zhì)中的常用緩蝕劑進(jìn)行篩選,包括自制的咪唑啉類(lèi)緩蝕劑HC01,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1,不同緩蝕劑的緩蝕效果見(jiàn)圖3。各緩蝕劑緩蝕率分別為HC01(74.33%)、高溫(55.56%)、J3(40.97%)、鉆1(33.33%)、E1(25.00%)、PF99(10.31%)、中盛(0.69%)、中科(2.08%)。緩蝕劑都起到了緩蝕作用,因?yàn)榫徫g劑分子吸附在金屬表面,形成一層致密的膜,抑制腐蝕進(jìn)一步發(fā)生,但加入緩蝕劑J3的試片表面?zhèn)让纥c(diǎn)蝕明顯,且個(gè)別蝕坑大,故不能用于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,緩蝕劑高溫,鉆1、E1、PF99也都出現(xiàn)了點(diǎn)蝕。鉆2(-54.17%)、鉆3(-2.78%)、J7(-29.17%)緩蝕率均為負(fù)值,不但沒(méi)有抑制腐蝕,反而加劇了腐蝕。因?yàn)檫@些緩蝕劑在20號(hào)鋼表面吸附力較弱,氯離子能夠穿透緩蝕劑膜,裸露的金屬面與周?chē)ば纬纱箨帢O小陽(yáng)極的狀態(tài),出現(xiàn)嚴(yán)重點(diǎn)蝕。加入了PF99緩蝕劑的試片表面和側(cè)面都具有明顯的點(diǎn)蝕,孔深且大,出現(xiàn)露點(diǎn)區(qū)腐蝕,見(jiàn)圖4。通過(guò)測(cè)算,單位面積蝕孔個(gè)數(shù)約0.019個(gè)/mm2,關(guān)注點(diǎn)蝕最深處,露點(diǎn)區(qū)腐蝕速率為1.825mm/a,空白試片的均勻腐蝕率為1.44mm/a,露點(diǎn)區(qū)腐蝕嚴(yán)重。綜上所述,HC01緩蝕率最高,濃度為97mg/L時(shí),緩蝕率達(dá)到74.31%,年腐蝕率0.37mm/a,去除腐蝕產(chǎn)物后,試片表面光潔,無(wú)點(diǎn)蝕現(xiàn)象。2.2氮?dú)飧g實(shí)驗(yàn)以上實(shí)驗(yàn),已證明HC01具有理想的緩蝕效果,利用失重法進(jìn)一步探討不同濃度下HC01的緩蝕效果。在裝置中通入氮?dú)?防止溶液中存在溶解氧加劇腐蝕,溫度80℃,實(shí)驗(yàn)周期168h,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從表2看出,HC01具有良好的緩蝕效果及熱穩(wěn)定性,隨著濃度的增加,緩蝕率增大,當(dāng)用量為145.5mg/L時(shí),緩蝕率達(dá)90.26%,年腐蝕率0.14mm/a。2.3緩蝕劑用量的影響通過(guò)交流阻抗技術(shù),研究了被腐蝕金屬電極在頂水中的交流阻抗譜隨HC01濃度的變化情況,見(jiàn)圖5。所得到的圖主要為近似半圓形的容抗弧,在濃度為145.5mg/L以?xún)?nèi)時(shí),隨著緩蝕劑用量的增大,容抗弧的半徑也隨之增大,阻抗增大,表面腐蝕速度減小。這是因?yàn)殡S著緩蝕劑含量的增加,吸附在20號(hào)鋼電極表面的緩蝕劑分子也逐漸增多,使得腐蝕反應(yīng)的阻抗模值增大,有效抑制了腐蝕反應(yīng)。而當(dāng)濃度為194mg/L時(shí),與基體相比,腐蝕速度明顯上升,緩蝕劑已經(jīng)不起作用。因此,電化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與失重法相吻合,HC01的最佳用量范圍在97～145.5mg/L。2.4等溫等壓下緩蝕劑的吸附規(guī)律為了研究HC01緩蝕劑在20號(hào)鋼表面的吸附行為,利用失重法測(cè)得353K時(shí),HC01的緩蝕效率,令θ=η,分別代入Temkink、Freundluich和Langmuir吸附等溫式進(jìn)行擬合,擬合結(jié)果表明Langmuir等溫吸附式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好。Langmuir等溫式:即為式中θ———表面覆蓋度;Kads———吸附平衡常數(shù);吉布斯自由能:式中c———溶劑水的濃度55.5mol/L;R———?dú)怏w常數(shù);T———熱力學(xué)溫度,K。將失重法測(cè)試所得的C/θ對(duì)C作線性擬合回歸,得圖6,Kads可由直線在C/θ軸截距求得,Kads=7.5723mg/L。從圖6看出,數(shù)據(jù)線性回歸良好,直線的斜率接近1,說(shuō)明HC01緩蝕劑的吸附規(guī)律遵循Langmuir吸附等溫式。緩蝕劑能在20號(hào)鋼表面形成單分子吸附層,由式(5)解出吉布斯自由能ΔG0ads=-34.227kJ/mol為負(fù)值,表明等溫等壓下緩蝕劑在20號(hào)鋼表面的吸附過(guò)程為自發(fā)過(guò)程。一般地,ΔG0ads在-40kJ/mol左右時(shí),緩蝕劑的吸附類(lèi)型為化學(xué)吸附,HC01緩蝕劑分子與金屬表面形成了化學(xué)鍵。3緩蝕劑的緩蝕效果a)在11種頂水介質(zhì)常用的緩蝕劑中,HC01緩蝕劑在減粘頂水體系中對(duì)20號(hào)鋼的緩蝕效果最好,且浸泡后試片表面光滑,腐蝕產(chǎn)物可輕輕擦去,無(wú)點(diǎn)蝕。b)HC01緩蝕劑在145.5mg/L時(shí),緩蝕效果最好,緩蝕率可達(dá)90.26%,腐蝕率0.14mm