原油管道用20号钢缓蚀剂hc01的研究

原油管道用20号钢缓蚀剂hc01的研究

0蒂尼咪唑啉缓蚀剂油中的杂质含量高，酸含量高。减粘塔顶水pH经测定在3.4左右,属于强酸性腐蚀体系。咪唑啉缓蚀剂缓蚀性能优良,具有无刺激性气味,毒性低,热稳定性好等优点,在油田、水处理、酸洗等行业中被广泛应用。研究发现,咪唑啉类缓蚀剂在酸性介质中具有较好的缓蚀性,它与金属接触时,可在金属表面形成单分子吸附膜,通过络合溶液中的某些氧化剂,降低其电位,或者改变氢离子的氧化还原电位,起到缓蚀作用。文中研究了咪唑啉缓蚀剂HC01,对20号钢在减粘塔顶水介质中的缓蚀行为和其在20号钢表面的吸附行为。缓蚀剂筛选评价标准参照SY/T5273-2000《油田采出水用缓蚀剂性能评价方法》和JB/T7901-1995《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》。1测试方法及装置采用失重法和电化学法测试缓蚀剂的缓蚀性能,失重法中实验材质为20号钢(2mm×25mm×50mm)。实验前将试片用240#～1000#水磨砂纸打磨,酒精擦拭,去离子水冲洗,冷风吹干,恒重后称量。腐蚀介质为现场取回的减粘塔顶水,实验温度80℃,每组3个平行试片,浸泡168h后取出,利用氧化铬镀液和超声波振荡仪清洗,干燥后称重。腐蚀速率Vcorr计算公式:缓蚀率计算公式:式中Vcorr———腐蚀速率,mm/a;Δm———腐蚀前后试片质量差,g;ρ———试片密度,取7.85g/cm;η———是缓蚀率,%;Vcorr———加缓蚀剂的试片腐蚀速度,mm/a;实验装置图见图1,未添加缓蚀剂时试片腐蚀前后图片见图2。电化学测试在美国2273电化学工作站进行,用三电极体系。石墨为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,20号钢试样(1cm×1cm×1cm)为工作电极,试样保留1个1cm的表面,其余面用环氧树脂密封,实验前用耐水砂纸打磨呈镜面光亮,去离子水冲洗,滤纸吸干,无水乙醇脱脂,平行测试试样均为3个。腐蚀介质减粘顶水,交流阻抗测试频率范围100kHz～0.01Hz,交流激励信号幅值5mV,阻抗数据处理用电化学工作站自带拟合软件拟合。2结果与讨论2.1高温缓蚀剂试验对顶水介质中的常用缓蚀剂进行筛选,包括自制的咪唑啉类缓蚀剂HC01,实验结果见表1,不同缓蚀剂的缓蚀效果见图3。各缓蚀剂缓蚀率分别为HC01(74.33%)、高温(55.56%)、J3(40.97%)、钻1(33.33%)、E1(25.00%)、PF99(10.31%)、中盛(0.69%)、中科(2.08%)。缓蚀剂都起到了缓蚀作用,因为缓蚀剂分子吸附在金属表面,形成一层致密的膜,抑制腐蚀进一步发生,但加入缓蚀剂J3的试片表面侧面点蚀明显,且个别蚀坑大,故不能用于现场应用,缓蚀剂高温,钻1、E1、PF99也都出现了点蚀。钻2(-54.17%)、钻3(-2.78%)、J7(-29.17%)缓蚀率均为负值,不但没有抑制腐蚀,反而加剧了腐蚀。因为这些缓蚀剂在20号钢表面吸附力较弱,氯离子能够穿透缓蚀剂膜,裸露的金属面与周围膜形成大阴极小阳极的状态,出现严重点蚀。加入了PF99缓蚀剂的试片表面和侧面都具有明显的点蚀,孔深且大,出现露点区腐蚀,见图4。通过测算,单位面积蚀孔个数约0.019个/mm2,关注点蚀最深处,露点区腐蚀速率为1.825mm/a,空白试片的均匀腐蚀率为1.44mm/a,露点区腐蚀严重。综上所述,HC01缓蚀率最高,浓度为97mg/L时,缓蚀率达到74.31%,年腐蚀率0.37mm/a,去除腐蚀产物后,试片表面光洁,无点蚀现象。2.2氮气腐蚀实验以上实验,已证明HC01具有理想的缓蚀效果,利用失重法进一步探讨不同浓度下HC01的缓蚀效果。在装置中通入氮气,防止溶液中存在溶解氧加剧腐蚀,温度80℃,实验周期168h,实验结果见表2。从表2看出,HC01具有良好的缓蚀效果及热稳定性,随着浓度的增加,缓蚀率增大,当用量为145.5mg/L时,缓蚀率达90.26%,年腐蚀率0.14mm/a。2.3缓蚀剂用量的影响通过交流阻抗技术,研究了被腐蚀金属电极在顶水中的交流阻抗谱随HC01浓度的变化情况,见图5。所得到的图主要为近似半圆形的容抗弧,在浓度为145.5mg/L以内时,随着缓蚀剂用量的增大,容抗弧的半径也随之增大,阻抗增大,表面腐蚀速度减小。这是因为随着缓蚀剂含量的增加,吸附在20号钢电极表面的缓蚀剂分子也逐渐增多,使得腐蚀反应的阻抗模值增大,有效抑制了腐蚀反应。而当浓度为194mg/L时,与基体相比,腐蚀速度明显上升,缓蚀剂已经不起作用。因此,电化学实验结果与失重法相吻合,HC01的最佳用量范围在97～145.5mg/L。2.4等温等压下缓蚀剂的吸附规律为了研究HC01缓蚀剂在20号钢表面的吸附行为,利用失重法测得353K时,HC01的缓蚀效率,令θ=η,分别代入Temkink、Freundluich和Langmuir吸附等温式进行拟合,拟合结果表明Langmuir等温吸附式与实验结果符合较好。Langmuir等温式:即为式中θ———表面覆盖度;Kads———吸附平衡常数;吉布斯自由能:式中c———溶剂水的浓度55.5mol/L;R———气体常数;T———热力学温度,K。将失重法测试所得的C/θ对C作线性拟合回归,得图6,Kads可由直线在C/θ轴截距求得,Kads=7.5723mg/L。从图6看出,数据线性回归良好,直线的斜率接近1,说明HC01缓蚀剂的吸附规律遵循Langmuir吸附等温式。缓蚀剂能在20号钢表面形成单分子吸附层,由式(5)解出吉布斯自由能ΔG0ads=-34.227kJ/mol为负值,表明等温等压下缓蚀剂在20号钢表面的吸附过程为自发过程。一般地,ΔG0ads在-40kJ/mol左右时,缓蚀剂的吸附类型为化学吸附,HC01缓蚀剂分子与金属表面形成了化学键。3缓蚀剂的缓蚀效果a)在11种顶水介质常用的缓蚀剂中,HC01缓蚀剂在减粘顶水体系中对20号钢的缓蚀效果最好,且浸泡后试片表面光滑,腐蚀产物可轻轻擦去,无点蚀。b)HC01缓蚀剂在145.5mg/L时,缓蚀效果最好,缓蚀率可达90.26%,腐蚀率0.14mm