Введение к работе
Актуальность проблемы. Большие потери металлов характерны для таких отраслей производства, как нефтяная и газовая промышленность, вододобыча, металлургия. В этих отраслях по некоторым данным сосредоточено около 45-50% всего металлофонда РФ. Для травления металлов, обработки призабойной зоны нефтеносных, газоносных и водоносных пластов, установки кислотных ванн, как правило, применяют растворы соляной и серной кислот. Необходимо отметить, что довольно часто эти процессы протекают при температурах выше 80С. В таких условиях растворы неорганических кислот причиняют значительный урон металлическим конструкциям и часто приводят к дорогостоящему ремонту или полной замене оборудования.
Наиболее распространенным способом защиты металлов от кислотной коррозии является применение ингибиторов коррозии. Существует множество разнообразных ингибиторов кислотной коррозии, которые защищают металлы при температурах ниже 80С. В настоящее время в нашей стране не выпускается ни одного ингибитора кислотной коррозии, который рекомендуется для защиты стали при температурах выше IOO0C и соответствует технологическим, санитарным и экологическим требованиям современного производства. Создание такого ингибитора делает возможным проведение автоматического кислотного травления поверхностного слоя оксидов железа (окалины), осуществляя его при температурах выше 100С, что интенсифицирует этот процесс, и позволит проводить кислотную обработку нефтяных пластов с температурами ниже 160С.
В качестве основы для создания ингибиторов кислотной коррозии стали для температур выше IOO0C нами выбрано производное триазола. Триазолы обладают высокой устойчивостью к действию кислот и термически стабильны, что важно для высокотемпературных ингибиторов, а также способны образовывать комплексные соединения с металлами, что косвенно указывает на возможность их прочной связи с поверхностью корродирующего металла.
Цель работы:
Выявление физико-химических закономерностей защиты низкоуглеродистой стали в растворах соляной и серной кислот четвертичной аммониевой солью замещенного триазола (ИФХАН-92) и создание на ее основе высокотемпературных ингибиторов коррозии.
Задачи исследования:
-
Выяснить особенности влияния ингибитора ИФХАН-92 на электродные реакции стали в соляной и серной кислотах.
-
Выявить термодинамические и кинетические особенности адсорбции ИФХАН-92 на стали из растворов соляной и серной кислот.
-
Установить состав, структуру и свойства защитных слоев ИФХАН-92, формирующихся на поверхности стали в растворах неорганических кислот.
-
Выяснить влияние ИФХАН-92 на кинетику удаления окалины со стали в ходе кислотного травления.
-
На основе выявленных физико-химических закономерностей п.1-3 провести коррозионные испытания ингибитора ИФХАН-92 в растворах соляной и серной кислот при температурах от 0 до 200С и разработать на его основе композиции для защиты низкоуглеродистой стали в этих условиях.
Научная новизна:
Показано тормозящее действие ингибитора ИФХАН-92 на электродные реакции стали в соляной и серной кислотах. С привлечением методов РФЭС, импедансной спектроскопии и классических коррозионных испытаний показан хемосорбционный характер взаимодействия ингибитора с поверхностью стали в растворах неорганических кислот. Установлены состав, структура и защитное последействие поли- и мономолекулярных слоев ИФХАН-92, формирующихся на поверхности стали. Показана возможность применения кинетической модели Ерофеева для описания процесса травления окалины в растворах неорганических кислот в присутствии ингибитора и без него. Впервые показана возможность применения ингибитора ИФХАН-92, производного триазола, для защиты сталей в условиях высокотемпературной кислотной коррозии (до 200С).
Практическая значимость:
Разработаны новые композиции на основе ИФХАН-92 для защиты низкоуглеродистой стали в растворах соляной (до 160С) и серной (до 200С) кислот.
Положения, выносимые на защиту:
-
физико-химические закономерности защиты низкоуглеродистой стали в условиях высокотемпературной кислотной коррозии ингибитором ИФХАН-92;
-
экспериментальные данные по влиянию ингибитора ИФХАН-92 и композиций на его основе на коррозионное и электрохимическое поведение низкоуглеродистых сталей в растворах соляной и серной кислот;
-
данные импедансной спектроскопии по термодинамике и кинетике адсорбции ИФХАН-92 на низкоуглеродистой стали в растворах соляной и серной кислот;
-
результаты РФЭ-исследований состава и свойств защитных слоев ИФХАН-92, формируемых на стали в кислых растворах;
-
кинетические закономерности кислотного травления окалины в ингибированных и неингибированных ИФХАН-92 растворах кислот.
Апробация результатов.
Результаты исследования докладывались на конференциях: Всероссийской конференции «Современные проблемы коррозионно- электрохимической науки», Москва, НИФХИ, 2010; Международной конференции «Фундаментальные аспекты коррозионного материаловедения и защиты металлов от коррозии», Москва, ИФХЭ РАН, 2011; 6-й и 7-й
Московской конференции молодых ученых, аспирантов и студентов ИФХЭ РАН «Физикохимия», Москва, 2011, 2012; Международной конференции «Новые материалы и технологии глубокой переработки сырья - основа инновационного развития экономики России», Москва, ФГУП «ВИАМ», 2012; на ежегодных научных сессиях МПГУ, Москва, 2010 и 2011.
Публикации. Представленные в работе результаты опубликованы в 12 печатных работах, в том числе 7 статьях в журналах, рекомендованных ВАК, 4 материалах и тезисах докладов конференций.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и общих выводов, а также содержит список литературы (184 наименования). Общий объем диссертации составляет 127 страниц, включая указанную библиографию, 30 рисунков и 21 таблицу.
