Введение к работе
Актуальность» Разработка и освоение месторождений нефти и газа с высокий содержанием сероводорода ставит задачу обеспечения высокой работоспособности оборудования, эксплуатирующегося в сероводородсодержащих средах.. Проблема осложняется тем, что сероводород обладает не только сильной коррозионной агрессивностью, но и является стимулятором на-водорояивания сталей, что иожет привести к их охрупчиванию, возникновению в них коррозионных трещин и, как следствие, увеличению опасности преждевременного внезапного выхода из строя металлической конструкции. Все.это требует разработки высокоэффективных методов защиты металлов от разрушения Однако разработка таких методов невозможна без знания механизма процессов, происходящих при взаимодействии металла с агрессивной средой.
В настоящее время ведутся исследования как по разработке ускоренных методов изучения коррозионных процессов, так и по исследованию механизма этих процессов в сероводородсодержащих средах, унифицированных по химическому составу и по диапазону варьирования их окислительно-восстановительных свойств.
В большинстве этих работ объектом исследования является чистое железо. Однако в связи о широким применением в промышленности в качестве конструкционного материала углеродистой стали изучение коррозионного поведения этого материала представляет закную научную и практическую задачу.
Работа выполнена в соответствии с плановой тематикой исследований Института физической химии РАН под номером госрегистрации 0І8500804А9.
Цель работы. Изучить законоиерности протекания парциальных процессов: выделения водорода в газовую фазу, проникновения водорода в металл, растворения стали - и взаииосвязь этих процессов в кислых средах, содержащих и на содержащих сероводород, при различных условиях поляризации с целью выяснения специфики воздействия сероводорода как стимулятора коррозии и наводоронивания углеродистой стали.
Научная новизна. На углеродистой стали в кислых серо-водородсодержащих средах при малых катодных поляризациях выявлены переходы от нестационарных к стационарный кинетическим режимам процесоов выделения газообразного водорода и водородопроницаемости, абсолютные значения скоростей которых проходят через максимум в атой области потенциалов, характеризуя максимальную эффективность катодного наводороживания. Обнаружена аномально высокая, зависящая от концентрации сероводорода, подверженность углеродистой стали в кислых сероводородсодержаащх средах анодному наводороживанию при, малых анодных смещениях потенциала электрода по прошествии инкубационного периода. Полученные закономерности по выделению водорода и водородопроницаеиости интерпретированы как результат селективного растворения углеродистой стали с образованием приповерхностного слоя с дефектной структуройj что приводит к облегчению протекания катодного процесса и объемному нарастающему во времени поглощению атомарного водорода. Обнаружено несоответствие между величиной катодного . токе к скоростью выделения газообразного -водорода в лиолых сероводородсодерхащих средах, в экспериментах со отельным и платиновым катодом по электролизу кислых сероводородсодержащих растворов выявлен выход по току газообразного водорода на уровне 200%. Обнаружено увеличение скорости выделения во-
"5
дорода в газовую фазу при смещении потенциала электрода в анодную область з сернокислых растворах на углеродистой и некоторых низколегированных сталях. Установлено,'что сероводород, значительно увеличивая водородопроницаемость, подавляет выделение водорода в газову» фазу при анодных потенциалах. Показано, что существенную роль в процессах наводороживания и охрупчивания сталей в кислых сероводородсодержащих средах играет наличие углерода в сталях. Обоснована роль концентрации сероводорода з процессе наводороживания углеродистой стали. Показано, что существует определенная граничная концентрация сероводорода, выше которой происходит резкая интенсификация проникновения водорода в металл.
Практическая ценность. Полученные результаты позволяют обосновать выбор методов защиты от наводороживания сталей, эксплуатирующихся в сероводородсодержащих средах.
Положения, выносимые на защиту. I. Кинетика проникновения водороду через мембрану из углеродистой стали в серово- . дородсодержащих растворах серной кислоты в зависимости от концентрации сероводорода и условий поляризации. 2. Кинетические закономерности протекания катодного процесса, на углеродистой стали при различных условиях поляризации электрода. 3. Особенности выделения водорода в газовую фазу на углеродистой стали в сернокислых растворах в анодной области по-? тенциалов. 4. Электрохимическое выделение водорода из кислых сероводородсодержащих.растворов с повыпенным выходои по точу.
Апробация работы. Результаты работы долоаены я обсуждены на нзучио-техничоской конференции "Современные проблемы коррозии и защиты металлов от коррозии в народном хозяйстве" в г. Уфе, 1990 г., на ХЛ Пермской конференции "Коррозия и защита металлов", 1990 г., на коллоквиумах ИФХ РАН.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 3 печатные работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 2 глав, выводов и списка литературы, включающего Ш' осылок. Диссертация изложена на 143 страницах и содержит 36 рисунков и I таблицу.