Введение к работе
Актуальность темы. В условиях нефтедобычи и нефтепереработки оборудование'трубопроводы, резервуары находятся под воздействием весьма агрессивных сред. Ущерб от коррозии, наносимый нефтедобывающим объединениям исчисляется миллиардами рублей. При этом ликвидация последствий аварий это не только замена разрушенной коррозией части трубопровода, но и затраты на возмещение экологического ущерба и рекультивацию земель.
Агрессивные свойства сред в нефтедобывающей промышленности обусловлены высокой минерализацией воды (до 350 г/л солей), применением кислотной обработки скважин, наличием растворенных газов - кислорода, сероводорода, углекислого газа. Наиболее опасной для сталей является сероводородная коррозия, которая приводит к охрупчивалию стали и её растрескиванию.
Вследствие высокой агрессивности коррозионных сред в нефтедобыче и
нефтепереработке не. всегда возможно обеспечить эффективную защиту от
коррозии традиционными методами - катодной защитой или созданием
изолирующих покрытий.
Одним из наиболее эффективных способов борьбы с сероводородной
коррозией является ингибиторная защита. Применяемые в настоящее время в
нефтедобывающей промышленности ингибиторы коррозии эффективны в
сероводородсодержащих средах лишь при отсутствии растворенного
кислорода.
Поэтому, разработка новых ингибиторов коррозии универсального
назначения, способных работать в высокоминерализованных средах,
содержащих растворенный сероводород и кислород, является актуальной
задачей.
Целью настоящей работы является целенаправленная разработка эффективных ингибиторов сероводородной коррозии стали на основе азот-фосфорсодержащих органических соединений. Изучение механизма их защитного действия и характера взаимодействия с поверхностью. Оценка эффективности ингибирования сероводородной коррозии стали в моделируемых и реальных условиях работы нефтепромыслового оборудования.
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что впервые проведен анализ влияния структуры ингибиторов на их защитные свойства и показано, что наиболее эффективно работающими соединениями являются молекулы с близко расположенными амино- и фосфорильными группами, содержащими длинноцепной углеводородный радикал С$-Сю со стороны фосфорильной группы.
Установлено, что образующиеся защитные пленки ингибиторов являются двухслойными и состоят из плотноупакованного слоя на поверхности металла и последующего рыхлого мицеллярного слоя, прилегающего к нему.
Впервые по данным рентгеноэлектронной и ИК-спектроскопии установлен характер взаимодействия молекул ингибиторов с поверхностью стали. В частности, было показано, что ингибиторы взаимодействуют с ионами железа(Н) на поверхности через фосфорильные группы и аминогруппы за счет электронодонорной пары атома азота. При этом молекулы ингибиторов могут быть моно- или бидентатными лигандами по отношению к ионам железа(Ц).
Установлено, что защитные пленки (формируются из весьма разбавленных растворов (10-50 мг/л) в течение 15-18 часов.
Практическая значимость результатов работы состоит в том, что на основе полученных данных разработано два новых ингибитора сероводородной коррозии стали, проведены их лабораторные и промышленные испытания. Ингибитор "Амфикор" предназначен для работы в сильноминерализованных ссроводородсодержащих средах и обеспечивает защитный эффект не менее 90% в реальных условиях эксплуатации нефтепромыслового оборудования.
Ингибитор- "Альпан" предназначен для работы в ' смешанных
высокЬминерализованных средах, содержащих сероводород и растворенный
кислород. Этот ингибитор обеспечивает защитный эффект не менее 85% при
рабочих концентрациях 40-50 r/м3 в окислительных и кислых средах.
На защиту выносятся: данные о влиянии структуры азот-,
фосфорсодержащих ингибиторов коррозии стали на их защитные свойства;
данные о механизме защитного действия ингибиторов; данные о
взаимодействии молекул ингибиторов с поверхностью стали и характере их
координации на поверхности; результаты лабораторных и промысловых
испытаний защитных свойств разработанного ингибитора "Альпан" в
сопоставлении с прототипом - промышленным ингибитором "Амфикор".
Апробация результатов. Результаты работы докладывались на отчетной научно-технической конференции КГТУ (Казань, 1995-1996 гг.), на XXXI международной конференции по координационной химии (Ванкувер, Канада, 1996г.), на научной сессии памяти профессора И.М.Шермергорна (Казань, 1997г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ: 5 статей, 3 тезиса докладов, 4 патента на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и выводов по работе. Первая из них представляет собой литературный обзор по теме, в котором рассмотрена электрохимическая коррозия углеродистых сталей в сероводородсодержащих средах и ингибиторы коррозии. Вторая глава даёт постановку задачи исследования и рассматривает основные методы исследования. В третьей главе дан анализ защитных свойств азот-, фосфорсодержащих ингибиторов коррозии в зависимости от структурных особенностей их молекул. Особо отмечена роль длинноцепных углеводородных заместителей в молекулах. Четвертая глава посвящена изучению механизма защитного действия азот-, фосфорсодержащих ингибиторов коррозии по данным электронной микроскопии.
