Проведение лабораторной работы.  Приборы и материалы:

 

  Приборы и материалы:

 

− металлические пластинки с лакокрасочным покрытием;

− стеклянный стакан;

− раствор гексацианоферрата калия;

− фильтровальная бумага;

− лупа с увеличением ×10.

 

Описание работы: оценка пористости производится с помощью лупы визуально по подсчёту образующихся синих точек на фильтровальной бумаге, предварительно смоченной раствором гексацианоферрата (III) калия (100 мл дистиллированной воды, 1г - K₃ [Fe(CN)₆]₂ и 10г - NaCl  и затем плотно прижатой к испытуемому образцу. Подсушить листок фильтровальной бумаги при комнатной температуре минут 15÷20 и с помощью карандаша и линейки вычертить площадь в 9 или 16 см2.

 

Пористость П (см ^-2) рассчитывают по формуле:

 

                                                                                                          см                                              (2)

где n - число точек на поверхности покрытия,

S - площадь поверхности покрытия.

За величину пористости принимают средний результат трёх измерений, каждый из которых может отличаться от среднего арифметического не более чем на 10%.

 

Оформление результатов работы

Вычисленное по формуле 1 значение пористости сравнивают со значениями, представленными в таблице 1, и дают оценку защитным свойствам данного лакокрасочного покрытия.

 

 

                      Балл стойкости лакокрасочного покрытия                 Таблица 1

Поры и их количество	Балл стойкости
Отсутствуют	1
До 10	2
От 10 до 100	3
Свыше 100	4
Поры, заметные невооружённым глазом	5

 

Контрольные вопросы

1. Какие существуют неметаллические покрытия на органической основе?

2. Состав, достоинства и недостатки гуммировочных покрытий.

3. Состав, достоинства и недостатки пластмассовых покрытий.

4. Состав, достоинства и недостатки лакокрасочных покрытий.

 

Лабораторная работа №8

 

«ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ  ОТ КОРРОЗИИ С ПОМОЩЬЮ ИНГИБИТОРОВ»

Цель работы: изучение влияния ингибиторов на повышение коррозионной стойкости металлов.

Основные положения

 

Существует много способов борьбы с коррозией металлов, но все они не являются универсальными. Выбор того или иного способа определяется его эффективностью и экономической целесообразностью. Очень часто невозможно целиком предохранить от коррозии металлическую конструкцию с помощью защитных покрытий (например, внутреннюю поверхность труб). В этих случаях уменьшение потерь от коррозии осуществляется ингибиторной защитой.

Федеральными нормами и правилами безопасности в нефтяной и газовой промышленности от 12.03.2013 № 101 и РД 39-132-94 регламентировано при проектировании технологического оборудования и трубопроводов предусматривать наличие герметичных систем ввода ингибиторов коррозии. В проектной документации на разработку месторождения должны быть приведены требования к ингибиторной защите оборудования и труб. В рабочем проекте на бурение скважин должны быть указаны типы ингибиторов, их потребный объем при работах по освоению и испытанию скважин. Оборудование, аппаратура, трубопроводы, а также внутрискважинное оборудование, бурильные обсадные и лифтовые трубы, подверженные воздействию сернистого водорода, должны обеспечиваться ингибиторной защитой. Газораспределительные устройства и установки комплексной подготовки газа должны иметь устройства для подачи ингибитора. Система автоматизации сбора, промыслового и межпромыслового транспорта и подготовки природного газа и газового конденсата должна иметь систему ингибирования трубопроводного транспорта.

Ингибиторной защите от внутренней коррозии подле­жат нефтепроводы, в которых происходит расслоение транспортируемой жидкости на фазы (нефть, воду, газ), а также транс­портирующие эмульсию типа «нефть в воде» и промысловые га­зопроводы. Ингибиторы коррозии можно вводить на всех этапах нефтедобычи.

 

 

Вл ияние ингибиторов на коррозионную стойкость металлов

 

С целью повышения коррозионной стойкости металлов в агрессивную

среду вводят определённые химические соединения – ингибиторы. Ингибиторная защита может применяться как самостоятельный метод борьбы с коррозией, так и в сочетании с другими методами. Существует некоторая условная классификация ингибиторов.

По механизму действия на процесс электрохимической коррозии:

· анодные ингибиторы,

· катодные ингибиторы,

· смешанные ингибиторы.

 

 

 

По химическому составу ингибиторы подразделяются на:

· неорганические,

· органические.

 

По эффективности действия в зависимости от pH среды ингибиторы бывают:

· кислотные,

· щелочные,

· ингибиторы для нейтральных сред.

По условиям применения ингибиторы можно разделить на:

· для растворов,

· летучие ингибиторы.

 

Говоря об ингибиторах коррозии, следует рассматривать конкретную коррозионную среду, так как универсальных ингибиторов не существует.

Механизм защитного действия ингибиторов сводится к экранированию поверхности металла, в результате которого нет доступа агрессивной среды к металлу. Со средой ингибитор не взаимодействует. Защитное действие ингибитора объясняется плёночной и адсорбционной теориями, согласно которым сначала ингибитор адсорбируется на поверхности металла, а затем образуется с металлом химическое соединение, которое в виде плёнки покрывает всю защищаемую поверхность. Хорошими защитными свойствами эта плёнка будет обладать в том случае, если химическое соединение в данной среде не будет растворяться.

Анодные ингибиторы увеличивают анодную поляризацию металла, смещая потенциал анодных участков в положительную сторону. Анодные ингибиторы уменьшают скорость перехода ионов металла в раствор за счёт изоляции анодных участков защитными плёнками.

В качестве анодных ингибиторов используют соли азотной, азотистой, хромовой и бихромовой кислот и другие соединения. Необходимо отметить, что соли хромовой и бихромовой кислот при неправильной их концентрации могут быть опасными и вместо защиты от коррозии вызвать её ускорение.

Катодные ингибиторы уменьшают скорость коррозии за счёт затруднения доступа деполяризатора к поверхности металла и сокращения площади катодных участков вследствие образования экранирующей защитной плёнки.

Катодными ингибиторами являются бикарбонат кальция Са (НСО₃)₂, декстрин, уротропин и другие.

Наиболее эффективными являются ингибиторы смешанного действия, так как они уменьшают скорость анодной и катодной реакций. К ингибиторам смешанного действия относятся силикаты с общей формулой - n SiО₂  Me₂O и полифосфаты - (МеРО₃)_n.

 

 

Защитное действие силикатов и полифосфатов состоит в образовании непроницаемой защитной плёнки на поверхности металла.

Использование ингибиторной защиты требует знания механизма коррозионного процесса и соблюдения условий, обеспечивающих эффективную защиту металла в данной среде. Количественная оценка действия ингибитора на скорость коррозионного процесса характеризуется коэффициентом ингибирования или защитным действием Z

Коэффициентом ингибирования называется отношение скорости коррозии металла в среде не содержащей ингибитора к скорости коррозии того же металла после введения в эту среду ингибитора и вычисляется по уравнению:

 

                                                    (1)

где γ - коэффициент ингибирования;

    K - скорость коррозии металла в отсутствии ингибитора, г/м2 · ч

K_кз -   скорость коррозии металла при наличии ингибитора, г/м2 · ч.

Защитное действие ингибитора определяется по уравнению 2 и выражается в процентах

                                                                    (2)

К наиболее важным факторам, влияющим на эффективность действия ингибиторов, относятся: температура среды, концентрация ингибитора, кислотность среды и взаимное влияние ингибиторов.

Температура среды. Для большинства ингибиторов с увеличением температуры агрессивной среды наблюдается возрастание эффективности действия у, а затем при достижении определённой температуры (60-80°С) снижение. При увеличении концентрации кислоты и концентрации ингибитора максимум ингибиторного эффекта возрастает.

Концентрация  ингибитора. Ингибитора необходимо вводить в количестве достаточном для того, чтобы покрыть поверхность металла мономолекулярным слоем. Для большинства органических ингибиторов характерно с ростом их концентрации до некоторого определённого количества повышение эффективности защитного действия, а затем эффективность не меняется. У неорганических анодных ингибиторов при

 

малых концентрациях наблюдается рост скорости коррозии и только при достижении определённой концентрации наступает резкое уменьшение скорости коррозии вследствие пассивации поверхности металла. Для каждой конкретной системы оптимальную концентрацию ингибитора определяют опытным путём. Однако при эксплуатации промышленный ингибитор может адсорбироваться на образующихся продуктах коррозии, может разрушаться (например, микроорганизмами), осаждаться из раствора или испаряться. Поэтому на практике в первый момент «пуска» ингибиторной защиты вводят избыточное количество ингибиторов в систему, а в дальнейшем осуществляют контроль и восполняют при необходимости добавку ингибитора.

Кислотность среды. Большинство ингибиторов эффективно действуют только при определённых значениях pH раствора. Это связано со стойкостью защитных плёнок или ингибитора. Плёнкообразующие ингибиторы проявляют защитное действие только в таких средах, где наблюдается образование труднорастворимых соединений. Карбонаты и фосфаты эффективно действуют в нейтральных средах, а нитриты, сульфиды, органические соединения и другие - в кислых средах.

Взаимное влияние ингибиторов. Смеси ингибиторов, имеющих одинаковое или близкое химическое строение, обладают, как правило, аддитивностью

(Рис. 1). Но на практике аддитивность встречается очень редко.

Смеси ингибиторов, имеющих разное химическое строение, могут проявлять антагонизм или синергизм.

Антагонизм – это ослабление эффективности действия ингибиторов в смеси. Такие сочетания в системе недопустимы. Примером антагонистического эффекта служит воздействие смеси анилина и хлорида сурьмы на сталь, погруженную в раствор соляной кислоты.

Синергизм – это увеличение эффективности действия ингибиторов в смеси. Синергизм ведёт к достижению большего защитного эффекта, чем при раздельном применении этих ингибиторов. При синергизме можно дорогой ингибитор заменить смесью двух дешёвых.

Синергизм обнаруживается в смесях органических и неорганических веществ, а также в смесях органических соединений с неорганическими соединениями.

Экономическая эффективность применения ингибиторов складывается из таких показателей как:

1 − Увеличение промежутков времени работы деталей между ремонтами, что приводит к снижению расходов на ремонт и увеличивает выпуск продукции за счёт сокращения простоев.

 

 

Рис. 1 - Варианты действия смеси двух ингибиторов:

1 –  аддитивность, 2   –  антагонизм, 3 – синергизм

 

2 − Удешевляет стоимость конструкции вследствие применения углеродистых и низколегированных сталей вместо дорогих коррозионностойких материалов.

3 −   Экономия топлива за счёт улучшения теплообмена, ухудшающегося вследствие отложения продуктов коррозии на стенках теплообменников.

4 − Уменьшение потерь от утечек воды и других жидкостей из-за коррозионных повреждений системы.

В конкретных условиях могут быть учтены и другие факторы, определяющие экономическую эффективность применения ингибиторов. Так, например, можно учесть уменьшение расхода энергии на преодоление гидравлических сопротивлений от накипи и других коррозионных отложений в системах без применения и с применением ингибиторов. На каждый рубль, затраченный на производство ингибиторов, можно получить в итоге пять рублей прибыли.

Резист-ингибирование. Коррозионный ток от действующей коррозионной пары, или ток, вызванный электродной реакцией, проходит сквозь электролит при помощи ионов. Многие лакокрасочные пленки являются трудно проницаемыми для ионов, вследствие чего электрическое сопротивление становится большим, а коррозионный ток уменьшается. Такой способ антикоррозионной защиты называют резист- ингибированием.

Резист-ингибиционные краски производятся из самых устойчивых связующих веществ. Химически отвердевающие эпоксидные краски и эпоксидные смолы являются типичными резист- ингибиционными красками.

Чтобы коррозионный процесс не смог начаться под слоем краски, на подготовку поверхности и адгезию краски с основой обращают особое внимание.

 

Агрессивность сред. По степени агрессивного воздействия нефтегазопромысловые среды подразделяются на невызывающие коррозионное растрескивание (не изменяющие механические свойства металла) –

 

 

неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные, сильноагрессивные - вызывающие коррозионное растрескивание (изменяющие механические свойства металла).

Степень агрессивности воздействия сред на нефтегазопромысловое оборудование и трубопроводы из углеродистых сталей зависит:

§ для газовых сред - от содержания и вида агрессивных компонентов: сероводородов, углекислого газа, кислорода, наличия конденсата водного и углеводородного, влажности, температуры, давления;

§ для водных и нефтяных сред - от наличия и концентрации агрессивных компонентов, взвешанных частиц, скорости движения, температуры, минерализации и рН водной фазы, наличия коррозионно-опасных микроорганизмов.

В последние годы в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности выход из строя металлического оборудования связан с возрастанием добычи сернистых нефтей, содержание Н₂S в которых достигает 500 мг/л. Сероводород обладает уникальными агрессивными свойствами и способствует разрушению металлических конструкций в результате электрохимической, а также химической коррозии и водородного охрупчивания. Интенсивность сероводородной коррозии возрастает с повышением парциального давления сероводорода и концентрации сульфидов.

Появление сероводорода в нефти может быть связано с возбудителями анаэробной коррозии - сульфатвосстанавливающими бактериями (СВБ), ответственными за восстановление сульфатов до сероводорода.

Кислородсодержащие соединения нефти представлены карбоновыми кислотами различного строения, смолистыми соединениями. Содержание кислорода в нефтях колеблется от 0,1 до 1,0 %, сюда же входит и вода, которая может появиться в процессах деструктивной переработки нефти в результате гидрирования кислородсодержащих соединений. Нафтеновые и высшие кислоты (С₁₃ - С₁₈) найдены во всех нефтях, но в незначительных количествах (от сотых долей до 3,0 %) - это сложные многокомпонентные смеси.

Нафтеновые кислоты вызывают коррозию оборудования установок первичной переработки нефти, работающего при 200 - 400 ^оС, затрудняют обессоливание нефти на установках ЭЛОУ. Высоким содержанием нафтеновых кислот отличаются нефти Черноморского и Бакинского районов.

Для газовых и нефтяных месторождений, концентрация углекислого газа в которых может достигать 0,7...1,6 %, характерна также углекислотная коррозия.

Одновременное присутствие в среде сероводорода и углекислого газа усиливает коррозионный процесс.

 

 

 

Основное назначение ингибиторов коррозии - снижение агрессивности газовых и электролитических сред, а также предотвращение активного контакта металлической поверхности с окружающей средой. Ингибитор должен обладать хорошей растворимостью в коррозионной среде и высокой адсорбционной способностью на поверхности металла. К тому же ингибитор должен быть пожаровзрывобезопасным, соответствовать требованиям санитарных норм, быть совместимым с другими реагентами, применяемыми в технологическом процессе, и не влиять на качество и процессы последующей нефтепереработки и др.

Среди применяемых в настоящее время ингибиторов коррозии преобладают органические соединения.

 

 

Отечественные и зарубежные нефтехимические предприятия предлагают для защиты от коррозии нефтегазопромыслового оборудования большую номенклатуру ингибиторов коррозии. Для выбора и использования в конкретных условиях того или иного ингибитора у лица, принимающего решение, имеется информация по стоимости химреагента и результаты лабораторных, стендовых промысловых испытаний. Это определенные по ГОСТ 9.506-87 показатели защитной способности ингибитора - скорость коррозии и степень защиты.