Способ применения ингибиторов

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………...2

Методы защиты от коррозии……………………………………………………..3

Ингибиторы………………………………………………………………………..5

Классификация ингибиторов  коррозии………………………………………….7

Способ применения ингибиторов………………………………………………10

Заключение…………………………………………………………………….…15

Список  литературы………………………………………………………………16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Самопроизвольно протекающий  процесс разрушения металлов в результате взаимодействия с окружающей средой, происходящий с выделением энергии и рассеиванием вешества, называется коррозией.     

Коррозионные процессы протекают необратимо в соответствии со вторым началом термодинамики. Медленное выделение тепловой энергии почти без повышения температуры или электрической энергии с ничтожно малыми разностями потенциалов не дает возможности использовать выделяющуюся энергию — происходит рассеивание энергии. Продукты коррозии, как правило, рассеиваются в процессе эксплуатации металлических конструкций, что ведет к росту энтропии. Необратимые коррозионные процессы наносят большой вред народному хозяйству.

Создан Международный  институт коррозии и защиты металлов, координирующий работы в этой области, ведущиеся во всех странах. Подсчитано, что около 20% ежегодной выплавки металлов расходуется в коррозионных процессах. Большой вред приносит коррозия в машиностроении, так как из-за коррозионного разрушения какой-нибудь одной детали может выйти из строя машина, стоящая нередко десятки и сотни тысяч рублей. Коррозия снижает точность показаний приборов и стабильность их работы во времени. Незначительная коррозия электрического контакта приводит к отказу при его включении. Ежегодно в России на нефтепромыслах происходит около 70 тыс. аварий трубопроводного транспорта, 90% из которых являются следствием коррозионных разрушений. Меры борьбы с коррозионными процессами являются актуальной задачей современной техники. [1]

 

 

 

 

Методы защиты от коррозии

          Проблема защиты металлов от  коррозии возникла почти в  самом начале их использования.  Люди пытались защитить металлы  от атмосферного воздействия  с помощью жира, масел, а позднее  и покрытием другими металлами  и, прежде всего, легкоплавким  оловом. В трудах древнегреческого  историка Геродота (V век до нашей  эры) уже имеется упоминание  о применении олова для защиты  железа от коррозии.

Задачей химиков было и  остается выяснение сущности явлений  коррозии, разработка мер, препятствующих или замедляющих её протекание. Коррозия металлов осуществляется в соответствии с законами природы и поэтому  ее нельзя полностью устранить, а  можно лишь замедлить. 
В зависимости от характера коррозии и условий ее протекания применяются различные методы защиты. Выбор того или иного способа определяется его эффективностью в данном конкретном случае, а также экономической целесообразностью.

Современная защита металлов от коррозии базируется на следующих  методах: 

 

- повышение химического сопротивления конструкционных материалов;

- изоляция поверхности металла от агрессивной среды;

- понижение агрессивности производственной среды; 

- снижение коррозии наложением внешнего тока (электрохимическая защита).  

Эти методы можно разделить  на 2 группы. Первые 2 метода обычно реализуются  до начала производственной эксплуатации металлоизделия (выбор конструкционных  материалов и их сочетаний еще  на стадии проектирования и изготовления изделия, нанесение на него защитных покрытий). Последние 2 метода, напротив, могут быть осуществлены только в ходе эксплуатации металлоизделия (пропускание тока для достижения защитного потенциала, введение в технологическую среду специальных добавок-ингибиторов) и не связаны с какой-либо предварительной обработкой до начала использования.

Вторая группа методов  позволяет при необходимости  создавать новые режимы защиты, обеспечивающие наименьшую коррозию изделия. Например, на отдельных участках трубопровода в зависимости от агрессивности  почвы можно менять плотность  катодного тока. Или для разных сортов нефти, прокачиваемой через  трубы, использовать разные ингибиторы.[2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ингибиторы

Применение ингибиторов  – один из самых эффективных способов борьбы с коррозией металлов в  различных агрессивных средах. Ингибиторы – это вещества, способные в  малых количествах замедлять  протекание химических процессов или  останавливать их. Название ингибитор  происходит от латинского inhibere, что означает сдерживать, останавливать. Ещё по данным 1980 года, число известных науке ингибиторов составило более пяти тысяч. Ингибиторы дают народному хозяйству немалую экономию.

Ингибиторы коррозии - вещества, введение которых в небольшом количестве в агрессивную среду тормозит процесс коррозионного разрушения и изменение механических свойств металлов и сплавов.

Широкое применение ингибиторов  коррозии в нефтяной и газовой  промышленности объясняется тем, что  в процессе добычи, подготовки и  транспортировки нефти, газа и воды оборудование и сооружения, изготовленные  в основном из конструкционных углеродистых сталей, эксплуатируются в условиях агрессивных коррозионных сред.

Отличительная черта метода защиты конструкций от коррозии с  помощью ингибиторов - это возможность при небольших капитальных затратах замедлять их коррозионное разрушение, даже если эти конструкции или оборудование давно находилось в эксплуатации. Кроме того, введение ингибиторов в любой точке технологического процесса может оказать эффективное защитное действие и на оборудование последующих стадий (подготовки и транспортировки продукции).

Ингибиторная коррозия может  быть применена как самостоятельный  метод защиты от коррозии, а также  в сочетании с другими методами- как комплексная защита.

Количественная оценка действия ингибитора ( при определенной его  концентрации в среде) на скорость коррозионного  процесса характеризуется эффективностью защитного действия z или коэффициентом ингибирования γ.Эффективность защитного действия ингибитора определяют на основании результатов лабораторных или промысловых испытаний по уравнению :

Z=(K_м-K_ми)/К_м*100%,

где К_м-скорость коррозии металла в коррозионной среде, не содержащей ингибитора, г/(м²*ч);

К_ми- скорость коррозии металла в тех же условиях, но при наличии в среде ингибитора, г/(м²*ч).

Коэффициент ингибирования  определяется по уравнению γ=К_м/К_ми.[3]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Классификация ингибиторов  коррозии

 

По  типу среды ингибиторы коррозии различают:

- ингибиторы нейтральных  коррозионных сред;

- атмосферной коррозии;

- ингибиторы кислых сред;

- сероводородной коррозии;

- ингибиторы нефтяных  сред.

В разных коррозионных средах один и тот же ингибитор может  вести себя совершенно по-разному. 

 

Классификация ингибиторов  коррозии по механизму действия:

- пассивирующие ингибиторы;

- адсорбционные ингибиторы.

 

По характеру защитного  действия различают ингибиторы анодные, катодные, смешанные.

 

По химической природе  ингибиторы делятся на: летучие, органические, неорганические.

Адсорбционные ингибиторы коррозии адсорбируются на поверхности защищаемого изделия, образуя пленку, и тормозят электрохимические реакции. Иногда достаточно образование тонкой мономолекулярной пленки. Адсорбционными ингибиторами чаще всего являются ПАВ (поверхностно-активные вещества), а также органические соединения. При  воздействии на изделие они дополнительно усиливают защитные свойства оксидной пленки. Поэтому можно сделать вывод, что наличие  в коррозионной среде кислорода способствует увеличению защитного  эффекта адсорбционных ингибиторов коррозии. Если же оксидная пленка неустойчива -  затрудняется адсорбция ингибитора на поверхности металла, кислород дополнительного влияния не оказывает. 

 

Пассивирующие ингибиторы коррозии играют важную роль при образовании на поверхности металла защитной пленки, которая пассивирует ее. Пассиваторами чаще всего   являются неорганические соединения, обладающие окислительными свойствами (нитриты, молибдаты, хроматы). При обработке поверхности этими веществами коррозионный потенциал сдвигается к положительной стороне. Пассивирующие соединения считаются более эффективными, чем большая часть  непассивирующих.

Неорганические ингибиторы коррозии используются чаще всего. К ним относятся некоторые пассиваторы, катодные, анодные, пленкообразующие ингибиторы и т.д. К неорганическим ингибиторам коррозии относятся фосфаты, бихроматы, хроматы, нитриты, полифосфаты, силикаты и т.д.

Органические ингибиторы коррозии считаются веществами смешанного действия. Они замедляют катодную и анодную реакции. Очень часто их используют при кислотном травлении. При этом различные загрязнения, ржавчина, окалина удаляются с поверхности, а основной металл не растворяется. Защитный эффект органических ингибиторов зависит от их концентрации, температуры, природы соединений.

         Чаще всего в состав органических ингибиторов входит кислород, азот, сера. Они адсорбируются исключительно на поверхности металла. К органическим ингибиторам относятся некоторые летучие, амины, органические кислоты и  их соли, меркаптаны (тиолы) и др.

         В нефтяной и газовой промышленности в настоящее время преимущественно применяют высокомолекулярные органические ингибиторы на основе алифатических и ароматических соединений, имеющих в своем составе атомы азота, серы и кислорода с кратными связями.

Ингибиторы для защиты от коррозии используются в нефтегазовой отрасли с 1940-х годов. Ингибиторы чаще всего выражаются в частях на миллион: обычно от 15 до 50 граммов на тонну жидкости. Системы промысловых  трубопроводов похожи на ветви дерева: они расходятся в разных направлениях из одной точки. Поэтому добавление ингибитора на входе в трубопровод  позволяет защитить его по всей длине  на расстоянии до нескольких сотен  километров. На рисунке 1 видно как  влияет добавление ингибитора коррозии на внутреннюю поверхность труб.

Рисунок 1- Влияние ингибитора коррозии на поверхность труб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Способ применения ингибиторов

Защита от коррозии ингибиторами основана на свойстве этих веществ или их смесей уменьшать скорость коррозионного  процесса или полностью его подавлять  при введении их в незначительных концентрациях в коррозионную среду.

Для каждого вида агрессивной среды  следует подбирать соответствующий  ингибитор. Тормозящее действие любых ингибиторов коррозии вызывается действием их на кинетику электрохимических реакций, обусловливающих коррозионный процесс.

В большинстве теорий защитного  действия органических ингибиторов  принимается, что физическая адсорбция  — первый этап при формировании защитной пленки.

После насыщения ингибитором более  активных участков начинается его адсорбция  на менее активных участках, что  ведет к образованию на металле  сплошных пленок с высокой экранирующей способностью.

Оба эти процесса идут одновременно: хемосорбция происходит на активных участках, а оставшаяся часть поверхности  покрывается ингибитором за счет слабых физических сил.

При этом возможно образование координационных (ковалентных) связей молекул ингибитора с поверхностными атомами металла, поэтому ингибитор действует как донор электронов, а металл — как их акцептор.

Заключительным этапом при этом является адсорбция молекул ингибитора на поверхности металла и образование  гидрофобной пленки.

При адсорбции молекул ингибитора на поверхности металла образуется барьер, препятствующий протеканию электродных  реакций. Замедление коррозии существенно  зависит от показателя растворимости  ингибитора в агрессивной среде.

Поэтому стойкость защитной пленки повышается с увеличением молекулярной массы применяемого органического  ингибитора коррозии.

При исследовании эффективности некоторых  азотсодержащих ингибиторов коррозии было установлено, что такие вещества способны увеличивать смачиваемость защищаемой поверхности металла углеводородом (нефтью).

Иногда покрытие адсорбировавшегося на металле слоя ингибитора пленкой  нефти, способствующее утолщению экранирующего  слоя, вообще предопределяет получение  высокого защитного действия.

Использование нефтерастворимых органических ингибиторов коррозии предпочтительнее.

Основные технические  требования к ингибиторам коррозии

К качественным показателям свойств  ингибиторов коррозии относятся  характеристики, дающие представление  о простоте, безопасности, экономичности  их применения в том или ином технологическом  процессе добычи нефти и газа.

Определяющий показатель каждого  ингибитора коррозии — его защитное действие.

Для сред, встречающихся в нефтегазодобывающей  промышленности, наиболее перспективны ингибиторы, обладающие защитным действием  более 90%.

Поэтому экономическую целесообразность применения ингибитора в каждом конкретном случае следует оценивать с учетом его цены и технико-экономических  характеристик защищаемой системы.

Обладая высоким защитным действием, ингибитор не должен способствовать локализации коррозионных процессов, ухудшать механические свойства защищаемых металлов.

Вязкость и температура застывания ингибитора — важные характеристики, они должны обеспечивать возможность  применения ингибитора в состоянии  поставки во всех климатических зонах  страны.

Наиболее полно ингибитор характеризуется  зависимостью вязкости от температуры.

Однако уменьшение температуры  застывания достигается в основном за счет применения низкозамерзающих растворителей, что приводит к уменьшению содержания в товарном ингибиторе основного  вещества и соответственному увеличению расхода ингибитора для достижения необходимой степени защиты.

Ингибиторы коррозии не должны быть высокотоксичными соединениями.

Ингибиторы не должны иметь резкого, раздражающего, стойкого запаха.

В руководящих документах указываются  индивидуальные средства защиты, требования к вентиляции рабочих мест, меры первой помощи при попадании ингибитора на кожу, в глаза, в пищевод, а также  способы сбора разлитого продукта, меры предосторожности при этом, воздействие  на окружающую среду и биоразлагаемость реагента.

В инструкциях по применению ингибиторов  указываются вредные вещества, образующиеся при горении, средства тушения и  индивидуальные средства защиты при  тушении.

Ингибиторы коррозии должны сохранять  свои защитные свойства и физико-химические характеристики минимум в течение  года при хранении в неотапливаемых помещениях и на открытых площадках.

Перечисленные свойства относятся  ко всем ингибиторам независимо от их конкретного назначения.

Применительно к условиям подготовки нефти и сточных вод на нефтепромыслах существуют два возможных метода ввода ингибиторов в агрессивную  среду: подача углеводородорастворимого ингибитора совместно с де-эмульгатором в поступающую на обработку нефть с промыслов; не исключено при этом, что возникает необходимость введения и других поверхностно-активных реагентов, усиливающих переход ингибитора вместе с нефтью в водную фазу; подача водорастворимого или вододиспергируемого ингибитора непосредственно в подготовленную для закачки в пласт сточную воду.

При расчете потребности в ингибиторах  следует учесть, что системы добычи нефти, ее сбора, подготовки и утилизации воды представляют собой единую технологическую  цепочку и за счет обработки ингибитором  добывающих скважин уменьшается  в какой-то мере расход ингибитора в  системе сбора нефти, а подача ингибитора в систему сбора позволяет  сократить его расход в системе  утилизации сточной воды.

Установка для закачки  ингибиторов

1. Способ ввода ингибиторов  в коррозионно-активную среду  зависит от конструкции защищаемого  оборудования. Так, в трубопроводы  наземных выкидных линий, водоводов  сточных вод ингибитор закачивают  через распределительную головку  с помощью дозировочного насоса. Для защиты от коррозии глубинного  оборудования ингибитор залавливают  в кольцевое межтрубное пространство  скважины при помощи агрегата  типа "АзИНМАШ".

2. Установка для закачки  ингибитора коррозии (рисунок 2) включает две емкости для растворения ингибитора. В нижней части емкостей расположены змеевики для подогрева раствора ингибитора. В первую емкость загружают расчетное количество ингибитора и растворителя (нефти, пластовой воды, технической воды и др.), затем при помощи центробежного насоса в течение четырех часов перемешивают раствор, подавая его из емкости 1 в дозировочную емкость 2. Перемешанный ингибитор дозировочными насосами типа РПН подают в распределительную головку, вмонтированную в технологический трубопровод.

3. Ингибитор вводят в  трубопровод на расстоянии 10 м  до первого байпаса (по направлению  технологического потока). [4]

Рисунок 2- Схема установки для закачки ингибитора:

1 - дозировочная емкость; 2 - насос дозировочный; 3 - насос центробежный; 4 - емкость для перемешивания; 5 - распарочная емкость для подогрева опытных партий ингибиторов, затаренных в бочки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Нефтяная промышленность, по всей вероятности, — самый крупный  потребитель ингибиторов коррозии. Она применяет огромные количества этих материалов, причем на различных  стадиях переработки, начиная от добычи и кончая использованием нефтепродуктов потребителем. Широкая область использования  ингибиторов обусловлена коррозионной природой жидкостей, чаще всего воды, а также газов. Применение ингибиторов коррозии является единственным методом защиты действующего нефтепромыслового оборудования по всей технологической линии - от эксплуатационных до нагнетательных и поглощающих скважин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1.Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. – М.: Высшая школа, 1980.

2. Гутман Э.М. Защита  нефтепромыслового оборудования  от коррозии. – М.: Недра, 1983.

3. Саакиян Л.С. Защита нефтепромыслового оборудования от коррозии. – М.: Недра, 1985.

4. Инструкция по защите от коррозии внутрипромыслового оборудования при помощи ингибиторов отечественного производства– РД 39-0147014-348-89, Куйбышев ,1989.