石油机械缓蚀剂防腐的研究

前言:

现阶段, 对于组成石油机械主要材料的钢铁而言, 采用缓蚀剂来达到其防腐蚀目的是一种高效的措施。同时也为石油工业在经济领域的发展做出了较大的贡献。本文通过研究碳钢等金属材料在不同介质中应用的缓蚀剂类型和搭配比例来阐述缓蚀剂的作用机理和筛选方法[1]。

一、缓蚀剂防腐的优点

1. 节约成本

在碳钢材料中的缓蚀剂用量相对较少, 其浓度一般控制在2%以内。通常以不改变其介质结构的方法来达到高效的防腐作用。有效地节约了缓蚀剂的使用成本。

2. 缓蚀效果明显

在酸性介质中加入缓蚀剂, 可以使碳钢材料的消耗和损坏减少至90%乃至更多。节约了大量的碳钢材料, 减少了其腐蚀程度从而提高石油机械的使用寿命。

3. 缓蚀的针对性增强

由于缓蚀剂的选用具有较高的选择性, 所以对不同的腐蚀体系和防腐蚀介质中的缓蚀剂的选择也具有多样性, 而针对同一腐蚀系统在不同的湿度、温度中缓蚀剂的选择也不尽相同。这使缓蚀剂的选取就更加具有针对性, 提高了缓蚀剂的缓蚀效率[2]。

二、缓蚀剂的防腐的机理和理论

1. 吸附机理

缓蚀剂具有较强的活性。其分子组成大体分为两种, 分别为极性基和非极性基。由于极性基的亲水疏油性, 其通常定向排列在金属表层, 从表层隔离掉容易导致材料腐蚀的水分子和氢离子, 从而使其不易接近材料表面, 有效地起到防腐作用[3]。

2. 成膜机理

缓蚀剂通过与防腐介质或材料表层的致腐离子结合, 在碳钢等金属材质的表层生成一层不易溶解或无法溶解的镀膜。通过将金属材质和外界致腐离子隔离来达到延缓腐蚀的作用。

3. 抑制金属电化过程

通过在腐蚀体系中加缓蚀剂来抑制金属的电极过程, 从化学方面减缓了石油机械的腐蚀过程。缓蚀剂通过同时或分别增加金属阴、阳两极的极化来减缓金属电化腐蚀速度。

4. 缓蚀剂协同作用机理

(1) 酸性介质中的协同机理

在酸性腐蚀介质中, 缓蚀剂在吸附金属表面电荷的离子后, 再吸附不同种类的电荷离子。这样在达到扩大缓蚀剂覆盖面积效果的同时, 对缓蚀效果的增强具有较大的作用[4]。

(2) 中性介质中的协同机理

在中性腐蚀介质中, 通过将不同种类的缓蚀剂进行搭配使用, 使其分子和离子产生难以溶解的的新型沉淀物, 从而加大了防腐离子的覆盖面积, 更加有效地达到防腐效果。

三、缓蚀剂筛选方法

1. 重量法

用Z表示缓蚀剂防腐的缓蚀效率, v0表示缓蚀剂加入前石油机械材料的腐蚀速度, 单位是g/cm2·h, vt表示加入缓蚀剂之后石油机械材料的腐蚀速度, 那么有如下公式

通过收集并测量金属腐蚀的重量来分析评定加入腐蚀剂前后材料的腐蚀速度, 即用重量法来评定缓蚀剂的缓释效率。通过测量腐蚀速度计算出Z的值, 进而研究不同缓蚀剂之间如何搭配使得缓释效果最好。Z的值越小, 缓蚀效果越不明显, 腐蚀离子对金属的氧化速度就越快。反之, Z值越大, 缓蚀效率越高。可通过重量法搭配不同种类的缓蚀剂, 提高缓释效率。

2. 电化学方法

金属腐蚀电流密度和速度之间存在如下公式联系

其中v'代表材料腐蚀的速度, M为被腐蚀金属的原子数量, ic为金属自身腐蚀的电流密度, n代表化学价, F为法拉第常量。由3.1中公式可知, 可以通过测量出ic来计算缓释率Z。从而准确快速的将缓蚀剂进行合理搭配, 提高缓蚀效率[5]。

3. 室内试验筛选

在包括食用水、海水和冷冻盐水等大多数的腐蚀介质中, 金属在其中腐蚀主要是由于氧化引起的。因此, 在此类腐蚀介质中加入镀膜类的缓蚀剂, 例如重铬酸钾和硫酸锌的搭配或者亚硝酸钠等缓蚀剂, 测定加入后这些中性盐水的电化学性质。

4. 现场筛选

(1) 贮气柜的缓蚀剂保护实验

在对固定容量的炼油贮气柜进行缓蚀剂保护试验后可发现, 向贮气柜中加入重铬酸钾和硫酸锌的混合型腐蚀剂的效果最为明显, 可延长设备十年的使用寿命。

(2) 电泵零件缓蚀剂保护实验

对替油电泵零件的防腐措施采用镀膜的化学方法进行。在镀膜前, 用盐酸洗去腐蚀锈迹, 在用盐时加入亚硝酸钠, 有效地减少了碳钢的腐蚀面积。

结论

随着石油工业的不断发展以及石油开采过程中含水量的不断升高, 石油机械也面临着被腐蚀的严重挑战。为了提高石油机械使用的效率、增加石油机械使用的安全性, 通过将缓蚀剂应用到石油机械的防腐领域, 来高效的减缓石油机械器材的腐蚀速度、延长石油机械的使用寿命具有重要作用和意义。

摘要：油田的开采作为工业生产领域中的重要组成部分, 对工业领域的经济发展具有重要作用。伴随着现代工业对石油的依赖和油田含水量的不断上升, 石油机械的腐蚀情况愈加严重。缓蚀剂作为一种有效缓解石油机械腐蚀的材料广泛应用于石油开采的各个领域。本文通过研究缓蚀剂对石油机械防腐的作用机理和防腐理论来提出可行的腐蚀剂评定筛选方法, 为石油机械缓蚀剂的合理选用提供了有效地意见和建议。

关键词：石油机械,缓蚀剂,作用机理,筛选方法,防腐效果

参考文献

[1] 鲍群, 王强, 罗根祥, 时维振.输油管道缓蚀剂现状与发展趋势[J].化工文摘, 2007, 03 (25) :54-57.

[2] 郑学庆.石油机械设备中的防腐检测技术[J].中国石油和化工标准与质量, 2012, 11 (16) :17-19.

[3] 李海燕, 焦英芹, 高洁, 刘蕾.油田生产中缓蚀剂防腐技术研究及应用[J].石油化工应用, 2009, 06 (26) :53-56.

[4] 孟建勋, 王健, 刘彦成, 刘志梅, 刘培培.油气集输管道的腐蚀机理与防腐技术研究进展[J].重庆科技学院学报 (自然科学版) , 2010, 03 (15) :21-23.

[5] 胡家元.碳钢在海水淡化一级反渗透产水中腐蚀机理及防腐方法研究[D].武汉大学, 2013.