Автор: Валекжанин И.В. , Карачевский Д.Ю. , Носов В.В. , Никонорова А.А. , Ситдиков В.Д.
Исследование диффузионных свойств ингибиторов коррозии в условиях наличия отложений на поверхности металла
DOI: 10.24412/2076-6785-2026-5-64-75
Аннотация
Основная цель работы — количественная оценка влияния минералогического состава отложений, толщины слоя,
температуры и концентрации на эффективность транспорта ингибитора коррозии (ИК) для оптимизации защиты промышленного оборудования. Проведенный анализ показал, что фазовый состав отложений определяет как диффузионную доступность, так и адсорбционную емкость среды по отношению к ингибирующим компонентам. Наиболее значимыми фазами являются гематит (Fe2O3), пирит (FeS2) и сидерит (FeCO3), каждый из которых проявляет принципиально различное поведение в зависимости от своей кристаллической морфологии и химической природы поверхности.
Гематит в исследуемых отложениях присутствует преимущественно в виде рыхлых поликристаллических агрегатов с высокоразвитой пористостью. Данная морфология обусловливает максимальную диффузионную проницаемость: за 72 ч при 25 °C через слой отложения проникает 13,6 % введенного ИК. Потери на адсорбцию минимальны и составляют лишь 11,9 %, что свидетельствует о преобладании слабых физических взаимодействий между ИК и поверхностью оксида железа (III).
Пирит (FeS2) выступает в роли критического диффузионного барьера: степень проникновения ИК не превышает 3,1 % за тот же временной интервал. Одновременно зафиксированы рекордно высокие адсорбционные потери — 58,1 %. Такое поведение обусловлено высокой кристаллической плотностью пиритовых зерен и наличием на поверхности активных центров, способных к необратимому хемосорбционному связыванию молекул ингибиторов.
Сидерит (FeCO3) демонстрирует промежуточные характеристики: проницаемость составляет 5,0 %, а адсорбционные потери — 35,1 %.
Нагрев до 80 °C повышает эффективность транспорта ИК на: +149 % для гематита, +432 % для пирита, +347 % для сидерита. При этом одновременно снижаются адсорбционные потери в 2–6 раз. Увеличение толщины отложений до 3 мм снижает проникновение ингибитора коррозии: в 6 раз для гематита, в 60 раз для пирита, в 6 раз для сидерита, с параллельным ростом адсорбционных потерь до 90 % для пирита. Относительные доли проникшего сквозь и адсорбированного на минеральных отложениях ингибитора коррозии не зависят от начальной концентрации (10–500 мг/л), что упрощает прогнозирование скорости коррозии под отложениями. Результаты обеспечивают научную основу для проектирования систем ингибирования коррозии в нефтегазовом оборудовании.
Материалы и методы
В качестве модельных минеральных фаз использованы синтетические гематит, пирит и сидерит. Исследуемый ингибитор коррозии (ИК) представлял собой промышленный реагент на основе алкилимидазолина. Эксперименты по оценке адсорбции и диффузии ИК сквозь слой отложений проводились с использованием вертикальной двухкамерной диффузионной ячейки из ПТФЭ. Варьируемыми параметрами выступали температура
среды (20–80 °С), толщина слоя минералов (0,5–3 мм) и начальная концентрация ИК (10–800 мг/л). Количественное определение концентрации ИК до и после диффузии осуществляли экстракционно-спектрофотометрическим методом с применением красителя «метилоранжевый».
Ключевые слова
коррозия под минеральными отложениями, диффузия, ингибирование, адсорбция
Вернуться к списку статей
Аннотация
Основная цель работы — количественная оценка влияния минералогического состава отложений, толщины слоя,
температуры и концентрации на эффективность транспорта ингибитора коррозии (ИК) для оптимизации защиты промышленного оборудования. Проведенный анализ показал, что фазовый состав отложений определяет как диффузионную доступность, так и адсорбционную емкость среды по отношению к ингибирующим компонентам. Наиболее значимыми фазами являются гематит (Fe2O3), пирит (FeS2) и сидерит (FeCO3), каждый из которых проявляет принципиально различное поведение в зависимости от своей кристаллической морфологии и химической природы поверхности.
Гематит в исследуемых отложениях присутствует преимущественно в виде рыхлых поликристаллических агрегатов с высокоразвитой пористостью. Данная морфология обусловливает максимальную диффузионную проницаемость: за 72 ч при 25 °C через слой отложения проникает 13,6 % введенного ИК. Потери на адсорбцию минимальны и составляют лишь 11,9 %, что свидетельствует о преобладании слабых физических взаимодействий между ИК и поверхностью оксида железа (III).
Пирит (FeS2) выступает в роли критического диффузионного барьера: степень проникновения ИК не превышает 3,1 % за тот же временной интервал. Одновременно зафиксированы рекордно высокие адсорбционные потери — 58,1 %. Такое поведение обусловлено высокой кристаллической плотностью пиритовых зерен и наличием на поверхности активных центров, способных к необратимому хемосорбционному связыванию молекул ингибиторов.
Сидерит (FeCO3) демонстрирует промежуточные характеристики: проницаемость составляет 5,0 %, а адсорбционные потери — 35,1 %.
Нагрев до 80 °C повышает эффективность транспорта ИК на: +149 % для гематита, +432 % для пирита, +347 % для сидерита. При этом одновременно снижаются адсорбционные потери в 2–6 раз. Увеличение толщины отложений до 3 мм снижает проникновение ингибитора коррозии: в 6 раз для гематита, в 60 раз для пирита, в 6 раз для сидерита, с параллельным ростом адсорбционных потерь до 90 % для пирита. Относительные доли проникшего сквозь и адсорбированного на минеральных отложениях ингибитора коррозии не зависят от начальной концентрации (10–500 мг/л), что упрощает прогнозирование скорости коррозии под отложениями. Результаты обеспечивают научную основу для проектирования систем ингибирования коррозии в нефтегазовом оборудовании.
Материалы и методы
В качестве модельных минеральных фаз использованы синтетические гематит, пирит и сидерит. Исследуемый ингибитор коррозии (ИК) представлял собой промышленный реагент на основе алкилимидазолина. Эксперименты по оценке адсорбции и диффузии ИК сквозь слой отложений проводились с использованием вертикальной двухкамерной диффузионной ячейки из ПТФЭ. Варьируемыми параметрами выступали температура
среды (20–80 °С), толщина слоя минералов (0,5–3 мм) и начальная концентрация ИК (10–800 мг/л). Количественное определение концентрации ИК до и после диффузии осуществляли экстракционно-спектрофотометрическим методом с применением красителя «метилоранжевый».
Ключевые слова
коррозия под минеральными отложениями, диффузия, ингибирование, адсорбция
