Обеспечение безопасной эксплуатации и повышение долговечности нефтяных трубопроводов остается актуальной проблемой. Основная причина аварий на трубопроводах – разрывы труб, вызванные внутренней коррозией. Износ трубопроводов достигает 80 %, поэтому частота их разрывов на два порядка выше, чем на магистральных, и составляет 1,5–2,0 разрыва на 1 км.[1]. Наличие в нефти минеральных солей и воды способствует развитию коррозионных процессов в скважинах, ёмкостях и трубопроводах. Известно, что свыше 70 % аварий приходится на специфическое разрушение в виде «канавочного» износа [2].
Цель настоящей работы – изучить влияние состава некоторых модельных растворов (пластовая вода и 3 % раствор NaCl) на коррозионно-электрохимическое поведение стали 40Х, используемой в производстве нефтяных трубопроводов.
Коррозионные исследования проводили в растворе, соответствующему составу пластовой воды, включающей хлорид натрия (40 мг/дм3) и сульфата натрия (10 мг/дм3) при общей минерализации 50 мг/дм3. В качестве исследуемого материала использовали сталь 40Х (С 0,36-0,44). Стальные образцы площадью S = 10 см2 помещали в раствор пластовой воды и для сравнения – в 3 %-ный раствор хлорида натрия.
Электрохимические измерения проводили потенциодинамическим методом (2 мВ/с) на потенциостате П-5827М. Рабочим электродом служила пластина из стали 40Х с рабочей поверхностью 1 см2. В качестве вспомогательного электрода использовали пластину из платины, а сравнения – хлорсеребряный электрод.
Установлено, что с большей скоростью процесс ионизации железа (основной компонент стали) происходит в 3 % растворе NaCl, чем в пластовой воде. Например, при Е = – 0,35 В плотность тока i = 1,8 мА/см2 для первого раствора и 0,2 мА/см3 – для второго, что очевидно, можно объяснить более заметным активирующим действием Cl- – ионов в растворе с повышенной концентрацией NaCl (3 %), в сравнении с содержанием в пластовой воде. Известно [2], что железо, как и легирующий компонент стали – хром, подвергаются активирующему влиянию Cl- – ионов, снижая коррозионную устойчивость обоих металлов. Анодный процесс образования защитного слоя заменяется анодным процессом образования растворимых соединений металлов с активным ионом FeСl2 и CrСl2.
Процесс коррозии железа в обоих растворах можно представить в виде схемы:
А(-): Fe – 2e = Fe2+ (1)
K(+): O2 + 2H2O + 4e = 4OH- (2)
Была проведена обработка экспериментальных данных для определения эмпирической зависимости, связывающей потенциал и плотность тока. Методом выравнивания доказано, что эта зависимость является экспоненциальной. Параметры зависимости Е – i определяли методом наименьших квадратов. В результате анализа и обработки полученных данных были получены следующие эмпирические формулы:
Е = – 0,39 е-0,15i (3)
(в 3 % растворе NaCl)
Е = – 0,43 е-0,33i (4)
(в пластовой воде)
Построение зависимости Е – i по полученным формулам (3) и (4) показало хорошее совпадение их с экспериментальными кривыми, что позволяет их использовать для расчета скорости коррозии.
Следует отметить, что в присутствии уротропина скорость коррозии заметно снижается (в 1,5–2 раза) как в хлориде натрия (3), так и в пластовой воде.
Таким образом, можно заключить, что в пластовой воде, входящей в состав нефти, наблюдается коррозия стали 40Х с кислородной деполяризацией. В ряде случаев для определения скорости коррозии может быть применен метод построения поляризационных кривых с использованием формул (3) и (4). Установлено заметное снижение скорости коррозии стали в исследуемых коррозионных растворах в присутствии уротропина, который может быть рекомендован в качестве ингибитора коррозии в нефтяных трубопроводах.
Библиографическая ссылка
Спиридонов Б.А., Шаруда В.А. КОРРОЗИОННО-ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ В ПЛАСТОВОЙ ВОДЕ СТАЛИ 40Х, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ НЕФТЯНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 8-5. – С. 975-975;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=7288 (дата обращения: 19.04.2024).