5.2. Водорастворимые ингибиторы коррозии

Водорастворимые ингибиторы коррозии предназначены для антикоррозийной защиты конструкционных металлов нефтепромыслового оборудования и трубопроводов систем сбора и транспорта обводненной нефти, утилизации сточных вод и систем поддержания пластового давления.

Данный тип ингибиторов обладает высоким сродством к водной фазе, обеспечивая надежную защиту поверхности металла в широком интервале обводненности транспортируемой жидкости. Изучая ингибиторы сероводородной коррозии в системе углеводород-электролит, А. А. Гоник показал, что углеводородораетворимые ингибиторы значительно снижают коррозию не только в углеводородной, но и в водной фазе среды, тогда как водорастворимые ингибиторы заметно уменьшают коррозию только в водной фазе, причем при малых концентрациях углеводородораство-римых ингибиторов наблюдалось увеличение коррозионных потерь металла за счет коррозионных поражений в углеводородной фазе [7].

Применение ингибиторов коррозии - наиболее приемлемый метод защиты и действующих конденсатопроводов. Так как скорости движения продукции в них обычно невелики (не более 5 м/с), то режим движения в них расслоенный -• вода течет в нижней части трубы. В этих условиях наиболее эффективны водорастворимые ингибиторы, которые могут снизить скорость коррозии трубопроводов до 0,01 - 0,015 мм/год, обеспечивая защитный эффект до 98 % [7-8].

Необходимо, однако, отметить, что если среда находится в движении, то при водорастворимых ингибиторах коррозии (например, катапина А), способных достаточно прочно закрепляться на защищаемом металле, второй обращенный слой может быть легко удален, а поверхность металла с оставшимся первым слоем молекул становится гидрофобной. В этих условиях введение углеводородной жидкости, избирательно растекающейся поверх ори-ентировааного слоя катапина А, может значительно усилить его защитное действие. Это интересное явление было обнаружено [9] при исследовании ингибирующих свойств катапина А в условиях защиты от коррозии оборудования газоконденсатных скважин. Следует все же подчеркнуть, что хотя некоторые водорастворимые ингибиторы коррозии могут оказывать довольно сильный тормозящий эффект в перемешиваемых средах, нефтерастворимые ингибиторы, обладая большим сродством в отношении избирательного смачивания с углеводородной жидкостью, имеют значительные преимущества перед водорастворимыми. Кроме того, когда содержание воды в коррозионной среде во много раз превосходит содержание углеводородной жидкости, легче и экономически выгоднее создать защитную концентрацию ингибитора в углеводороде, чем в воде [9-10].

Водорастворимые ингибиторы в условиях неперемешиваемой двухфазной среды облегчают процесс гидрофилизации металла, что при недостаточной их концентрации в тонком слое вызывает стимулирование сероводородной коррозии стали [10].

Данный тип ингибиторов образует истинные растворы в воде, но не растворяющиеся в минеральных маслах, - это соединения (или комплекс соединений), вырабатывающиеся в основном химической промышленностью и применяющиеся в виде водных и загущенных растворов, порошков и в виде жидкости для пропитки бумаги и т. д. При введении в безводные минеральные масла и смазки такие ингибиторы не дают коллоидных или истинных растворов, не дают истинных или коллоидных растворов в безводных углеводородных средах. В зависимости от применяемых методов водорастворимые ингибиторы вводят в масла и смазки в виде частиц размером от нескольких микронов до нескольких миллиметров. Чем гуще углеводородная основа, тем устойчивее такая система с введенными водорастворимыми ингибиторами [11].

По химическому составу водорастворимые ингибиторы делятся на неорганические и органические. Неорганические ингибиторы -соли тех или иных неорганических кислот - доступные вещества., вырабатываемые химической промышленностью. Наиболее широко применяются нитрит натрия, хроматы, фосфаты и силикаты [11].

Водорастворимые ингибиторы коррозии вводят в смазочно-охлаждающие жидкости, пластичные смазки, тонкопленочные покрытия и специальные составы, используемые в качестве охлаждающих, тормозных и гидравлических жидкостей, а также для ингибирования систем «нефть-вода» и «нефтепродукт-вода» [12].

Водорастворимые ингибиторы коррозии делятся на неорганические (нитрит натрия, хроматы и бихроматы, фосфаты, смеси неорганических солей) и органические (нитриты и хроматы органических аминов; бензоаты аммония, натрия, моноэтаноламина, триэтаноламина; уротро-пин> морфин, бикарбонаты органических аминов; продукты оксиэтилирования или оксипропилирования фенола или алкилфенолов; бензотриазол и его производные; меркаптобензотриазол и его производные). Они имеют ограниченное применение вследствие недостаточной стабильности, избирательности защиты (при защите черных металлов усиливают коррозию цветных) и из-за ограничений концентраций (при концентрациях ниже критической усиливают коррозию металла) [12].

К неорганическим водорастворимым ингибиторам коррозии можно отнести и аммиак, который широко применяется для защиты от коррозии оборудования нефтеперерабатывающих заводов [13], танкеров и нефтехранилищ как составная часть многих комплексных ингибиторов, а также для снижения коррозии, вызываемой при сгорании сернистого топлива [14].

Широко применяются неорганические водорастворимые ингибиторы коррозии: нитрит натрия, фосфаты, бура, хроматы, силикаты [15]. Однако использование водорастворимых ингибиторов коррозии в смазках не перспективно. Рассматриваемые варианты влияния водорастворимых ингибиторов коррозии на электрохимические коррозионные процессы не учитывают физико-химических явлений адсорбции и хемосорбции.

Под углеводороде - и водорастворимыми ингибиторами коррозии следует понимать такие реагенты, которые коллоидно растворяются в полярной или неполярной фазе гетерогенной среды [13].

В последнее время исследованы некоторые водорастворимые ингибиторы коррозии стали в 30 % - ном растворе СаС1₂, которые в несколько раз снижают скорость коррозии в среде природного газа [14].

Механизм действия иона NO₂ в водорастворимых ингибиторах коррозии детально изучен [16].

В последнее время предложены загущенные растворы водорастворимых ингибиторов коррозии, в частности нитрата натрия, в которых вместо глицерина, крахмала или этилцеллюлозы в качестве загустителя использован ксилит [15]. Одним из самых важных недостатков почти всех водорастворимых ингибиторов коррозии (неорганических и органических) является избирательность их защитного действия. Так, большинство из них, защищая черные металлы, не защищают цветные металлы (медь, цинк, алюминий, различные сплавы) или даже стимулируют их коррозию [13]. Качество консервации доступных для осмотра поверхностей, водорастворимыми ингибиторами коррозии контролируют также визуально. Не допускается наличия непокрытых ингибиторами участков или сползание консервирующего раствора с плохо обезжиренных поверхностей. При обнаружении таких участков проводят повторное обезжиривание и нанесение того же консервационного состава [13]. В качестве пленкообразователей для лакокрасочных материалов с водорастворимыми ингибиторами коррозии применяются натуральная олифа, масляные лаки, алкидные олигомеры - модифицированные и немодифицированные. При введении, ингибиторов коррозии в олифу, масляные и алкидные лаки защитные свойства покрытий на основе этих пленкообразующих веществ повышаются. Так, при введении хромата гуанидина в-олифу защитное действие покрытия толщиной 20 мкм возрастает более чем в 30 раз. Пленка алкидного лака защищает металл от коррозии в условиях 100 % - ной относительной влажности воздуха при 20° С в течение 2 - 3 месяцев; при введении в этот лак хромата гуанидина защитное действие покрытия возрастает до 15 лет [17].

По функциональным свойствам активных групп и механизму действия водорастворимые ингибиторы коррозии делятся на анионоактивные, катионоактивные и неионогенные, а также на ингибиторы анодного, катодного и смешанного типов. По составу это водно-восковая дисперсия, содержащая поверхностно-активные вещества и водорастворимые ингибиторы коррозии, а также церезин и парафин.

Если в состав защитной пленки с низкой адгезией к металлу включен водорастворимый ингибитор коррозии или если сам электролит, проникающий через пленку смазочного материала содержит водо - или водомаслорастворимые ингибиторы, то торможение электрохимической коррозии будет проходить по детально изученным механизмам ингибирования в водных средах в результате торможения анодной и (или) катодной реакции коррозионного процесса [18].

В прошлом веке была разработана технология и получены опытные партии водорастворимого ингибитора коррозии ИКБ-4-1 который в обычных условиях представляет собой темно-коричневую жидкость почти без запаха, с температурой застывания от 10 до - 20° C. Необходимо, однако, отметить, что если среда находится в движении, то при водорастворимых ингибиторах коррозии (например, катапина А), способных достаточно прочно закрепляться на защищаемом металле, второй обращенный слой может быть легко удален, а поверхность металла с оставшимся первым слоем молекул становится гидрофобной. В этих условиях введение углеводородной жидкости, избирательно растекающейся поверх ори-ентировааного слоя катапина А, может значительно усилить его защитное действие. Это интересное явление было обнаружено [9] при исследовании ингибирующих свойств катапина А в условиях защиты от коррозии оборудования газоконденсатных скважин. Следует все же подчеркнуть, что хотя некоторые водорастворимые ингибиторы коррозии могут оказывать довольно сильный тормозящий эффект в перемешиваемых средах, нефтерастворимые ингибиторы, обладая большим сродством в отношении избирательного смачивания с углеводородной жидкостью, имеют значительные преимущества перед водорастворимыми [10]. Наличие на поверхности металла под пленкой ПИНС незначительного количества водорастворимых (гидрофильных) веществ, а также присутствие на поверхности металла или в объеме пленки микрообъемов электролитов с повышенной концентрацией водорастворимых веществ (например, водорастворимых ингибиторов коррозии, сольватированных ионов щелочных гидрофильных металлов, гидрофильных пигментов или наполнителей) за счет осмотического давления резко усиливает диффузию электролита (воды) с поверхности пленки, где концентрация электролита существенно ниже.

Наряду с традиционными мерами борьбы с коррозией металла, такими, как разработка конструкций и деталей из нержавеющих сплавов, электрохимическая защита, использование металлических и лакокрасочных покрытий, осушка воздуха, тара и упаковка, летучие и водорастворимые ингибиторы коррозии, в последние годы все большее значение приобретают кон-сервационные и рабоче-консервационные горюче-смазочные материалы [18].

На основании исследований солюбшшзирующих и стабилизирующих свойств поверхностно-активных веществ (водомаслораствори-мых сульфонатов) было разработано защитное эмульсионное масло ЗЭМ следующего состава: 30 - 40 % масляного раствора водомаслорастворимого сульфоната натрия; 40 - 30 % масляного раствора, маслорастворимого ингибитора коррозии; 5 - 10 % противоизносной, антикоррозионной и противоокиелительной присадки (маслорастворимой); 5 % водорастворимых ингибиторов коррозии; остальное количество составляла вода [10].

Некоторые маслорастворимые ингибиторы коррозии, так же как водорастворимые органические ингибиторы коррозии, могут, очевидно, влиять на электрохимическую коррозию металла путем избиратель ного торможения анодного или катодного процессов. Такой механизм типичен для водорастворимых ингибиторов коррозии, неорганических и органических, контактных и летучих [18]. Водорастворимые ингибиторы в смазочно-охлаждающих жидкостях для механической обработки металла.

Вещества, входящие в состав таких эмульсолов - эмульгаторы и стабилизаторы (спирты, вода), не являются защитными веществами и эмульсии, приготовленные на таких эмульсолах, вызывают коррозию как станков, так и обрабатываемых деталей. Чтобы избежать этого, в водные эмульсии вводят водорастворимые ингибиторы коррозии - нитриты, фосфаты, силикаты.

Нитрит натрия выпадает в осадок, что делает - затруднительным применение этой смазки. Таким образом, маловязкие масляные среды и маслорастворимые ингибиторы коррозии сочетать с водорастворимыми ингибиторами коррозии лучше всего, применяя эмульгаторы и водные коллоидные системы - эмульсионные масла.

Топливная аппаратура двигателей, а также емкости для хранения топлива; корродируются агрессивными компонентами топлив. Проблема защиты металла, контактирующего с топливом, не может быть решена применением только водорастворимых ингибиторов коррозии [18].