Состав ингибиторов коррозии

Коррозия остается значимой проблемой для нефтегазовой промышленности, многие малые и крупные инциденты полностью или косвенно связаны с коррозионными поражениями. Нефте- и газопроводы, которые выполняют функцию транспортировки нефти и газа от скважин до перерабатывающих установок, подвержены постоянной угрозе коррозии с момента ввода в эксплуатацию. Приблизительно общие ежегодные затраты на борьбу с коррозией достигают 1,372 млрд. долларов. Внутренняя коррозия трубопроводов представляет особую угрозу на начальных этапах разработки месторождений. С 1990 по 2012 год было зарегистрировано более 9000 случаев сбоев, обусловленных внутренней коррозией, что составляет 54,8% всех случаев разливов. Нефтегазовые компании в США ежегодно тратят более 1,052 млрд.  долларов на борьбу с внутренней коррозией. Учитывая эти проблемы, актуальна разработка эффективных подходов к предотвращению коррозии.

Анод и катод — это два ключевых элемента процесса коррозии, часто используемые для иллюстрации переноса зарядов между железом и электролитом, а также на поверхности самого железа. Во время коррозии ионы металла перемещаются из активного центра (анода) в раствор и передают электроны от металла, находящегося в менее активном центре (катоде), к акцептору. Акцепторами электронов служат окислители, такие как кислород или ионы водорода, которые обеспечивают катодный процесс.

Анодный элемент корродирует в процессе окисления, в то время как катодный элемент также подвергается деградации, но без образования продуктов коррозии. В процессе добычи нефти и газа ионы Fe₂+ образуются на аноде при переходе железа из стали в раствор. Эти ионы вступают в реакцию с кислородом, сероводородом или диоксидом углерода, образуя продукты коррозии, как показано ниже. Дополнительные электроны перемещаются с анода на катод, где при восстановлении воды образуются гидроксильные ионы. Если кислород отсутствует на катоде, ионы водорода расщепляются на газообразный водород. Анодные и катодные области ‑ это зоны на внешней поверхности металла, имеющие различный электрический потенциал.

Одним из методов, применяемых для минимизации коррозии в нефтяной промышленности, являются ингибиторы коррозии. Чтобы достигнуть оптимального эффекта, ингибиторы должны добавляться в концентрации, превышающей определенный минимальный порог. Состав ингибиторов коррозии подбирается исходя из предполагаемых условий эксплуатации. Помимо ингибиторов, также существуют различные методы борьбы с коррозией, такие как катодная защита, органические покрытия и применение коррозионностойких сплавов. Тем не менее, пленкообразующие ингибиторы коррозии остаются распространенным решением для защиты в агрессивных средах.

В соответствии с распространением концепции «зеленой» химии в науке и инжиниринге, происходит сдерживание применения традиционных ингибиторов коррозии. Внедряются идеи и концепции для уменьшения загрязнения окружающей среды и создания экологически чистых химических реагентов. В поддержку этого тренда начинают меняться химический состав ингибиторов коррозии. Создаются композиции на основе растительных экстрактов, химических средств и ионных жидкостей. Эти «зеленые» ингибиторы, действующие через адсорбцию на поверхности металла, предотвращают развитие коррозии. Минералы и фенольные соединения также важны. Однако эффективность ингибиторов коррозии зависит от множества факторов, включая их концентрацию, степень диспергирования, скорость адсорбции, температуру, устойчивость образующейся пленки, рН, реологический состав жидкости.

Проблемы коррозии усиливаются, особенно в нефтегазовой отрасли. Чтобы смягчить воздействие этой проблемы, специалисты по коррозии разработали разнообразные методы, включая ингибиторы коррозии, катодную защиту и ингибиторы коррозии на основе красок. Большинство применяемых ингибиторов коррозии являются органическими и неорганическими композитами. Органические ингибиторы снижают скорость коррозии через процесс адсорбции, тогда как неорганические предотвращают коррозию путем взаимодействия с анодной или катодной частью коррозионного процесса.

Тенденция на экологичность ингибиторов понятна, например вещества бензотриазолы входящие в состав ингибиторов коррозии для предотвращения коррозии теплообменников, могут отравлять морских обитателей даже при концентрациях ≈ 0,3%. Однако органические ингибиторы не устойчивы к температурам выше 95 °C, а их применение также может быть достаточно дорогостоящим. Неорганические ингибиторы коррозии напротив устойчивы при высоких температурах на протяжении длительного времени и стоят дешевле органических, но также имеют свои недостатки. Неорганические ингибиторы утрачивают эффективность при взаимодействии с кислотными растворами. Несмотря на их эффективность при высоких концентрациях, они неизбежно оказывают негативное воздействие на окружающую среду. В настоящее время ведутся обширные исследования в области использования компонентов растительного происхождения в качестве ингибиторов коррозии, поскольку они представляют собой доступный и недорогой вариант.