咪唑啉衍生物对液固两相流体系弯头的缓蚀行为研究

作     者：徐亚洲 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：李自力;刘建国

授予年度：2018年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：咪唑啉 弯头 冲刷腐蚀 缓蚀行为 缓蚀作用 

摘      要：矿场集输管道中经常出现固/液/气的多相流动,再加上溶解CO使介质呈现弱酸性,管道内壁在电化学腐蚀和机械磨损的联合作用下壁厚减薄加剧、泄漏风险增加,尤其是在弯头、三通等流向改变部位。添加咪唑啉缓蚀剂是油气田常用的抑制管道内腐蚀的方法之一,但对咪唑啉缓蚀剂抑制弯头冲刷腐蚀的缓蚀机制和影响因素仍缺乏深刻认识。因此,有必要研究咪唑啉缓蚀剂作用下弯头的冲蚀和缓蚀行为,这对保障集输系统的安全运行具有重要意义。本文以量子化学计算为指导,实验室合成了一种咪唑啉衍生物并表征其分子结构;通过失重法、电化学测试、表面分析等手段研究了温度、浓度对缓蚀作用的影响,分析其缓蚀机理;采用小试样失重法、电化学阻抗谱法和表面分析技术研究了液固两相流体系中咪唑啉缓蚀剂对水平弯头不同微区的冲蚀和缓蚀行为,定量分析了不同微区纯腐蚀速率、纯冲刷速率和交互作用速率对弯头冲蚀损伤的贡献,研究了咪唑啉衍生物对各部分的抑制作用以及固相颗粒、缓蚀剂浓度对缓蚀作用的影响。研究了静态条件下咪唑啉衍生物在不同温度、浓度条件时的缓蚀作用,结果表明:温度从25℃升高到45℃时,分子热运动加剧,介质腐蚀性加强,缓蚀剂分子在金属表面的脱附程度强于吸附,导致腐蚀速率增大;40 ppm是缓蚀剂的临界浓度,该浓度的缓蚀剂分子能够在金属表面形成完整的保护膜,此时继续增大浓度对缓蚀作用影响较小;该缓蚀剂是一种阳极型缓蚀剂,主要依靠吸附在阳极反应活性位点、增大反应阻力来发挥缓蚀作用,能有效抑制CO饱和环境中碳钢的腐蚀。研究了液固两相流体系中咪唑啉衍生物对水平弯头冲刷腐蚀的缓蚀机制,结果表明:咪唑啉缓蚀剂能有效抑制液固两相流对弯头造成的冲刷腐蚀;腐蚀和冲刷的交互作用是弯头冲蚀破坏的主要原因,缓蚀剂可以吸附在金属和砂粒表面,抑制电化学腐蚀并在一定程度上抑制机械磨损来有效抑制腐蚀与冲刷的交互作用、降低其在总冲蚀速率中的比重,最终达到缓蚀目的。研究了咪唑啉衍生物对弯头各微区的缓蚀作用,结果表明,不加缓蚀剂时,各微区均发生了严重的冲刷腐蚀,腐蚀形貌以全面腐蚀和沟槽为主;添加缓蚀剂后,各微区的冲蚀受到了有效抑制,腐蚀形貌以局部腐蚀为主且蚀坑深度较大。咪唑啉衍生物能有效抑制液固两相流对弯头各微区的全面腐蚀,但对局部腐蚀抑制作用较弱。研究了咪唑啉衍生物作用下固相颗粒和缓蚀剂浓度对水平弯头不同微区缓蚀作用的影响,结果表明:流体中的固相颗粒有助于清除金属表面附着的腐蚀产物、促进缓蚀剂分子直接与金属作用,提高缓蚀性能,但会在一定程度上诱导局部腐蚀的发生;高浓度条件下,缓蚀剂分子在金属表面发生竞争吸附导致阳极区分子脱附,使缓蚀性能下降。