油气工业中缓蚀剂的评价方法
2020-02-20 14:40:54
作者:路民旭 来源:腐蚀与防护
缓蚀剂的测试评定主要是在各种条件下,对比金属在腐蚀介质中,有无缓蚀剂时的腐蚀速率,从而确定缓蚀效率、最佳添加量和最佳使用条件。所以,缓蚀剂的测试研究方法实际上就是金属腐蚀的测试方法。
不同的缓蚀剂产品,应在同一实验浓度、实验周期、实验手段、实验设备、实验操作人员下进行,确保不同缓蚀剂实验结果的可对比性。在室内试验筛选和缓蚀剂评级工作的基础上,对优选的缓蚀剂还应进行缓蚀剂加注最佳浓度的测试和评估,并进行缓蚀剂应用的经济性评估,确保缓蚀剂在现场应用的可行性。室内筛选评价结束后,还应对满足要求的缓蚀剂产品现场试验验证,评价出真正适合现场腐蚀环境的缓蚀剂。
选择一种实验室方法在模拟现场条件下进行实验。根据实验结果,可确定缓蚀剂在实验室和现场使用的量。因此,所选的实验方法必须简单易行、快速,可模拟最恶劣的腐蚀案例(比如点蚀),可在经济有效的条件下进行。缓蚀剂经过该实验测试后,可确定其在现场实际应用时的缓蚀功能。通过比较实验室测试所得与现场的均匀腐蚀、点蚀速率,旋转笼实验可模拟恶劣的腐蚀环境,产生很大很深的局部点蚀,实验装置简单。溅射、旋转圆柱电极(RCE)、旋转圆盘电极(RDE)实验可用于缓蚀剂的筛选,易确定流型流态,合理考虑了液体流动状态,必须结合高温高压釜才能模拟现场极端苛刻的腐蚀环境。转轮、密封浸泡及静态实验是排名最后的实验方法,这些实验的测试结果与现场实际使用的结果相关性较差,不能对应。高温高压反应釜仍是目前缓蚀剂效果评价最为常用和被广泛接受的评价方法和设备。
根据缓蚀剂动态模拟实验结果,利用失重法分别求取空白和对比实验条件下试片的腐蚀速率,参考SY/T 5273—2000《油田采出水用缓蚀剂性能评价方法》,计算获得该浓度的缓蚀剂在该模拟工况下的缓蚀效率。
缓蚀剂的性能可以通过缓蚀效率η(或称缓蚀率)表征。缓蚀效率越大,缓蚀性能越好。
式中,v、v0分别是有、无缓蚀剂条件下的腐蚀速率,可用失重指标表示,g/(m2·h),或用腐蚀深度指标表示,mm/a;i、i0分别是用电化学方法测定的有、无缓蚀剂条件下相应的腐蚀电流密度。缓蚀效率η越大,缓蚀系数γ也就越大,选用这种缓蚀剂保护,效果就好。
如果腐蚀时有氢放出,则评定某种缓蚀剂能否在实际中应用,除需要了解它的缓蚀效率外,同时还需要测量金属的氢脆性质,因为有一类缓蚀剂缓蚀效率虽然很高,但引起金属氢脆严重,不能使用。许多情况下金属表面常产生孔蚀等局部腐蚀。此时,评定缓蚀剂的有效性,除其缓蚀效率以外,尚需测量金属表面的孔蚀密度和孔蚀深度等。
评价缓蚀剂的缓蚀性能,还需检测其后效性能即缓蚀剂浓度从其正常使用浓度显著降低后仍能保持其缓蚀作用的一种能力。这表明缓蚀剂膜从形成到被破坏能维持的时间。因此,对缓蚀剂除了要求其具有较高的缓蚀效率以减少缓蚀剂的用量、减少加入次数和总用量外,还希望具有较好的后效性能。为评价后效性能,需在较长的一段时间内进行试验。
缓蚀剂本身特点是进行缓蚀剂筛选、评估和现场应用时必须考虑的前提条件,是除了缓蚀效率以外的重要指标体系。基于缓蚀剂自身特点对于其缓蚀效果的影响,缓蚀剂筛选和评估过程中应分别开展如下缓蚀剂基本理化性能或缓蚀剂辅助性能的测试和评估。
① 溶解性
缓蚀剂一般溶于适当的溶剂进行存储,一般在-20~30℃存放1~30天。在存储过程中,缓蚀剂溶液不应该发生任何改变,包括沉淀、相分离或形成黏性物质或固态颗粒。
② 油水分配性
为了抑制腐蚀,必须保证缓蚀剂能够到达水相,在油相和水相工况下,缓蚀剂会在两相之间分配和分散。这样,缓蚀剂在水相中用于抑制腐蚀的有效浓度实际上由于分配在油相中而降低。为了测试缓蚀剂在两相中的分配或分散能力,必须让缓蚀剂在两相中分布一段时间,然后将水相分离出来,并利用缓蚀剂实验室评价方法测试水相的腐蚀性。也可以进行缓蚀剂水溶性评价。以水为溶剂(要求无色、澄清、无悬浮物及固体沉渣),将缓蚀剂配成体积分数为10%的溶液,观察缓蚀剂溶液的分散情况,作为评价缓蚀剂水溶性的依据。
③ 乳化倾向
缓蚀剂往往也是一种表面活性剂,因此易于促进油水乳化。某些乳化状态非常难以分离,这在原油输送中往往是不允许的。为了确定缓蚀剂的乳化倾向,将包含缓蚀剂的水相和油相进行搅拌,观察两相及其界面,两相比例应参考现场油水比例,并在不同比例下进行测试。
④ 起泡倾向
由于缓蚀剂内包含许多表面活性的物质,它们能够导致泡沫的液态碳氢化合物产生泡沫,这种泡沫对于管道输送是不利的,因此,起泡试验所用的缓蚀剂的浓度既能反映缓蚀剂的剂量,也能进行药剂量评价。起泡倾向通过向玻璃管中含有缓蚀剂的溶液通入气体进行测试,确定形成泡沫的高度和稳定性,并与没有添加缓蚀剂的溶液进行对比。
⑤ 药剂间的配伍性
缓蚀剂在应用过程中往往与不同的化学药剂共同加注,如破乳剂、阻垢剂、杀菌剂、除氧剂等。药剂间的配伍性对于缓蚀剂有效性十分重要。将缓蚀剂、杀菌剂、破乳剂、阻垢剂等化学处理药剂按现场使用的质量浓度互相混合后考察其配伍性,分别评价缓蚀剂与各种药剂单独或混合情况下的缓蚀性能、杀菌性能、防垢性能,以确定缓蚀剂有无减弱或增强各水处理剂性能的作用,各处理剂有无减弱或增强缓蚀剂缓蚀性能的作用,作为评价缓蚀剂配伍性好坏的依据。
⑥ 热稳定性
由于温度对缓蚀剂有效性及其状态稳定性产生影响,因此需要通过测量明确缓蚀剂在运输、存储和服役过程中的热稳定性,可选择不同方法进行测试。可利用黏性沉积实验进行表征。缓蚀剂的热分解和溶剂挥发,均可能造成黏性沉积物的出现。有机缓蚀剂一遇高温,即由于热振动而离解,使缓蚀效果显著下降,缓蚀剂的效果一般随温度上升而降低,可用热天平测出各温度下失重的百分率,用以判断缓蚀剂本身的热稳定性,确定缓蚀剂合适的使用温度范围。
除了上述几种主要因素之外,还有缓蚀剂毒性和环境友好性、缓蚀剂与其他材料的兼容性等其他辅助性能测试。基于这些主要缓蚀剂辅助性能的测试,可以使缓蚀剂筛选和评价更为全面和科学,通过约束各项辅助性能,使得缓蚀剂更利于现场应用和充分发挥其缓蚀效果。
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