Оценка влияния гликоля и спирта на морфологию и защитные свойства карбоната железа при углекислотной коррозии газопроводов

Потенциальное влияние ингибиторов гидратообразования (гликолей, спиртов) — компонентов жидкой фазы эксплуатационных сред газопроводов — на углекислотную коррозию при транспорте агрессивного газа недостаточно изучено. В работе представлены результаты исследования коррозионного воздействия глиголя (спирта), присутствующего в жидкой фазе, на состав и свойства продуктов коррозии на стали при моделировании основных агрессивных факторов в условиях транспорта CO₂-содержащего газа. На коррозионном стенде воспроизводили агрессивные условия переменного смачивания водой стенок газопровода. Циркуляция жидкости, характерная для частично заполненного трубопровода, может влиять на предотвращение формирования или разрушение пленок продуктов коррозии (карбоната железа, сидерита) на стальной поверхности. В местах растрескивания и отслоения сидерита, образующегося в присутствии CO₂, будут формироваться условия для образования общих и локальных коррозионных повреждений. При имитационных испытаниях использовали моноэтиленгликоль и изопропанол, а также их водные растворы разной концентрации. Впервые получены данные по образованию и составу нестехиометрического сидерита в водно-гликолевых и водно-спиртовых средах при различных парциальных давлениях CO₂ и температуре. С помощью обработки дифрактограмм, полученных методом рентгеновской дифракции, определена степень замещения ионов железа в нестехиометрических сидеритах другими катионами. Проанализирована зависимость степени замещения от концентрации спирта (гликоля) в их водных растворах. Выявлено, что с увеличением концентрации гликоля наблюдается снижение скорости локальной коррозии. При высоком содержании гликоля происходит полное подавление внутренней коррозии в присутствии CO₂. Установлено, что в водно-спиртовых средах при повышенной температуре локальная углекислотная коррозия не протекает. Это, видимо, связано с неравномерным распределением воды и спирта в смеси. Полученные результаты могут быть использованы при оценке внутренней углекислотной коррозии в присутствии гликоля (спирта), применяемого на газовых объектах в качестве ингибитора гидратообразования.

1. Слугин П. П., Ягафаров И. Р., Кантюков Р. Р. и др. Научный анализ технического состояния и защиты скважинного оборудования и промысловых трубопроводов ПАО «Газпром» в условиях добычи и транспортировки коррозионно-агрессивного газа. Ч. 1 / Газовая промышленность. 2023. Т. 854. № 9. С. 64 – 71.

2. Вагапов Р. К. Стойкость сталей в эксплуатационных условиях газовых месторождений, содержащих в добываемых средах агрессивный CO2 / Материаловедение. 2021. № 8. С. 41 – 47. DOI: 10.31044/1684-579X-2021-0-8-41-47

3. Li J., Liu Z., Du C., et al. Study on the corrosion behaviours of API X65 steel in wet gas environment containing CO2 / Corrosion engineering, science and technology. 2017. Vol. 52. N 4. P. 317 – 323. DOI: 10.1080/1478422X.2016.1278513

4. Tan Z., Yang L., Zhang D., et al. Development mechanism of internal local corrosion of X80 pipeline steel / Journal of Materials Science & Technology. 2020. Vol. 49. P. 186 – 201. DOI: 10.1016/j.jmst.2019.10.023

5. Вагапов Р. К., Ибатуллин К. А. Оценка локальных дефектов на внутренней поверхности газопроводов, транспортирующих CO2-содержащую продукцию / Дефектоскопия. 2022. № 10. С. 49 – 56. DOI: 10.31857/S0130308222100050

6. Alsalem M., Ryan M., Campbell A., Campbell K. Modelling of CO2 corrosion and FeCO3 formation in NaCl solutions / Chemical Engineering Journal. 2023. Vol. 451. N 4. Art. 138966. DOI: 10.1016/j.cej.2022.138966

7. Shahzad K., Sliem M., Shakoor R., et al. Electrochemical and thermodynamic study on the corrosion performance of API X120 steel in 3. 5 % NaCl solution / Scientific Reports. 2020. Vol. 10. Art. 4314. DOI: 10.1038/s41598-020-61139-3

8. Fang H., Brown B., Nešić S. Sodium Chloride Concentration Effects on General CO2 Corrosion Mechanisms / Corrosion. 2013. Vol. 69. N 3. P. 297 – 302. DOI: 10.5006/0222

9. Wang C., Xu X., Liu C., et al. Improvement on the CO2 corrosion prediction via considering the corrosion product performance / Corrosion Science. 2023. Vol. 217. Art. 111127. DOI: 10.1016/j.corsci.2023.111127

10. Sun W., Nešić S. Kinetics of corrosion layer formation. Part 1. Iron carbonate layers in carbon dioxide corrosion / Corrosion. 2008. Vol. 64. N 4. P. 334 – 346. DOI: 10.5006/1.3278477

11. Вагапов Р. К., Михалкина О. Г. Исследование продуктов углекислотной коррозии методом рентгеновской дифракции / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 9. С. 35 – 41. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-9-35-41

12. Esmaeely S., Young D., Brown B., et al. Effect of Incorporation of Calcium into Iron Carbonate Protective Layers in CO2 Corrosion of Mild Steel / Corrosion. 2017. Vol. 73. N 3. P. 238 – 246. DOI: 10.5006/2261

13. Yin Z. F., Zhao W. Z., Feng Y. R., et al. Scaling characteristics and growth of corrosion product films in turbulent flow solution containing saturated CO2 / Materials and Corrosion. 2009. Vol. 60. N 1. P. 5 – 13. DOI: 10.1002/maco.200805040

14. Yang L., Zhang D., Fan H., et al. In-situ electrochemical testing and fluid dynamics simulation of pipeline defects under flow accelerated corrosion / Experimental Thermal and Fluid Science. 2024. Vol. 150. Art. 111048. DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2023.111048

15. Zhang Q., Li J., Liu J., et al. Internal localized corrosion of X100 pipeline steel under simulated flow conditions / Journal of Electroanalytical Chemistry. 2023. Vol. 945. Art. 117680. DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2023.111048

16. Mansoori H., Brown B., Young D., et al. Effect of FexCayCO3 and CaCO3 scales on the CO2 corrosion of mild steel / Corrosion. 2019. Vol. 75. P. 1434 – 1449. DOI: 10.5006/3290

17. Mohammed S., Hua Y., Barker R., et al. Effect of calcium on X65 carbon steel pitting in saturated CO2 environment / Electrochimica Acta. 2022. Vol. 407. Art. 139899. DOI: 10.1016/j.electacta.2022.139899

18. Ming W., Shumiao W., Hongbo L. A Study on Inhibitors for the Prevention of Hydrate Formation in Gas Transmission Pipeline / Journal of Natural Gas Chemistry. 2007. Vol. 16. N 1. P. 81 – 85. DOI: 10.1016/S1003-9953(07)60031-0

19. Бузников Н. А., Сулейманов В. А., Трофимов И. А. Влияние выбора ингибитора гидратообразования на обеспечение бесперебойности потока в протяженных морских трубопроводах многофазного флюида / Трубопроводный транспорт: теория и практика. 2018. Т. 65. № 1. С. 34 – 38.

20. Грунвальд А. В., Бухгалтер Э. Б. Анализ промышленных отечественных и зарубежных технологий производства метанола-ингибитора гидратообразования и коррозии в отраслях ТЭК / Практика противокоррозионной защиты. 2007. Т. 44. № 2. С. 50 – 57.

21. Клыжко Д. В., Кутовой Д. В., Погосов М. А. Особенности эксплуатации Киринского ГКМ с применением моноэтиленгликоля в качестве ингибитора гидратообразования / Газовая промышленность. 2019. Т. 782. С. 22 – 28.

22. Вагапов Р. К., Ибатуллин К. А., Ярковой В. В. Моделирование режимов движения потока среды по газопроводу в процессе коррозионных испытаний / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 10. С. 40 – 46. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-10-40-46

23. Dian E., Tonje B., Marion S., Tor H. Effect of temperature, bicarbonate, and MEG concentrations on CO2 corrosion of carbon steels / Corrosion. 2017. Vol. 73. N 9. P. 1157 – 1167. DOI: 10.5006/2143

24. de Freitas D. S., Gonçalves I. L. M., Vaz G. L. The effect of ethanol added to the natural gas stream on the top of line corrosion: An approach on vapor phase condensation and carbonic acid generation yield / Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2021. Vol. 96. Art. 104297. DOI: 10.1016/j.jngse.2021.104297

25. Shi W. J., Jie Y. J., Hua H. S., Ping L. J. Marangoni condensation heat transfer of water-ethanol mixtures on a vertical surface with temperature gradients / International Journal of Heat and Mass Transfer. 2009. Vol. 52. N 9 – 10. P. 2324 – 2334. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.11.011

26. Доленко Т. А., Буриков С. А., Пацаева С. В., Южаков В. И. Проявление водородных связей водно-этанольных растворов в спектрах комбинационного рассеяния света / Квантовая электроника. 2011. Т. 41. № 3. С. 267 – 272.

27. Petong P., Pottel R., Kaatze U. Water-Ethanol Mixtures at Different Compositions and Temperatures. / The Journal of physical chemistry. 2000. Vol. 104. N 32. P. 7420 – 7428. DOI: 10.1021/jp001393r