一種氨醛縮合物對酸液中碳鋼的緩蝕作用

蘇鐵軍 黃健 李克娥

摘要：采用失重法評價了鹽酸溶液中N-萘乙二胺縮肉桂醛（NEC）對N80鋼的緩蝕效果。結(jié)果表明， NEC能有效地降低碳鋼在酸液中的腐蝕速率。當(dāng)NEC的濃度達(dá)到0.50 mmol/L時，鹽酸對N80鋼的腐蝕速率由30.25 g/（m2·h）下降至1.20 g/（m2·h），緩蝕率可達(dá)96%。

關(guān)鍵詞：酸性介質(zhì);碳鋼;希夫堿;緩蝕行為

油田酸化技術(shù)是一種提高原油采收率的有效方法，但酸液在溶蝕巖膠結(jié)物或孔隙堵塞物的同時，也會對輸送酸液的地面管路和井筒管壁產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。為了減緩酸液對設(shè)備的腐蝕，往往需要在酸化工作液中添加緩蝕劑[1]。本研究對 N-萘乙二胺和肉桂醛的縮合物進(jìn)行了緩蝕作用評價，討論了 NEC的緩蝕特點，分析了NEC的緩蝕作用機(jī)理。

1 實驗

依次用400、800、1200目砂紙打磨N80鋼掛片表面，去除斑痕和毛刺。依次用水、丙酮、乙醇清洗，冷風(fēng)吹干，置于干燥器中20 min后稱重，質(zhì)量記為m0（精確至0.0001 g）。用游標(biāo)卡尺測量掛片的長、寬、高，據(jù)此計算出表面積S。然后將掛片浸入未加NEC或加入不同濃度NEC的鹽酸（15%）中，4 h后取出試片，再按上述流程進(jìn)行清洗、干燥、稱重，質(zhì)量記為m[2]。腐蝕速率v和緩蝕率η的計算公式分別如式（1）和式（2）所示。

式中： m0、m分別為腐蝕前后的掛片質(zhì)量， g;S為掛片的表面積， m2;t為腐蝕時間， h;vblank和vinh分別為空白酸液中和加入NEC酸液中N80鋼的腐蝕速率。

2 結(jié)果與討論

2.1 NEC濃度對緩蝕作用的影響

在333 K（1 K=273.15+1.00℃）的鹽酸溶液中，分別控制NEC濃度為0、0.05、0.10、0.25、0.50 mmol/L，腐蝕速率和緩蝕率的評價結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，隨著NEC的濃度增大，酸液對N80鋼的腐蝕速率整體呈下降趨勢，緩蝕率呈上升趨勢。但在不同的濃度范圍內(nèi)，腐蝕速率的下降或緩蝕率的上升程度有差異。當(dāng)NEC濃度不超過0.10 mmol/L時，腐蝕速率下降較快，緩蝕率上升也較快;當(dāng)NEC濃度超過0.10 mmol/L時，腐蝕速率的下降幅度明顯減小，緩蝕率的上升也變緩。這表明當(dāng)NEC濃度達(dá)到0.10 mmol/L時， NEC分子在N80鋼表面的覆蓋已較為完整，能有效地抑制酸液對碳鋼的腐蝕。

2.2 酸液溫度對緩蝕作用的影響

地層溫度通常隨著深度的增加而升高，升溫梯度一般是3℃/100 m。因此，酸液溫度是影響緩蝕作用的一個重要變量。當(dāng)NEC濃度為0和0.10 mmol/L時，分別控制酸液溫度為303 K、313 K、323 K和333 K，腐蝕速率和緩蝕率的評價結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，隨著酸液的溫度上升，無論是未加NEC還是加入NEC的體系，腐蝕速率均有所上升。但加入NEC后，腐蝕速率上升的幅度明顯減小，表明NEC在較高溫度下也能對碳鋼起到良好的保護(hù)作用。隨著溫度的上升，緩蝕率稍有下降，但降幅較小，基本保持在平穩(wěn)狀態(tài)，表明 NEC具有較好的抗溫性能。

2.3 緩蝕作用的動力學(xué)分析

碳鋼的析氫反應(yīng)腐蝕速率與溫度之間的關(guān)系通?？捎檬剑?）所示的Arrhenius方程來描述[3]。

式中： v為速率常數(shù)， R為8.314 J/（mol·K），T為熱力學(xué)溫度，Ea為表觀活化能， A為指前因子。據(jù)式（3）擬合所得結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，酸液溫度與腐蝕速率之間的關(guān)系可根據(jù)式（3）良好地擬合，所得直線方程的相關(guān)系數(shù)都在0.99以上。根據(jù)擬合所得的方程可以計算出腐蝕反應(yīng)的活化能。在未加NEC緩蝕劑酸液中，腐蝕碳鋼的活化能為57.6 kJ/mol;加入的NEC濃度達(dá)到0.10 mmol/L時，腐蝕碳鋼的活化能為66.6 kJ/mol。加入NEC后，腐蝕反應(yīng)的活化能升高，表明腐蝕反應(yīng)受到抑制，導(dǎo)致腐蝕速率下降，碳鋼得到NEC的保護(hù)。

3 結(jié)語

NEC可顯著降低碳鋼在鹽酸中的腐蝕速率。當(dāng)NEC的濃度達(dá)到0.10 mmol/L時， NEC可較好地覆蓋在碳鋼表面，提高了腐蝕反應(yīng)的活化能，可對碳鋼起到良好的保護(hù)作用。 NEC有良好的抗溫作用，在303～333 K內(nèi)，對碳鋼的緩蝕率基本保持不變。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李穎川.采油工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009.

[2]中國石油天然氣總公司.酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標(biāo)： SY/T 5405—1996[EB/OL].（1997-16-30）[2022-02-20].https：// www.doc88.com/p-5721215656605.html.

[3]QURAISHI M A，SARDAR R.Corrosion inhibition of mildsteel in acid solutions by some aromatic oxadiazoles[J].Materials Chemistry & Physics，2003（2）：425-431.