ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНОЙ СМОЛЫ, КОТОРЫЕ ЗАЩИЩАЮТ НЕФТЬ И ГАЗОПРОВОДЫ ОТ ГРУНТОВОЙ КОРРОЗИИ

АННОТАЦИЯ

В данной исследовательской работе были проведены практические эксперименты по получению полимерных композиционных покрытий с защитой от коррозии на основе эпоксидной и госсиполовой смолы.  В процессе получения покрытия были использованы эпоксидная смола и госсиполовая смола в разных пропорциях, с положительными результатами в соотношении 90:10. В ходе практических экспериментов во время исследований были определены показатели адгезионной стойкости и модуля вязкости полученного образца композитного покрытия. Также в ходе исследования было установлено, что данное композитное покрытие гравиметрически устойчиво к коррозии в растворах различных солей.

ABSTRACT

In this research work, practical experiments were conducted to obtain polymer composite coatings with corrosion protection based on epoxy resin and gossypol resin. In the process of obtaining the coating, epoxy resin and gossypole resin were obtained in different proportions, with positive results in a ratio of 90:10. In the course of practical research experiments, the adhesion resistance and viscosity modulus of the resulting composite coating sample were determined. The study also found that this composite coating is gravimetrically resistant to corrosion in solutions of various salts.

Ключевые слова: госсиполовая смола, эпоксидная смола, концентрация, трубопроводы, нефтегазовая отрасль, модуль вязкости, адгезия.

Keywords: gossypole resin, epoxy resin, concentration, pipelines in the oil and gas industry, viscosity modulus, adhesion.

Введение. Процесс коррозии считается основной причиной прямых затрат в нефтеперерабатывающей промышленности из-за выхода из строя производственных линий, когда часть оборудования останавливается в результате коррозионных процессов, а также значительного снижения эффективности процесса, снижения качества производимой продукции нефтехимической промышленности, потерь из-за того, что само оборудование загрязнено продуктами коррозии [3]. Длина труб, используемых для транспортировки нефтепродуктов, постоянно растет, что обусловлено их превосходством над всеми другими видами транспортировки нефтепродуктов [1]. Коррозия труб является распространенной причиной крупных аварий [8]. Проблема защиты металлов от коррозии существует и в различных других областях. В связи с этим она приобретает особое значение в этих областях, поскольку потери от нее на самом деле могут быть очень большими [4].

При транспортировке нефти и нефтепродуктов по трубопроводам существует высокая вероятность возникновения синергетических рисков, вызванных коррозией металла трубопровода, в том числе образованием солей. Образование солей влияет на электропроводность, работу трубопроводных систем и оборудования. Диагностика показала, что более 70 % труб подвержены коррозии с изменением металла и толщины стенки. Коррозия изменяет свойства металла, ухудшает его функциональные свойства. Ингибиторы широко используются при добыче и транспортировке нефти для борьбы с солеобразованием [2].

В то же время коррозия является одним из основных факторов, снижающих надежность нефтегазового оборудования. Эта проблема возникает на всех этапах жизненного цикла добычи углеводородов, а убытки компаний в результате аварий и последующих ремонтов составляют сотни миллионов рублей. Сегодня одной из актуальных проблем, с которыми сталкиваются топливно-энергетические компании в борьбе с коррозией, остается то, как изменилось качество защиты металлоконструкций, и будущее этой отрасли –создание технологических решений для производства новых ингибиторов в зависимости от видов коррозии [7].

Согласно литературным источникам, покрытия на основе госсиполовой смолы являются предсказуемыми. Реакции, при предотвращении коррозии металлов и их защите, можно показать следующим образом:

1. Железо – металл в водной среде,

Образующиеся в процессе ионы Fe и FeOH+ могут соединяться с ионами натрия натриевой соли жирных кислот, образуя соли железа в госсиполовой смоле и мыле.

Методы исследования. Настоящий стандарт устанавливает общие требования и методы ускоренных испытаний лакокрасочных покрытий на металлических и неметаллических поверхностях изделий, предназначенных для условий эксплуатации по ГОСТ 9.104 и видов атмосфер.

Настоящий стандарт ГОСТ 31149-2014 устанавливает метод определения адгезии (прочности на отслаивание) однослойных, многослойных лакокрасочных покрытий и систем покрытий к окрашиваемой поверхности и/или между слоями, разрезанными сеткой (сеткой прямоугольников). Разрез должен доходить до окрашенной поверхности.

Экспериментальная часть.

В данной работе изучены производство и свойства композиционных покрытий на основе эпоксидной смолы и госсиполовой смолы для защиты нефте- и газопроводов от почвенной коррозии. В ходе исследований на очищенную поверхность трубопровода наносилось изоляционное покрытие, состоящее из ингибитора коррозии на основе эпоксидной смолы и госсиполовой смолы. Затем его отверждали с помощью отвердителя на основе полиэтиленполиамина в течение 24 часов при комнатной температуре.

Включение в состав полимерных покрытий антиоксидантных добавок на основе госсиполовой смолы улучшает защиту стальных труб и снижает энергозатраты при производстве и нанесении этих покрытий. Таким образом, экспериментальные испытания показали, что использование ингибитора коррозии из высококачественной эпоксидной смолы и госсиполовой смолы, взятых в определенном соотношении компонентов, повышают антиоксидантные свойства покрытия при оптимально подобранных условиях, позволяют создать эффективный способ защиты нефте- и газопроводов от коррозии.

В лабораторных условиях, предназначенных для приготовления и хранения антикоррозионных покрытий, температура должна быть не ниже 15°С, а относительная влажность воздуха не должна превышать 80 %.

Результаты и их обсуждение.

В ходе проведенных исследований были изучены показатели адгезионной прочности композиционного покрытия на основе эпоксидной и госсиполовой смол. Использовался гидравлический манометр БГД-500. Эксперимент основан на нанесении покрытия на поверхность металлической пластины, дать покрытию высохнуть. Результаты удаления покрытия с металла под давлением отображаются на экране прибора с указанием прочности сцепления (МПа), производится анализ результатов (табл. 1).

Таблица 1.

Определение прочности сцепления покрытия на основе эпоксидной смолы и госсипола (48 часов)

Покрытия на основе эпоксидных и госсиполовых смол отверждались в течение 48 часов после нанесения на металлическую поверхность, затем определялась их адгезия с помощью электронного прибора для определения прочности сцепления. Согласно результатам, полученным в ходе экспериментальных испытаний, прочность адгезии (МПа) также увеличивалась с увеличением содержания эпоксидной смолы. То есть прочность сцепления полимерного композита с соотношением эпоксидной смолы: госсиполовая смола 90:10 составила 4,85 МПа. Кроме того, установлено, что модуль упругости предлагаемых коррозионно-защитных полимерных композитов за счет свойств госсиполовой смолы больше, чем у эпоксидной смолы, то есть модуль упругости составляет 7200,37 МПа (табл. 2).

Таблица 2.

Модуль упругости покрытия на основе эпоксидных и госсиполовых смол

В ходе испытаний было установлено, что полимерный композит с соотношением эпоксидной смолы и госсиполовой смолы 90:10 достиг лучшей адгезии и модуля упругости, чем другие соотношения.

Во время практических экспериментов на пластине из стали Ст3 гравиметрическим методом определяли скорость коррозии и степень защиты коррозионно-защитных полимерных композиционных покрытий с мольным соотношением эпоксидная смола: госсиполовая смола 90:10 в водных растворах различных солей (табл. 3).

Таблица 3.

Параметры защиты от коррозии покрытий на основе эпоксидных и госсиполовых смол гравиметрическим методом

^*K, (g/cm² s) – скорость коррозии; Z %, -уровень защиты.

В данной таблице скорость коррозии и степень защиты коррозионно-защитных полимерных композиционных покрытий с соответствующим соотношением эпоксидная смола : госсиполовая смола 90:10 в водных растворах различных солей гравиметрическим методом составила 98,6 %.

Заключение. Таким образом, установлено, что прочность сцепления образца антикоррозионного покрытия с соотношением эпоксидная смола : госсиполовая смола 90:10 составила 4,85 МПа. Кроме того, предлагаемое антикоррозионное покрытие имеет повышенный модуль упругости по сравнению с эпоксидной смолой, а именно модуль упругости 7200,37 МПа, что обусловлено свойствами госсиполовой смолы. Также степень защиты металлов от коррозии образца покрытия составила 98,6 %.

На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что эффективность защиты от коррозии металлических трубопроводов в процессах переработки нефти и газа может быть существенно повышена, что приведет к увеличению срока службы трубопроводов и, соответственно, к экономии затрат.

Список литературы:

1. Шайкулов Б.К., Нуркулов Ф.Н., Джалилов А.Т. Изучение физико-химических свойств сополимеров синтезированных на основе акриловой кислоты // Развитие науки и технологий научно – технический журнал. – № 5. –2022. – С. 110–114.
2. Al-Moubaraki A.H., Obot I.B. Corrosion challenges in petroleum refinery  operations: Sources, mechanisms, mitigation, and future outlook // Journal of Saudi Chemical Society. – 2021. – Vol. 25. – No. 12. – P. 101370. doi: j.jscs.2021.101370
3. El Ibrahimi B., Nardeli J.V., Guo L. An Overview of Corrosion, Sustainable Corrosion Inhibitors // Fundamentals, Methodologies, and Industrial Applications ACS Symposium Series. – 2021. – Vol. 1403, – Pp. 1–19.
4. Nasser A.H.A., Ndalila P.D., Mawugbe E.A., Kouame M.E., Paterne M.A., Li Y. Mitigation of Risks Associated with Gas Pipeline Failure by Using Quantitative Risk Management Approach: A Descriptive Study on Gas Industry // Journal of Marine Science and Engineering. – 2021. – Vol. 9. – no. 10. – P. 1098. doi: 10.3390/jmse9101098
5. Obot I.B., Sorour A.A., Verma C., Al-Khaldi T.A., Rushaid A.S. Key parameters affecting sweet and sour corrosion: Impact on corrosion risk assessment and inhibition // Engineering Failure Analysis. – 2023. – Vol. 145. – P. 107008
6. Song C., Li Y., Wu F., Luo J., Li L., Li G. Failure analysis of the crack and leakage of a crude oil pipeline under CO2 -steam flooding // Processes. – 2023. –  Vol. 11. – P. 1567.
7. Soomro A.A., Mokhtar A.A., Kurnia J.C., Lashari N., Lu H., Sambo C. Integrity assessment of corroded oil and gas pipelines using machine learning: A systematic review // Engineering Failure Analysis. – 2022. – Vol. 131. – P. 105810.
8. Tamalmani K., Husin H. Review on Corrosion Inhibitors for Oil and Gas Corrosion Issues // Applied Sciences. – 2020. – Vol. 10. – P. 3389. doi: 10.3390/app10103389