環(huán)烷酸緩蝕劑緩蝕性能評價工藝研究*

程金燮，何精平，吳 凡，李 滿，孟 嘯，夏明桂

（武漢紡織大學(xué)化工學(xué)院，湖北武漢430073）

環(huán)烷酸緩蝕劑緩蝕性能評價工藝研究*

程金燮，何精平，吳 凡，李 滿，孟 嘯，夏明桂*

（武漢紡織大學(xué)化工學(xué)院，湖北武漢430073）

針對環(huán)烷酸緩蝕劑緩蝕性能評價工藝，采用旋轉(zhuǎn)掛片法和動態(tài)失重法，通過單因子實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)確定較為適宜的工藝條件。研究結(jié)果表明，環(huán)烷酸緩蝕劑緩蝕性能評價適宜工藝條件為：反應(yīng)溫度280℃、反應(yīng)時間6 h、轉(zhuǎn)速450 r/min。在此條件下環(huán)烷酸腐蝕速率為16.4 mm/a。

環(huán)烷酸；緩蝕劑；旋轉(zhuǎn)掛片法；評價；工藝

目前，高酸原油加工過程中的腐蝕問題愈來愈嚴(yán)重，而僅僅用硫含量和TAN等數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確預(yù)測原油的腐蝕性。而當(dāng)存在環(huán)烷酸時，原油腐蝕性預(yù)測變得更加復(fù)雜，在目前的條件下還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或方法對原油腐蝕性進(jìn)行評定，緩蝕劑效果評定也只能沿用以下原油腐蝕的評定方法：第1種是通過用等離子體發(fā)光譜法測定溶解于油中的鐵粉含量來考察腐蝕情況的鐵粉試驗(yàn)法；第2種是通過對比含鐵金屬試片不加緩蝕劑和加入緩蝕劑測得的腐蝕速率的差別來評價緩蝕效果的金屬掛片法；第3種是通過短時間內(nèi)檢測高壓釜中探頭上電位變化來確定腐蝕速率的快速測定法。在緩蝕劑緩蝕效果評定中，高壓釜金屬試片法是最常用且最接近實(shí)際條件的評價環(huán)烷酸緩蝕劑的一種方法，因此探索旋轉(zhuǎn)掛片法測定環(huán)烷酸緩蝕劑緩蝕性能評價工藝條件是必不可少的[1]。

為此，本文以市售A3鋼片腐蝕速率為考察指標(biāo)，選取溫度、酸值、接觸時間、流體流速4個因素，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計，進(jìn)行4因素3水平試驗(yàn)，對金屬腐蝕速率影響因素進(jìn)行研究，得出環(huán)烷酸緩蝕劑緩蝕性能評價的適宜工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器

酸堿滴定儀、先行者電子天平、高壓反應(yīng)釜、電吹風(fēng)、電子分析天平。

1.2 主要實(shí)驗(yàn)藥品

環(huán)烷酸、工業(yè)白油、異丙醇、氫氧化鉀、對萘酚苯、溶劑油、市售A3鋼片。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 動態(tài)失重法測試腐蝕速率

將待測試片用水磨砂紙打磨后，用蒸餾水沖洗、濾紙吸水、無水酒精脫脂、電吹風(fēng)吹干，放在干燥器中干燥2 h。實(shí)驗(yàn)前用分析天平準(zhǔn)確稱量試樣原始質(zhì)量，并記錄為M0。采用旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕評定方法，所有實(shí)驗(yàn)均在高壓釜內(nèi)進(jìn)行。每次取3個材質(zhì)相同的試樣分別掛于試樣架上，加入800 mL腐蝕介質(zhì)，通入氮?dú)馀懦鯕?，然后升溫?80℃，恒溫6 h。試驗(yàn)結(jié)束后，將掛片取出，先用清水、無水乙醇清洗、丙酮除油，然后用橡皮擦去試樣表面腐蝕產(chǎn)物，再依次用無水乙醇、丙酮清洗。干燥24 h后稱重并記錄為Mt。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計算試片表面積、腐蝕速率及緩蝕率[2]。

腐蝕速率的計算公式為：

式中：Vc——腐蝕速率，mm/a；

Mo——掛片腐蝕前質(zhì)量，g；

Mt——掛片腐蝕后質(zhì)量，g；

S——掛片表面積，cm2；

ρ——A 3鋼密度，g/cm3；

t——試驗(yàn)時間，h。

1.3.2 評價工藝條件的優(yōu)選

（1）環(huán)烷酸緩蝕劑緩蝕性能評價工藝條件單因子實(shí)驗(yàn)

以工業(yè)白油和環(huán)烷酸調(diào)和作為腐蝕介質(zhì)，采用動態(tài)失重法，利用壓力釜旋轉(zhuǎn)掛片模擬試驗(yàn)對A3鋼腐蝕行為進(jìn)行研究，考察溫度、時間、介質(zhì)酸值及流體流速各因素對金屬腐蝕速率的影響，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)：

①溫度：在確定轉(zhuǎn)速為300 r/min、介質(zhì)酸值為8.00 mg KOH/g、接觸時間為6 h和氮沖等條件不變的情況下，比較反應(yīng)溫度分別為190，220，250，280，310℃對金屬腐蝕速率的影響。

②接觸時間：在確定轉(zhuǎn)速為300 r/min、介質(zhì)酸值為8.00 mg KOH/g、反應(yīng)溫度為280℃和氮沖等條件不變的情況下，比較接觸時間分別為6，12，18，24，36，48 h對金屬腐蝕速率的影響。

③介質(zhì)酸值：在確定轉(zhuǎn)速為300 r/min、接觸時間為6 h、反應(yīng)溫度為280℃和氮沖等條件不變的情況下，比較介質(zhì)酸值分別為0.46，1.01，4.00，8.00 mg KOH/g對金屬腐蝕速率的影響。

④流體流速：在確定介質(zhì)酸值為8.00 mg KOH/g、接觸時間為6 h、反應(yīng)溫度為280℃和氮沖等條件不變的情況下，比較轉(zhuǎn)速分別為150，300，450，600 r/min對金屬腐蝕速率的影響。

（2）環(huán)烷酸緩蝕劑緩蝕性能評價正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計

在以上單因子試驗(yàn)基礎(chǔ)上考慮反應(yīng)溫度、時間、介質(zhì)酸值、流體流速4因素3水平L9（34）正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步確定適宜的緩蝕劑緩蝕性能評價工藝參數(shù)。正交試驗(yàn)設(shè)計見表1。

表1 環(huán)烷酸緩蝕劑性能評價工藝條件正交試驗(yàn)設(shè)計Table 1 Orthogonal tests designof the conditions forcorrosion inhibition performance evaluation of naphthenic acid corrosioninhibitors

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對腐蝕速率的影響

圖1 溫度對腐蝕速率的影響Fig.1 Effectof temperature oncorrosionrate

由圖1可見，金屬腐蝕速率隨溫度升高先增大后減小。在220～280℃內(nèi)環(huán)烷酸與鐵的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高有利于反應(yīng)進(jìn)行，故腐蝕速率增大。但溫度＞280℃后，由于金屬表面吸附環(huán)烷酸分子能力降低，導(dǎo)致參與腐蝕的環(huán)烷酸分子量減少，所以腐蝕速率減小[3]。因此，選取280℃是較適宜的緩蝕性能評價溫度。

2.2 酸值對腐蝕速率的影響

由圖2可見：金屬腐蝕速率隨介質(zhì)酸值增大而增大。介質(zhì)酸值增大使金屬表面對環(huán)烷酸分子的吸附量顯著增加，所以腐蝕速率明顯增加。

圖2 酸值與腐蝕速率的關(guān)系Fig.2 Effectof acidnumberoncorrosionrate

2.3 接觸時間對腐蝕速率的影響

由圖3可見，金屬腐蝕速率隨反應(yīng)時間延長而減小。隨反應(yīng)時間延長，活性S增多，導(dǎo)致硫與鐵反應(yīng)生成的硫化亞鐵膜增厚[4]，抑制了環(huán)烷酸對金屬的腐蝕，因此腐蝕速率減小。故選取6 h是較適宜的緩蝕性能評價時間。

圖3 時間與腐蝕速率的關(guān)系Fig.3 Effectof reacting time oncorrosionrate

2.4 流體流速的影響

由圖4可見：金屬腐蝕速率隨轉(zhuǎn)速增大而先增大后趨于平緩。由于流速增加不僅使金屬表面單位時間內(nèi)吸附環(huán)烷酸分子數(shù)增多，而且加劇了金屬表面的沖刷腐蝕，故腐蝕速率增大[5]?？紤]過高轉(zhuǎn)速會引起腐蝕不均，因而確定450 r/min為較適宜的緩蝕性能評價轉(zhuǎn)速。

圖4 轉(zhuǎn)速與腐蝕速率的關(guān)系Fig.4 Effectof flowing speedoncorrosionrate

2.5 正交實(shí)驗(yàn)

在單因子試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)，優(yōu)化提取工藝，結(jié)果見表2。

表2 環(huán)烷酸緩蝕劑緩蝕性能評價工藝條件正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The resultof orthogonal tests of the conditions for corrosioninhibitionperformanceevaluationofnaphthe nic acidcorrosioninhibitors

由表2的極差R值分析可知，4因素對腐蝕速率影響的主次順序是A＞B＞C＞D，再結(jié)合方差K值分較可知，較適宜的緩蝕性能評價工藝參數(shù)為A2B3C1D1，即溫度280℃、時間6 h、流體流速300 r/min。但試驗(yàn)未進(jìn)行此工藝，故因此結(jié)合上表最大腐蝕速率的工藝A2B3C1D2做對照實(shí)驗(yàn)，對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 對比試驗(yàn)結(jié)果Table 3 The resultof contrasttest

由表3試驗(yàn)結(jié)果可知，較優(yōu)的評價工藝條件為A2B3C1D2，即：溫度280℃、時間6 h、流體流速450 r/min。按此評價工藝，金屬腐蝕速率達(dá)到16.4 mm/a。

3 結(jié) 論

經(jīng)過探索得到旋轉(zhuǎn)掛片法測試環(huán)烷酸緩蝕劑緩蝕性能評價較為適宜的工藝條件為：反應(yīng)溫度280℃、反應(yīng)時間6 h、轉(zhuǎn)速450 r/min。

[1]呂振波，田松柏，翟玉春，等.原油中環(huán)烷酸腐蝕預(yù)測方法綜述[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2004，21（3）：1-3.

[2]高延敏，陳家堅(jiān)，雷良才，等.環(huán)烷酸腐蝕研究現(xiàn)狀和防護(hù)[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2004，21（3）：10-13.

[3]蘇金華.常減壓裝置環(huán)烷酸腐蝕與防護(hù)[J].石油和化工設(shè)備，2005，8（6）：29-30.

[4]高延敏，陳家堅(jiān)，柯克，等.環(huán)烷酸與硫化氫腐蝕體系的熱力學(xué)分析[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，1999，19（6）：357.

[5]Slavcheva E，Shone B，Turnbull A.Review of Naphthenic Acid Corrosion in Oil Refining[J].British Corrosion Journal，1999，34（2）：125-131.

Study on the Evaluating Process of Corrosion Inhibition Performance of Naphthenic Acid Corrosion Inhibitors

CHENGJin-xie，HEJing-ping，WU Fan，LIMan，MENGXiao，XIA Ming-gui
（College of Chemical Engineering，WuhanTextile University，Hubei Wuhan430073，China）

Aiming at performance evaluating process of naphthenic acid corrosion inhibitors，the appropriate conditions were determined through single factorexperiments and orthogonal tests by the rotating hanging plate and the dynamic weight loss method.The results show that the suitable conditions for the performance evaluation of naphthenic acid corrosion inhibitors are as follows：reaction temperature is 280℃，reacting time is 6 h，flowing speed is 450 r/min.Underabove conditions，naphthenic acidcorrosionrate is 16.4 mm/a.

Naphthenic acid；Inhibitor；Rotating hanging plate method；Evaluation；Technology

TQ255

A

1671-0460（2010）04-0360-03

2010-05-14

程金燮（1989-），男，湖北宜昌人，研究方向?yàn)榫?xì)化工。E-mail：731255186@qq.com。

夏明桂，E-mail：mingguixia@yahoo.com.cn。