nghiên cứu chống ăn mòn kim loại bằng các hệ ức chế gốc imidazolin hướng ứng dụng trong công nghiệp khai thác và chế biến dầu mỏ

B GIÁO DC ÀO TO B QUC PHÒNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ







NINH ĐỨC HÀ






NGHIÊN CỨU CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI BẰNG CÁC HỆ ỨC CHẾ
GỐC IMIDAZOLIN HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP
KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN DẦU MỎ





LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2011

b


B GIÁO DC ÀO TO B QUC PHÒNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ







NINH ĐỨC HÀ




NGHIÊN CỨU CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI BẰNG CÁC HỆ
ỨC CHẾ GỐC IMIDAZOLIN HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG

CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN DẦU MỎ


Chuyên ngành: Công nghệ điện hóa và bảo vệ kim loại
Mã số: 62 52 76 01

Người hướng dẫn khoa học:
1. GS. TSKH. Nguyễn Đức Hùng
2. TS. Nguyễn Hữu Đoan












Hà Nội, 2011

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của
riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung
thực và chưa từng được tác giả nào công bố trong bất kỳ
luận án nào khác.

Tác giả




Ninh Đức Hà

ii


LỜI CẢM ƠN

Luận án này được hoàn thành tại Viện Hóa học - Vật
liệu, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Bộ Quốc phòng.
Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với
GS. TSKH Nguyễn Đức Hùng, TS Nguyễn Hữu Đoan đã trực
tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo và giúp đỡ trong suốt quá
trình thực hiện Luận án.
Nghiên cứu sinh xin được gửi lời cảm ơn chân thành
đến PGS. TS Nguyễn Thế Nghiêm, người đã dìu dắt truyền
thụ kiến thức về chuyên môn hóa hữu cơ ứng dụng chống ăn
mòn kim loại trong suốt quá trình học tập công tác.
Nhân dịp này nghiên cứu sinh cũng xin chân thành

cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè đã giúp đỡ trong quá trình
thực hiện.
Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, tạo điều
kiện thuận lợi của Phòng Đào tạo, Viện Hóa học - Vật liệu,
Viện Khoa học và Công nghệ quân sự trong thời gian học tập
và thực hiện luận án.

Tác giả



Ninh Đức Hà


iii

MỤC LỤC

Trang

DANH MC CÁC KÝ HIU , CÁC CH VIT TT viii
DANH MC CÁC BNG x
DANH MC CÁC HÌNH V,  TH xiv
MỞ ĐẦU
1
Chương 1. Tổng quan
4
1.1. Ăn mòn in hóa 4
1.1.1. Cơ ch và c im ca ăn mòn in hóa
5

1.1.2. Ăn mòn kh phân cc ôxi
6
1.1.3. Ăn mòn kh phân cc hirô
8
1.1.4. Nhng yu t nh hưng n quá trình ăn mòn in hoá
9
1.1.4.1. bn nhit ng ca kim loi
9
1.1.4.2. Cu to và tính cht ca hp kim
10
1.1.4.3. Trng thái b mt ca kim loi
11
1.1.4.4.  pH ca dung dch in ly
11
1.1.4.5. nh hưng ca nhit  môi trưng
11
1.1.4.6. nh hưng ca áp sut
12
1.1.4.7. Tc  chuyn ng ca dung dch in ly
12
1. 2. Ăn mòn kim loi trong khai thác và ch bin du khí
13
1.2.1. Ăn mòn b mt bên trong ưng ng
13
1.2.1.1. Ăn mòn kim loi do H
2
S
14
1.2.1.2. Ăn mòn kim loi khi có mt CO
2

15
1.2.1.3. Ăn mòn kim loi vi s có mt cùng lúc ca CO
2
và H
2
S
15
1.2.1.4. nh hưng ca O
2
ti tc  ăn mòn
16
1.2.1.5. nh hưng ca tc  dòng chy ti ăn mòn thép ưng ng
18
1.2.1.6. Mt s yu t khác nh hưng ti tc  ăn mòn ưng ng
20

iv

1.2.2. Phương pháp nưc bơm ép
21
1.2.2.1. Thành phn nưc bơm ép
22
1.2.2.2 Thành phn hóa hc ca thép ch to ưng ng dn nưc bơm ép
23
1.3. Chng ăn mòn kim loi trong môi trưng khai thác du khí
23
1.3.1. Cht c ch ăn mòn cho b mt bên trong ưng ng
23
1.3.1.1. Cơ ch tác ng ca các cht c ch ăn mòn

24
1.3.1.2. Cht c ch ăn mòn ng dng trong khai thác du khí
27
1.3.2. Phương pháp tng hp imidazolin
31
1.3.2.1. Các phương pháp óng vòng to imdazolin
31
1.3.2.2. Phương pháp tng hp cht c ch ăn mòn imidazolin
32
Chương 2. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm
36
2.1. Tng hp cht c ch ăn mòn imidazolin
36
2.1.1. Tng hp amit/amin, tin cht iu ch imidazolin
36
2.1.1.1. c im ca quá trình tng hp cht c ch
36
2.1.1.2. Nguyên liu
36
2.1.1.3. Thit b
38
2.1.1.4. Tng hp amit/amin
38
2.1.2. iu ch ankyl imidazolin
39
2.1.3. Tng hp acryl amit oleyl imidazolin
40
2.2. Phương pháp kho sát quá trình ăn mòn
40
2.2.1. Phương pháp in hóa

40
2.2.1.1.ưng cong phân cc
40
2.2.1.2 o tng tr in hóa
42
2.2.1.3. H thit b o ăn mòn bng phương pháp in hóa
44
2.2.2. Phương pháp tn hao trng lưng
46
2.3. Các phương pháp mô phng thc t, ánh giá ăn mòn kim loi trong
khai thác và ch bin du khí
46
2.3.1. Kho sát trong iu kin tĩnh
47

v

2.3.2. Phương pháp in cc tr quay (RCE)
48
2.3.3. Thit b o ăn mòn mô phng iu kin dòng chy ng - flow loop
50
2.3.3.1. Mt s h thng o flow loop trên th gii
50
2.3.3.2. Ch to thit b flow loop
53
2.4. Chun b tin hành thí nghim
56
2.5. Phương pháp tính hiu qu bo v và xác nh cơ ch hp ph ca
cht c ch
56

2.6. Xác nh cơ ch hot ng ca cht c ch ăn mòn.
57
Chương 3. Kết quả và thảo luận
59
3.1. Tng hp và pha ch h c ch ăn mòn imidazolin
59
3.1.1. Kim tra tính cht hóa lý ca nguyên liu tng hp imidazolin.
59
3.1.1.1. Nguyên liu Dietylentriamin

59
3.1.1.2. Tính cht ca axít oleic
59
3.1.1.3. Tính cht hóa lý ca du lc
59
3.1.1.4. Tính cht ca axit acrylic
61
3.1.2. Kim tra các tính cht hóa lý ca imidazolin.
61
3.1.2.1. Hiu sut phn ng và tính cht hóa lý ca amit/amin
61
3.1.2.2. Hiu sut phn ng và tính cht hóa lý ca ankyl imidazolin
65
3.1.2.3. Hiu sut phn ng ca oleyl imidazolin acryl amit.
67
3.1.3. Thành phn h c ch ăn mòn
69
3.1.3.1. H c ch amit/amin
69
3.1.3.2.Thành phn h c ch ankyl imidazolin

71
3.1.3.3. Thành phn h c ch oleyl imidazolin bin tính bng axít acrylic
72
3.2. Kh năng bo v ca h c ch ăn mòn gc imidazolin trong iu
kin tĩnh
73
3.2.1. Kh năng c ch chng ăn mòn thép N80 ca amit/amin
73
3.2.1.1. Kho sát hiu qu bo v thép N80 ca h c ch theo phương
pháp in hóa
73
3.2.1.2 Hiu qu bo v ca h c ch amit/amin xác nh bng phương
pháp tn tht trng lưng
79

vi

3.2.1.3. Bàn lun phn 3.2.1
89
3.2.2. Kh năng c ch chng ăn mòn thép N80 ca ankyl imidazolin
91
3.2.2.1. ưng cong phân cc ca thép N80 vi các h c ch ankyl
imidazolin
91
3.2.2.2. nh hưng ca thi gian ngâm mu lên hiu qu c ch ăn mòn
ca H5 và H6
95
3.2.2.3. Tho lun v hiu qu bo v ca h c ch ankyl imidazolin
98
3.2.3. Kh năng bo v thép N80 ca h c ch ankyl imidazolin bin tính

bng axít acrylic
99
3.2.3.1. Kho sát nh hưng ca nng  cht c ch lên hiu qu c ch
ăn mòn ca H7.
99
3.2.3.2. nh hưng ca thi gian ngâm mu lên hiu qu c ch ăn mòn
ca h H7
101
3.2.3.3. So sánh hiu qu bo v ca H7 và mu cht c ch thương phm

102
3.2.3.4. ánh giá bng phương pháp gim trng lưng trong môi trưng
nưc bin chưa loi ôxi
104
3.2.3.5. Kho sát trong môi trưng NBNT loi ôxi
105
3.2.3.6 Th nghim hiu qu bo v kim loi bng thit b o Corrater
109
3.2.4. Kt lun phn 3.2
110
3.3. Hiu qu bo v thép N80 ca Imidazolin trong iu kin mô phng
dòng chy ng
111
3.3.1. Kt qu kho sát bng phương pháp in cc tr quay (RCE)
111
3.3.1.1. Kt qu o hao ht trng lưng
111
3.3.1.2. Hiu qu bo v thép N80 ca h c ch H7, theo phương pháp
o ưng cong phân cc
114

3.3.1.3. Hiu qu bo v thép N80 ca h c ch H7, theo phương pháp
o tng tr
117
3.3.1.4. Kho sát cu trúc b mt kim loi ưc bo v
118
3.3.2. Hiu qu bo v thép N80 ca H7 trên thit b flow loop
119
3.3.2.1 So sánh kt qu o tng tr trong iu kin tĩnh ca thit b flow
loop, vi thit b theo các phương pháp RDE và RCE
119
3.3.2.2. Tc  ăn mòn kim loi ti các tc  dòng chy khác nhau
121
3.3.2.3 nh hưng ca nng  imidazolin ti hiu qu bo v chng ăn
mòn thép N80 ti tc  chy 5 m
3
/gi
124

vii

3.4. Nghiên cu cơ ch hp ph ca các h c ch
126
KẾT LUẬN
129
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
131
TÀI LIỆU THAM KHẢO
133

viii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
- ASTM: Cc tiêu chun Hoa Kỳ (America Standard Testing Material).
- BTX: Benzen, tôluen, xylen.
- CCM: thit b o ăn mòn in hóa, (Computerized corroso metter).
- EDX : ph tán x năng lưng tia X ,(Energy dispersive x-ray
spectroscopy).
- EIS : phương pháp tng tr, (Electrochemical impedance spectroscopy).
- GPES: ưng cong phân cc, (General purpose electrochemical
Spectroscopy).
- HTHPRCE: thit b o ăn mòn  nhit  cao, áp sut cao, (High
temperature, high pressure rotating cylinder electrode).
- NACE: hi k thut ăn mòn Quc t, (National Association Corrosion
Engineer).
- NBNT: nưc bin nhân to.
- RC : thit b lng quay, (Rotating cage).
- RDE : in cc ĩa quay, (Rotating disk electrode).
- RCE : in cc hình tr quay- (Rotating cylinder electrode).
- SEM : hin vi in t quét, (Scanning electro microscope).
- SSCE : in cc bc, bc clorua, (Silver silver chloride electrode)
- TCVN : tiêu chun Vit Nam.
- A : ương lưng in hóa.
- C
d
: in dung lp kép.
- C
inh
: nng  cht c ch.
- C
M

: nng  mol.
- H1 ÷ H7: Các h c ch ăn mòn.
- E
corr
: th ăn mòn, [V].
- E
o
: th mch h, [V].
- I : cưng  dòng, [A].
- I
a
: mt  dòng ant, [A/cm
2
] .

ix

- I
c
: mt  dòng catt, [A/cm
2
].
- I
corr
: mt  dòng ăn mòn, [A/cm
2
].
- I
f
: mt  dòng faraday, [A/cm

2
].
- I
inh
: dòng ăn mòn khi có cht c ch ăn mòn, [A/cm
2
].
- I
uninh
: Dòng ăn mòn khi không có cht c ch ăn mòn, [A/cm
2
].
- K
ads
: Hng s hp ph
- M: Tc  ăn mòn (theo dòng ăn mòn, trng lưng, tng tr).
- M
o
: Tc  ăn mòn khi không có cht c ch.
- MPY: Mils per year, 1Mils = 0,0024cm.
- ppb : Part per billion, phn t.
- ppm : Part per million, phn triu.
- R
p
: in tr phân cc, [ cm
2
].
- R
ct
: in tr chuyn in tích, [ cm

2
].
- R
s
: in tr dung dch, [ cm
2
].
- Z
f
: Tng tr Faraday, [ cm
2
].
- U
cyl
: Tc  b mt, vòng/phút.
- V
corr
: Tc  ăn mòn, mm/năm
- ω: Tc  quay, rad/s.
- Z: Hiu qu bo v, %.
- Z’: Tng tr, [ cm
2
].
- Z”: in tr o, [ cm
2
].
- Z
ω
: Tng tr khuch tán, [ cm
2

].
- ρ: T trng.
- ε: ương lưng gam.
- θ:  che ph.
- G: Năng lưng hp ph t do, [KJ/Mol].

x

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Thành phn hóa hc ca nưc bin m Bch H 20
Bảng 1.2 Thành phn theo khi lưng ca thép N80 23
Bảng 2.1 Chuyn i tc  ăn mòn thép sang các ơn v khác nhau 42
Bảng 2.2 Th t theo s ph bin ca các phương pháp ánh giá ăn
mòn 47
Bảng 2.3 Chuyn i tc  quay sang tc  b mt ca nưc 49
Bảng 2.4 Chuyn i tc  quay trong môi trưng nưc sang chuyn
ng thng 50
Bảng 3.1 Lưng nưc thu ưc theo thi gian và nhit  t phn ng
to mono amit/amin 61
Bảng 3.2 Lưng nưc thu ưc theo thi gian và nhit  t phn ng
to oleyl imidazolin 65
Bảng 3.3 Thành phn h c ch amit/amin 70
Bảng 3.4 Mt s tính cht ca các h c ch 70
Bảng 3.5 Thành phn h c ch ăn mòn H5, H6 71
Bảng 3.6 Mt s tính cht ca h c ch H5, H6 71
Bảng 3.7 Mt s tính cht ca h c ch H7 72
Bảng 3.8 Kt qu o các thông s in hóa và hiu qu bo v ca thép

N80 ti các nng  khác nhau ca h c ch H1 74
Bảng 3.9 Kt qu o các thông s in hóa và hiu qu bo v ca thép
N80 ti các nng  khác nhau ca h c ch H2 75
Bảng 3.10 Kt qu o các thông s in hóa và hiu qu bo v ca thép
N80 ti các nng  khác nhau ca h c ch H3 77

xi

Bảng 3.11 Kt qu o các thông s in hóa và hiu qu bo v ca thép
N80 ti các nng  khác nhau ca h c ch H4 78
Bảng 3.12 S bin i tc  ăn mòn thép N80 trong dung dch NBNT
theo thi gian
79
Bảng 3.13 S bin i tc  ăn mòn thép N80 trong dung dch có cht
c ch H1 theo thi gian 80
Bảng 3.14 S ph thuc tc  ăn mòn thép N80 ti các nng  khác
nhau ca h c ch H2 trong NBNT, theo thi gian ngâm mu

82
Bảng 3.15 S ph thuc hiu qu c ch ăn mòn ca cht c ch H2
vào nng  và thi gian ngâm mu 83
Bảng 3.16 S ph thuc tc  ăn mòn thép N80 ti các nng  khác
nhau ca h c ch H3 trong NBNT, theo thi gian ngâm mu

84
Bảng 3.17 S ph thuc hiu qu c ch ăn mòn ca cht c ch H3
vào nng  và thi gian ngâm mu 85
Bảng 3.18 S ph thuc tc  ăn mòn thép N80 có cht c ch H4
vào nng  và thi gian ngâm mu 87
Bảng 3.19 S ph thuc hiu qu c ch ăn mòn ca cht c ch H4

vào nng  và thi gian ngâm mu
88
Bảng 3.20 Kt qu o mt s thông s in hoá và hiu qu bo v ca H5

92
Bảng 3.21 Kt qu o mt s thông s in hoá và hiu qu bo v ca
thép N80 ti các nng  khác nhau ca h c ch H6 93
Bảng 3.22 nh hưng ca thi gian ngâm mu n hiu qu bo v thép
N80 ca h c ch H5 96
Bảng 3.23 nh hưng ca thi gian ngâm mu n hiu qu bo v thép
N80 ca h H6
97
Bảng 3.24 Kt qu o các thông s in hóa và hiu qu bo v ca h
H7 101

xii

Bảng 3.25 nh hưng ca thi gian ngâm mu n hiu qu bo v ca
H7 101
Bảng 3.26 Kt qu so sánh H7 và Corrtreat 5704 103
Bảng 3.27 Tc  ăn mòn thép N80 và HQBV trong dung dch NBNT
có cht c ch H7 theo thi gian 104
Bảng 3.28 Các thông s in hóa và hiu qu bo v thép N80, khi kh
ôxi bng phương pháp ưng cong phân cc 106
Bảng 3.29 Kt qu xác nh hiu qu bo v thép N80 khi kh ôxi, bng
phương pháp tng tr 107
Bảng 3.30 Hiu qu bo v thép N80 ca h H7 theo ti gian ngâm mu 108
Bảng 3.31 La chn tc  quay cho in cc th nghim 111
Bảng 3.32 Tc  ăn mòn thép N80 ti các nng  khác nhau ca h c
ch H7, tc  quay ca in cc là 90 vòng /phút

112
Bảng 3.33 Tc  ăn mòn thép N80 ti các nng  khác nhau ca h c
ch H7, tc  quay ca in cc là là 366 vòng /phút; 695
vòng/phút 112
Bảng 3.34
Hiu qu bo v kim loi ca cht c ch kho sát theo
phương pháp hao ht trng lưng trên in cc RCE
114
Bảng 3.35
Tc  ăn mòn, hiu qu bo v thép N80 ca h c ch
trong iu kin tĩnh và tc  vòng quay 90 vòng/phút
114
Bảng 3.36
Tc  ăn mòn, hiu qu bo v thép N80 ca h c ch
trong iu kin tc  vòng quay 366 vòng/phút và 695
vòng/phút
116
Bảng 3.37 Hiu qu bo v ca h H7 118
Bảng 3.38 So sánh hai phương pháp o RDE và flow loop 121
Bảng 3.39 Hiu qu bo v thép N80 ca cht c ch imidazolin ti tc
 chy khác nhau 122
Bảng 3.40 Tng tr ca thép N80 ti các tc  chy khác nhau ti nng
 5ppm c ch imidazolin
124

xiii

Bảng 3.41 Tng tr thép N80 ti các nng  cht c ch imidazolin
khác nhau trong iu kin dòng chy ng 5m
3

/gi 125
Bảng 3.42 Mi quan h gia hiu qu bo v và mc  che ph b mt 127
Bảng 3.43 H s hp ph b và năng lư
ng hp ph t do Gibbs ca
các h c ch tng hp ưc 128

xiv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang

Hình 1.1 Quá trình ăn mòn trên ranh gii b mt kim loi - dung dch
in ly

4
Hình 1.2 nh hưng ca tc  chuyn ng nưc bin n tc  ăn
mòn thép ít cacbon

13
Hình 1.3 Các tác nhân gây ăn mòn bên trong ưng ng dn 13
Hình 1.4 Sơ  ăn mòn in hóa có ôxi trong ưng ng dn 17
Hình 1.5 Sơ  ăn mòn ưng ng do quá trình ôxi hóa kim loi 17
Hình 1.6  th nh hưng ca nng  khí hòa tan ti tc  ăn mòn
thép

17
Hình 1.7 Sơ  ăn mòn bên trong thit b 18
Hình 1.8 Các ch  dòng chy bên trong ưng ng khi thay i tc


19
Hình 1.9 Ch  dòng chy c trưng bên trong ưng ng 19
Hình 1.10 S hp ph cht c ch ăn mòn lên b mt kim loi 25
Hình 1.11 Bo v b mt bên trong ưng ng bng cht c ch 28
Hình 1.12 Cơ ch c ch ăn mòn ca imidazolin 30
Hình 2.1 Thit b iu ch amit và imidazolin 38
Hình 2.2 ưng phân cc anôt và catôt 41
Hình 2.3 Mch in tương ương 42
Hình 2.4  th Nyquist 43
Hình 2.5 Thit b o in hóa CCM-HH 1 45
Hình 2.6 Thit b AUTOLAB PG302 45

xv

Hình 2.7 Thit b o ăn mòn Corrater RCS9000 45
Hình 2.8 nh thit b th nghim trong iu kin tĩnh 47
Hình 2.9 H o theo phương pháp RCE, t tc  5.000 vòng/gi 48
Hình 2.10 in cc làm vic hình tr ch to t thép N80 49
Hình 2.11 Thit b flow loop  qui mô ln 51
Hình 2.12 Mt s dng thit b flow loop  qui mô phòng thí nghim 52
Hình 2.13 Sơ  nguyên lý mt h o flow loop 52
Hình 2.14 Sơ  khi h thng flow loop trong phòng thí nghim 54
Hình 2.15 Mt s hình nh thit b flow loop ch to ưc 55
Hình 3.1 Sc  và ph khi ca hn hp axít béo du lc 60
Hình 3.2  th lưng nưc thu ưc theo thi gian và nhit  ca
phn ng to mono amit/amin

62
Hình 3.3 Ph hng ngoi ca mono oleyl amit 63

Hình 3.4 Sc  và ph khi ca cht c ch amit 64
Hình 3.5  th lưng nưc thu ưc theo thi gian và nhit  ca
phn ng to imidazolin

66
Hình 3.6 Ph hng ngoi ca oleyl imidazolin 67
Hình 3.7 Sc  và ph khi ca cht c ch tng hp ưc 68
Hình 3.8 ưng cong phân cc ca thép N80 ti các nng  khác
nhau
ca h c ch H1

73
Hình 3.9 ưng cong phân cc ca thép N80 ti các n
ng  khác nhau
ca h c ch H2
75
Hình 3.10 ưng cong phân cc ca thép N80 ti các n
ng  khác nhau
ca h c ch H3

76
Hình 3.11 ưng cong phân cc ca thép N80 ti các n
ng  khác nhau
c
a h c ch H4

78

xvi

Hình 3.12 nh hưng ca nng  h c ch H1 n tc  ăn mòn
ca thép N80

81
Hình 3.13 S ph thuc ca hiu qu bo v ca h c ch H1 vào
nng  và thi gian ngâm mu

81
Hình 3.14 nh hưng ca nng  h c ch H2 n tc  ăn mòn
ca thép N80

83
Hình 3.15 nh hưng ca thi gian ngâm mu và nng  H2 ti hiu
qu bo v

84
Hình 3.16 nh hưng ca nng  h c ch H3 n tc  ăn mòn
ca thép N80

85
Hình 3.17 nh hưng ca thi gian ngâm mu và nng  H3 ti hiu
qu bo v

86
Hình 3.18 nh hưng tc  ăn mòn ca thép N80 ti các nng  khác
nhau ca h H4

87
Hình 3.19 nh hưng ca thi gian ngâm mu và nng  H4 ti hiu
qu bo v

88
Hình 3.20 Hình nh thép N80 khi có và không có cht c ch 89
Hình 3.21 ư
ng cong phân cc ca thép N80 ti các nng  khác nhau
ca h c ch H5

91
Hình 3.22 ưng cong phân cc ca thép N80 ti các n
ng  khác nhau
ca h c ch H6

93
Hình 3.23 nh hưng ca nng  cht c ch H5 và H6 lên hi
u
qu bo v thép

94
Hình 3.24 ưng cong phân cc ca thép N80 trong NBNT ti thi gian
ngâm mu khác nhau, nng  H5 = 120 ppm

95
Hình 3.25 ưng cong phân cc ca thép N80 trong NBNT ti thi gian
ngâm mu khác nhau, nng  H6 = 120 ppm

97

xvii

Hình 3.26 nh hưng ca thi gian ngâm mu ti hiu qu c ch ăn

mòn ca h c ch H5, H6

98
Hình 3.27 ưng cong phân cc ca thép N80 ti các nng  khác
nhau
ca h c ch H7

100
Hình 3.28 Các ư
ng cong phân cc ca thép N80 ti các thi gian ngâm
mu khác nhau, ti nng  100 ppm H7

102
Hình 3.29 Các ưng cong phân cc ca thép N80 ti nng  100 ppm
ca h H7 và Corrtreat 5704

103
Hình 3.30 ưng Tafel ca thép N80 ti nng  5 ppm H7 106
Hình 3.31 Ph tng tr ca thép N80 trong dung dch 5ppm H7 107
Hình 3.32 ưng tafel ca thép N80 trong dung dch có 5 ppm H7 108
Hình 3.33 Ph tng tr ca h H7 109
Hình 3.34 nh hưng ca nng  cht c ch ti hiu qu bo v kim
loi ti các tc  quay khác nhau ca in cc

113
Hình 3.35 Nhánh ant ưng cong phân cc thép N80 khi s dng h c
ch H7

115
Hình 3.36 nh hưng ca ch  dòng chy ti tc  ăn mòn thép N80 116

Hình 3.37 nh hưng ca nng  cht c ch ti tc  ăn mòn thép 117
Hình 3.38 Ph tng tr thép N80, in cc quay 366 vòng/phút 117
Hình 3.39 nh SEM nn kim loi ưc bo v ti các nng  cht c
ch khác nhau, in cc quay 366 vòng/phút

118
Hình 3.40 So sánh ph tng tr ca hai phương pháp o RDE và flow
loop

120
Hình 3.41 So sánh ưng cong phân cc ca hai phương pháp o RDE
và flow loop

120
Hình 3.42 Ph tng tr thép N80 trên thit b flow loop khi không có


xviii

cht c ch 121
Hình 3.43 Ph tng tr thép N80 trên thit b flow loop khi s dng 5
phn triu imidazolin

122
Hình 3.44 Sơ  mch in cân bng 123
Hình 3.45 Ph tng tr thép N80 trên thi
t b fow loop khi s dng 5÷25
phn triu imidazolin, tc  dòng chy 5 m
3
/gi

125
Hình 3.46 S ph thuc ca nng  cht c ch và t l n
ng  cht c
ch/  che ph theo quá trình hp ph ng nhit langmuir

126







1


MỞ ĐẦU
Ăn mòn kim loi và hp kim trong công nghip khai thác du khí là vn
 luôn nhn ưc s quan tâm ca các chuyên gia nghiên cu ăn mòn. Thc t
cho thy, quá trình ăn mòn din ra rt phc tp và chi phí cho vic theo dõi,
khng ch quá trình ăn mòn trong khai thác và ch bin du khí chim mt t
lưng khá ln [55]. Năm 2005, ti M, tng chi phí ca toàn ngành du khí cho
bo dưng và chng ăn mòn kim loi như sau [29]:
+ Chi phí cho sa cha, bo dưng: 1,350 t ô la
+ Chi phí cho cán b giám sát kim tra và
các sensor phát hin ăn mòn là: 7,625 t ô la
+ Chi phí cho cht c ch ăn mòn là: 7,2 t ô la
Trong khai thác và ch bin du khí, cht c ch ăn mòn kim loi ưc s
dng  chng ăn mòn cho b mt bên trong thit b như: ưng ng, b cha,…

Chúng là nhng cht có thành phn hoá hc và cu trúc xác nh, có kh năng
làm thay i ng hc các phn ng in hoá gây ăn mòn theo chiu hưng gim
mnh tc  ăn mòn [51]. Cht c ch ăn mòn kim loi ưc phân loi theo ng
hc ca quá trình: cht c ch th ng, cht c ch pha hơi, cht c ch quá
trình in hóa  catt, cht c ch các quá trình in hóa  ant, cht c ch to
màng, cht c ch trung hòa.
Hin nay, Xí nghip liên doanh du khí Vit - Xô (Vietsovpetro) ang s
dng phương pháp bơm ép nưc va  khai thác du khí. Nưc bơm ép s dng
là nưc bin, là môi trưng ăn mòn mnh i vi kim loi. Hàng năm
Vietsovpetro vn phi s dng mt lưng kinh phí ln  nhp ngoi các cht c
ch chng ăn mòn kim loi. Do ó nghiên cu h c ch ăn mòn kim loi có hiu
qu bo v kim loi cao, giá thành r và có th thay th các sn phm nhp ngoi
là vn  ang ưc Vietsovpetro ht sc quan tâm.
Cht c ch hu cơ imidazolin là h hp cht d vòng năm cnh vi hai

2

nguyên t nitơ trong vòng ã ưc ng dng nhiu trong các ngành công nghip
như: công nghip dt - cht x vi, cht c ch ăn mòn, cht bôi trơn dng nhũ
tương, công nghip dưc phm [64],… Tùy vào ng dng ca imidazolin trong
ngành công nghip c th mà ngưi ta la chn nguyên liu và cách thc iu
ch imidazolin khác nhau.
Tuy nhiên, vic nghiên cu tng hp hp cht này vn chưa ưc thc
hin mt cách h thng và chưa ưa vào ng dng trên quy mô công nghip ti
Vit Nam.  tài KC02-27: “Nghiên cứu tổng hợp một số hệ ức chế ăn mòn đề
bảo vệ bề mặt bên trong đường ống thép vận chuyển dầu mỏ, axit, nước vỉa trong
việc khai thác dầu khí” do Tin sĩ Nguyn Hu oan, Phân vin Công ngh Vt
liu/Vin Hóa hc - Vt liu ch trì thc hin ã nghim thu năm 2006 t mc
khá. Lun án ưc thc hin trên cơ s phát trin các kt qu nghiên cu ca 
tài vi mc tiêu: tăng hiu qu bo v kim loi ca h c ch trong iu kin

dòng chy ng, gim thi gian có tác dng ca h c ch, kho sát có h thng
kh năng bo v ca h c ch ăn mòn tng hp ưc, kim tra cht c ch ăn
mòn trong iu kin ng mô phng quá trình ăn mòn trong ưng ng dn nưc
bơm ép, nghiên cu cơ ch hp ph ca cht c ch ăn mòn.
Lun án “Nghiên cu chng ăn mòn kim loi bng các h c ch gc
imidazolin hưng ng dng trong công nghip khai thác và ch bin du m” s
có nhng óng góp nht nh cho vic nghiên cu chng ăn mòn trong ưng
ng dn nưc bơm ép ca công nghip khai thác ch bin du m  nưc ta.
Tính mới của luận án:
- ã tng hp và pha ch 7 h c ch là: tin cht amit, imidazolin và
imidazolin bin tính t 2 ngun nguyên liu là hn hp axít béo có trong du lc
và axít ôlêic vi iêtylen triamin và ánh giá ưc kh năng bo v chng ăn
mòn cho thép N80 trong môi trưng nưc bin nhân to.
- Mô phng quá trình ăn mòn kim loi trong iu kin dòng chy ng
trong phòng thí nghim  ánh giá kh năng bo v chng ăn mòn kim loi ca

3

h cht c ch imidazolin theo phương pháp in hóa và phương pháp tn hao
trng lưng:
+ Kho sát quá trình ăn mòn kim loi ã áp dng phương pháp in cc
hình tr ti các tc  quay khác nhau và chuyn i sang tc  ăn mòn kim loi
ch  chy trong ưng ng thng.
+ ã ch to thit b ch to mô phng quá trình chy ng (flow loop)
ca ưng ng dn nưc bơm ép phc v xác nh hiu qu bo v ca h cht
c ch ti các nng , tc  chy khác nhau bng phương pháp tng tr in
hóa.
Ý nghĩa khoa học, thực tiễn của luận án:
Các kt qu nghiên cu ca lun án có nhng óng góp nht nh v khoa
hc và thc tin trong vic bo v, chng ăn mòn kim loi trong môi trưng nưc

bơm ép nói riêng và trong môi trưng khai thác du khí nói chung.
Bố cục của luận án:
Phn M u: 3 trang
Chương I: Tng quan (32 trang), trong chương này nêu lên nhng thit hi
do ăn mòn, phương pháp bơm ép nưc  Vietsovpetro, các khái nim cơ bn v
ăn mòn, quá trình ăn mòn trong ưng ng và cht c ch ăn mòn kim loi.
Chương II: Phương pháp nghiên cu và thc nghim (22 trang), trong
chương này nêu các phương pháp nghiên cu tng hp cht c ch, phương pháp
kho sát kh năng chng ăn mòn, kho sát b mt kim loi.
Chương III: Kt qu nghiên cu và tho lun (70 trang), trong chương này
dn các kt qu phân tích hu cơ, các kt qu o ăn mòn bng phương pháp hao
ht trng lưng và phương pháp in hóa trong iu kin tĩnh vi 07 h c ch.
Kt qu o ăn mòn ca cht c ch imidazolin trong iu kin ng, kt qu
chng minh cơ ch tác dng ca cht c ch.
Phn Kt lun (2 trang).

4

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. Ăn mòn điện hóa
Ăn mòn kim loi trong khai thác du khí xy ra ch yu theo cơ ch in
hóa. ây là s phá hy t din bin ca kim loi hoc hp kim do tương tác in
hóa vi môi trưng in ly xung quanh [42]. Phn ng ăn mòn in hóa bao gm
mt phn ng ant và mt phn ng catt, mi phn ng li xy ra qua nhiu giai
on. Tc  phn ng chung s b gii hn bi giai on chm nht. Gia in
cc và dung dch có tn ti mt lp khuch tán:
- Trong lp khuch tán thì truyn khi là do khuch tán (do chênh lch
nng ).
- Ngoài lp khuch tán, truyn khi là do i lưu bao gm i lưu cưng
bc (do khuy trn dung dch) hoc i lưu t nhiên (do trng trưng).

Hình 1.1. Quá trình ăn mòn trên ranh gii b mt kim loi - dung dch in ly
[54]
Phn ng ăn mòn in hóa ưc phân ra hai loi:
- Ăn mòn do khng ch bi ng hc các phn ng phóng in  b mt
in cc dung dch: khng ch ng hc hoc khng ch phóng in. Ví d, ăn
mòn st trong dung dch axit.

5

- Ăn mòn b khng ch bi quá trình khuch tán các cht ôxi hóa vào và
sn phm phn ng i ra: khng ch khuch tán. Ví d, ăn mòn st trong môi
trưng trung tính có sc khí.
1.1.1. Cơ chế và đặc điểm của ăn mòn điện hóa
Nguyên nhân ch yu gây ăn mòn kim loi nói chung và ăn mòn in hoá
nói riêng, là do s không bn vng nhit ng hc ca kim loi trong môi trưng
ăn mòn[5]. Khi b ăn mòn, kim loi s chuyn sang trng thái ôxít hoc mui
(ion) bn vng nhit ng hơn.
Cơ ch ăn mòn in hoá [80]:
Do tính không ng nht ca kim loi và hp kim mà quá trình in cc
khi ăn mòn in hóa xy ra ng thi trên các vùng ó cũng khác nhau.
Quá trình ant xy ra  khu vc mà ion kim loi b hirat hoá và chuyn
vào dung dch. Do ó, trên b mt kim loi s dư mt lưng in t tương ng.
Trong quá trình này kim loi (Me) b mt in t (b ôxi hoá).

Quá trình catt xy ra  khu vc kim loi mà  ó các ion, nguyên t hoc
phân t ca cht in ly nhn in t trên b mt kim loi. Các ion, nguyên t
hoc phân t ó là cht kh phân cc. Hai quá trình kh phân cc catt hay gp
nht trong thc t là quá trình kh phân cc ôxi và kh phân cc hirô.
Khi hai quá trình in cc ca ăn mòn in hóa xy ra thì ng thi có s

chuyn di ca in t t vùng ant n vùng catt. Trong dung dch in ly
cũng có s dch chuyn ca các cation và anion tương ng. Các in t dư ca
kim loi vùng ant chuyn di n vùng kim loi catt  bù vào s in t ca
vùng này b mt i do cht kh cc ã cho nhn.
Kim loi vùng dương cc tip tc tan ra thì dòng in tn ti. Như vy
quá trình ăn mòn kim loi xy ra ng thi vi s xut hin dòng in gia 2
vùng khác nhau ca kim loi. Vùng kim loi b hòa tan óng vai trò ant, vùng
ne
←

Me
→
Me
n+
.mH
2
O

+ mH
2
O