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
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

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


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

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

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

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
: 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
].
- 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

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

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


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 3.12 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

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


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

1MỞ 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,…

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


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