2-АЛЛИЛОКСИМЕТИЛТЕТРАГИДРОФУРАН В КАЧЕСТВЕ ИНГИБИТОРА КОРРОЗИОННО-МЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ Советский патент 1995 года по МПК C23F11/04 

Изобретение относится к защите металлов от коррозии под напряжением (механохимической коррозии) ингибиторами и может быть использовано, в частности, для защиты трубных сталей от коррозионно-механического разрушения (КМР) при транспортировании по трубопроводам увлажненного сероводородсодержащего природного газа и нефтяного газоконденсата.

Целью изобретения является разработка высокоэффективного и недорогостоящего ингибитора КМР трубных сталей; снижение температуры застывания ингибитора для создания возможности его применения в условиях Крайнего Севера.

Для этого в качестве ингибитора КМР трубных сталей применяется 2-аллилоксиметилтетрагидрофуран (класс фуранов) формулы

2-Аллилоксиметилтетрагидрофуран получают по реакции


П р и м е р. В четырехгорлую колбу, снабженную механической мешалкой, термометром и капельной воронкой, загружают 0,05 моль тетрагидрофурфурилового спирта и при постоянном перемешивании прибавляют 10 мл 10 н. водного раствора NaOH и 0,005 моль межфазного катализатора катамина АБ. Смесь нагревают при 70^оС в течение 1 ч, затем в течение 30 мин прикапывают 0,05 моль аллилхлорида. Далее смесь нагревают при 70-80^оС еще в течение 1 ч, после чего промывают водой, экстрагируют эфиром. Эфирную вытяжку сушат прокаленным MgSO₄. После отгонки эфира реакционную смесь подвергают вакуумной разгонке. Выход целевого продукта практически количественный.

2-Аллилоксиметилтетрагидрофуран имеет следующие физико-химические константы: т._кип. 80-82^оС/25 мм рт.ст. n_d²⁰ 1,4470; d₄²⁰ 1,0372.

Защитный эффект против КМР трубных сталей определяют следующим образом. В качестве защищаемого объекта выбрана малоуглеродистая низколегированная сталь 17Г1С, широко используемая в настоящее время при строительстве газонефтепроводов. На образцах данной стали в специальной электрохимической ячейке снимают потенциостатические кривые в модельной КАС NACE TM 01.77 при добавлении ингибирующих композиций в количестве 0,1-0,3 г/л, а также в их отсутствие. Среда NACE ТМ 01.77 в настоящее время применяется в нашей стране и за рубежом в качестве модели увлажненного сероводородсодержащего (до 25 об.) природного газа и нефтяного газоконденсата.

Сравнивая вид катодных участков по- лученных поляризационных кривых, оценивают влияние испытываемых соединений на поляризованное сопротивление, от величины которого зависит интенсивность коррозионного процесса, в частности, скорость катодной реакции водородной деполяризации, сопровождающейся наводороживанием металла и последующим коррозионным растрескиванием. Для определения защитного эффекта выбирают композиции, обладающие наибольшим катодным действием. Таковой оказался 2-аллилоксиметилтетрагидрофуран, практически полностью подавляющий катодный процесс в широком интервале значений навязываемого потенциала.

Далее согласно ГОСТ 1497-83 (тип образца N 4, размер N 7) проводят испытания образцов из стали на разрывной машине Р-5 на воздухе, в среде NACE ТМ 01.77 и в среде NACE ТМ.01.77 с добавлением ингибирующих композиций. Для испытаний образцов в КАС, в том числе с ингибитором, сконструирована специальная герметичная ячейка. Скорость деформации выбирают минимально возможной с целью увеличения продолжительности контакта стали с модельной средой. Затем определяют коэффициент влияния среды К_с на относительное сужение образцов при разрыве Ψ. Параметр Ψ наиболее полно отражает запас пластичности стали, который резко уменьшается при ее коррозии в кислых сероводородсодержащих средах, т.е. является показателем наводороживания основной причины КМР.

В табл. 1 приведены результаты испытаний по определению Ψ и К_с, причем каждое значение получено как среднее арифметическое из трех парареллельных опытов.

Коэффициент влияния модельной среды NACE ТМ 01.77 на Ψ имеет вид
KNс

= 0,484 где Ψ_возд относительное сужение образцов при испытаниях на воздухе (64,0%);
Ψ_N- относительное сужение образцов при испытаниях в модельной среде NACE ТМ 01.77 (33,0%).

Аналогично вычисляют коэффициент влияния среды NACE ТМ 01.77 с добавлением ингибирующих композиций
KNс

^+и.к= где Ψ_N+и.к. относительное сужение образцов при испытаниях в среде NACE ТМ.01.88 с добавлением ингибирующих композиций.

Защитный эффект вычисляют по формуле
Z · 100
Защитный эффект против КУР (т.е. разрушения, происходящего при действии на трубную сталь суммарного циклического знакопеременного напряжения) трубной стали 17Г1С, которому подвержены газонефтепроводы вследствие влияния ряда эксплуатационных факторов, определяют следующим образом.

На специально сконструированной усталостной машине плоские образцы из стали 17F1C подвергают консольному изгибу с размахом упругопластической деформации 2 E 0,74% при частоте нагружения 36 цикл/мин, что соответствует реальным условиям эксплуатации.

Нагружение производят на воздухе, а также в специально изготовленной герметичной накладной ячейке в модельной среде NACE ТМ 01.77 с добавлением ингибирующих композиций и в их отсутствие. При этом определяют число циклов нагружения до полного разрушения.

В табл. 2 приведены результаты этих испытаний, причем каждое значение получено как среднее арифметическое из трех параллельных опытов.

Затем вычисляют коэффициент влияния КАС на усталостную долговечность трубной стали в среде NACE ТМ 01.77 без ингибирующих композиций и в их присутствии по формулам
KNc

= 0,587
KNс^+и.к= где N_в число циклов нагружения образцов до разрушения на воздухе (17200);
N_N число циклов нагружения образцов до разрушения в модельной среде NAСЕ ТМ 01.77 (7100);
N _N+и.к.- число циклов нагружения образцов до разрушения в среде NACE ТМ 01.77 с добавлением ингибирующих композиций.

Защитный эффект вычисляют по формуле
n · 100
Температуру застывания ингибирующих композиций определяют следующим образом. Обезвоженную исследуемую смесь наливают в пробирку, плотно вставляют в нее термометр, помещают в водяную баню. Затем пробирку с исследуемой смесью и термометром вынимают из водяной бани, насухо вытирают и укрепляют в сосуде (пробирка-муфта). Собранный прибор помещают в сосуд с охлаждающей смесью (спирт этиловый регенерированный и твердая углекислота для измерения температур ниже минус 20^оС). Когда продукт принимает температуру, намеченную для определения застывания, прибор наклоняют под углом 45^о и, не вынимая из охлаждающей смеси, держат в таком положении в течение 1 мин.

Для установления температуры застывания исследуемой смеси проводят два параллельных испытания, начиная второе испытание с температуры на 2^оС выше установленной при первом испытании. За температуру застывания исследуемой смеси принимают среднее арифметическое из двух определений. Расхождение между результатами параллельных определений не должно превышать 2^оС.

Температура застывания 2-аллилоксиметилтетрагидрофурана равна минус 57^оС.

Использование предлагаемой ингибирующей композиции позволяет повысить защитный эффект с 26,7% (у известного ингибитора в среде NACE ТМ 01.77) до 96,6% при концентрации ингибитора в КАС равной 0,1 г/л; повысить коррозионно-усталостную прочность трубной стали в 1,3 раза при той же концентрации; снизить температуру застывания с минус 36^оС до минус 57^оС.

Изобретение относится к защите металлоа от коррозии под напряжением (механохимической коррозии) ингибиторами и может быть использовано, в частности, для защиты трубных сталей от коррозионно-механического разрушения при транспортировании по трубопроводам увлажненного сероводородсодержащего природного газа и нефтяного газоконденсата. Ингибитор представляет собой 2-аллилоксиметилтетрагидрофуран, снижение температуры застывания ингибитора при высокой его эффективности достигается применением соединения формулы 2 табл.

Применение 2-аллилоксиметилтетрагидрофурана в качестве ингибитора коррозионно-механического разрушения трубных сталей.