Quá trình ăn mòn trong thực tế là quá trình động với rất nhiều yếu tố khác nhau cùng lúc tác dụng phá hủy kim loại. Bằng nhiều cách khác nhau, khoa học ăn mòn luôn tìm cách mô phỏng các môi trường ăn mòn, qua đó có thể khảo sát và đánh giá ăn mòn một cách chính xác nhất.
Trong khuôn khổ của luận án, cũng như trong khả năng kỹ thuật, kinh tế, đã chế tạo thiết bị flow loop như mô tả ở chương 2. Khảo sát quá trình ăn mòn thép N80, mô phỏng quá trình ăn mòn bề mặt bên trong đường ống dưới tác động của dòng chảy nước bơm ép.
3.3.2.1 So sánh kết quảđo tổng trở trong điều kiện tĩnh của thiết bị flow loop, với thiết bị theo các phương pháp RDE và RCE
Mục đích của thí nghiệm là để kiểm tra độ chính xác của thiết bị tự chế tạo với các thiết bị đã hợp chuẩn: RDE và RCE, trên máy đo Autolab
Để tiến hành thí nghiệm khảo sát tốc độ ăn mòn của hệ flow loop trong điều kiện tĩnh, không có chất ức chế ăn mòn, đã sử dụng phương pháp phổ tổng trở và đo đường cong phân cực. Môi trường khảo sát là môi trường nước biển nhân tạo, nước được bơm vào đường ống ở tốc độ 1 m3/giờ, sau khi quan sát thấy nước hồi lưu lại bể chứa giảm dần tốc độ bơm. Quan sát mặt bíc thủy tinh thấy nước đã đầy trong ống, dừng bơm, ngâm mẫu trong 1 giờ. Tiến hành đo phổ tổng trở theo các bước đã được mô tả ở các chương phía trên. Kết quả đo được trình bày trong bảng 3.38 và các hình 3.40, 3.41.
Hình 3.40. So sánh phổ tổng trở của hai phương pháp đo RDE và flow loop - o: phương pháp RDE; - *: Phổ tổng trở đo trên thiết bị Flow loop.
Hình 3.41. So sánh đường cong phân cực của hai phương pháp đo RDE và flow loop
-- Đường cong phân cực thiết bị đo flow loop; 0 50 100 150 200 250 300 -25 25 75 125 175 225 275 Z' (Ohm) -Z " (O h m ) E, V (SCE) i, m A /c m 2
-- Đường cong phân cực theophương pháp RDE
Bảng 3.38. So sánh hai phương pháp đo RDE và flow loop TT Phương pháp Tổng trở Rp
(Ω.cm2)
Vcorr (mm/year)
1 RDE 383 0,4527
2 Flow loop 380,26 0, 4568
Từ kết quả thu được sau khi phân tích tìm đường Cicle của hai hệ đo theo phương pháp phổ tổng trở cũng như phương pháp xác định dòng ăn mòn, kết quả đo thể hiện trong bảng 3.38 có thể thấy rằng không có nhiều sự khác biệt giữa hai hệ đo. Qua đó khẳng định việc sử dụng thiết bị flow loop chế tạo được vào khảo sát quá trình ăn mòn kim loại trên thiết bị điện hóa Autolab.
3.3.2.2. Tốc độăn mòn kim loại tại các tốc độ dòng chảy khác nhau
Phổ tổng trở, quét từ tần số 10.000Hz đến 0,01 Hz, quá trình ăn mòn thép N80 được đo với dòng chảy tốc độ khác nhau trong dung dịch nước biển có và không có chất ức chế được trình bày tại hình 3.42.
Hình 3.42. Phổ tổng trở thép N80 trên thiết bị flow loop khi không có chất ức chế
Experiment title 0 25 50 75 100 125 150 0 25 50 75 100 125 150 Z' / ohm -Z '' / oh m
Hình 3.43. Phổ tổng trở thép N80 trên thiết bị flow loop khi sử dụng 5 phần triệu imidazolin
: 1 m3/giờ; : 2 m3/giờ; ◊:3 m3/giờ; x: 4 m3/giờ ; ∗ : 5 m3/giờ
Tổng trở của hệ đo khi không có chất ức chế và có 5 ppm chất ức chế imidazolin, hiệu quả bảo vệ kim loại của hệ ức chế thể hiện ở bảng 3.39.
Bảng 3.39. Hiệu quả bảo vệ thép N80 của chất ức chế imidazolin tại tốc độ chảy khác nhau
TT Tốc độ dòng chảy, m3/giờ Tổng trở khi không có ức chế, Ωcm2 Tổng trở khi có chất ức chế, Ωcm2 HQBV, % 1 0 280 2667 89,5 2 1 (0,10m/s) 121,3 904,1 86,6 3 2 (0,14m/s) 109 432,1 74,8 4 3 (0,18 m/s) 60,7 139,1 56,4 5 4(0,22 m/s) 43,8 85,5 51,3 6 5 (0,26 m/s) 30,4 61,4 50,4
Kết quả thu được trên cho thấy thiết bị flow loop chế tạo được hoàn toàn tương thích cho việc thử nghiệm trong điều kiện dòng chảy động. Cùng với sự tăng của tốc độ dòng chảy, ở nồng độ chất ức chế là 5 ppm, hiệu quả bảo vệ của
chất ức chế giảm từ 86% xuống 50,4%. Đó là do khi tăng tốc độ dòng chảy khả năng hấp phụ của chất ức chế lên bề mặt kim loại giảm đi, hay nói cách khác khi tốc độ dòng chảy tăng thì chất ức chế không kịp hấp phụ lên bề mặt kim loại, dẫn đến hiệu quả bảo vệ kim loại của chất ức chế giảm.
Phân tích phổ tổng trở dựa trên sơ đồ mạch điện tương đương của hệ. Mục đích là để tìm được từng thành phần riêng biệt trong hệ điện hóa, quá trình ăn mòn xảy ra ở nơi tiếp xúc pha kim loại-dung dịch của hệ ăn mòn. Mạch điện hoá của hệ đo có dạng ở sơ đồ ở hình 3.44:
Hình 3.44. Sơ đồ mạch điện cân bằng Trong đó:
Rs: điện trở dung dịch
Rct: Điện trở chuyển điện tích Cdl: Điện dung lớp kép.
Số liệu đo trong điều kiện tĩnh đã được công bố ở trên. Hiệu quả bảo vệ khi sử dụng chất ức chế với nồng độ 5 ppm là 89,5%. Hiệu quả bảo vệ kim loại của chất ức chế imidazolin được trình bày ở bảng 3.38, tổng trở của hệ giảm khi tốc độ dòng chảy tăng đồng nghĩa với tốc độ ăn mòn kim loại tăng lên khi tăng tốc độ dòng chảy. Ở tốc độ dòng chảy thấp 1m3/giờ hiệu quả bảo vệ kim loại tương đương với kết quả thử nghiệm tĩnh được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Vietsovpetro là 89,5 %.
Cdl
Rs
Bảng 3.40. Tổng trở của thép N80 tại các tốc độ chảy khác nhau tại nồng độ 5ppm ức chế imidazolin
Rs, Ωcm2 Rp, Ωcm2 Điện dung lớp kép CPE, F TT Tốc độ chảy, m3/h 0 ppm 5ppm 0 ppm 5ppm 0 ppm 5ppm 1 0 39,5 67,3 280 2.667 8,25.10-5 4,84.10-7 2 1 14,9 39,9 121,2 904,1 2,48. 10-6 5,60.10-6 3 2 10,3 32,4 109,0 432,2 9,93.10-6 4,59.10-7 4 3 6,7 20,1 60,7 139,1 5,53.10-7 2,52.10-7 5 4 4,3 15,3 43,8 85,5 6,81.10-7 1,60.10-7 6 5 1,2 12,8 30,5 61,4 1,22.10-8 8.67 x 10-8
Điện dung lớp kép giảm dần khi tốc độ dòng chảy bên trong đường ống tăng.
3.3.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ imidazolin tới hiệu quả bảo vệ chống ăn mòn thép N80 tại tốc độ chảy 5 m3/giờ
Kinh nghiệm bơm ép, nước biển truyền thống có nhiệt độ trên bề mặt không lớn hơn 30oC, vào các vỉa của mỏ Bạch Hổ thấy rằng nước biển được bơm ép vào các vỉa sản phẩm của mỏ làm giảm nhiệt độ không chỉ ở vùng cận đáy giếng mà cả ở vùng vỉa chứa dầu. Ví dụ: Qua 10 ngày bơm ép nước biển với nhịp độ 120 - 200m3/ngày đêm (5-8 m3/g), thì nhiệt độ vùng cận đáy giếng giảm đến 50oC và khi bơm ép với nhịp độ 500m3/ngày đêm thì nhiệt độ vùng cận đáy giếng giảm đến 37oC.
Từ thực tế khai thác dầu khí tại Vietsovpetro, lựa chọn tốc độ dòng chảy 1 pha (lỏng) 5 m3/giờ để khảo sát hiệu quả bảo vệ chống ăn mòn kim loại của hệ chất ức chế imidazolin. Các nồng độ lựa chọn khảo sát là: 5,10,15,20,25 ppm. Trong đó nồng độ 10 ppm là nồng độ mà Viesovpetro đang áp dụng để chống ăn mòn cho hệ thống. Các thí nghiệm tiến hành bằng phương pháp điện hóa EIS trên thiết bị flow loop chế tạo được.
Hình 3.45. Phổ tổng trở thép N80 trên thiết bị fow loop khi sử dụng 5÷25 phần triệu imidazolin, tốc độ dòng chảy 5 m3/giờ
+ Không có chất ức chế, : 5ppm; : 10ppm; : 15 ppm; : 20ppm;
∇:25ppm.
Bảng 3.41. Tổng trở thép N80 tại các nồng độ chất ức chế imidazolin khác nhau trong điều kiện dòng chảy động 5m3/giờ (≈0,26 m/s) TT Nồng độ imidazolin, ppm Rp, Ωcm2 HQBV, % 1 0 30,5 - 2 5 61,4 50,4 3 10 176,8 64,8 4 15 212,7 85,7 5 20 278,8 89 6 25 325,3 90,6
Hiệu quả bảo vệ kim loại đạt 90,6%, nồng độ chất ức chế là 25 phần triệu, tại tốc độ dòng chảy 5 m3/h. Tổng trở đo được là 325,3 Ωcm2, trong điều kiện
Hieu qua bao ve cua imidazolin o cac nong do khac nhau
0 0.K 1K 1K 1K 1K 2K 2K 0 0.K 1K 1K 1K 1K 2K 2K Z' / ohm -Z '' / o h m Z’ (Ohm) -Z ” (O hm )
tĩnh khi chưa có chất ức chế ăn mòn tổng trở đo được là 262,7 Ωcm2. Kết quả này cho thấy ảnh hưởng khá lớn của tốc độ dòng chảy tới tốc độ ăn mòn kim loại. Do vậy để hạn chế tốc độ ăn mòn kim loại trong đường ống dẫn nước bơm ép phải sử dụng kết hợp nhiều phương pháp khác nhau như: chất khử ô xi, khử vi sinh vật, phụ gia phốt phát chống mài mòn, ...