Свойства салицилиден-анилина как ингибитора коррозии в системах транспортировки нефти и нефтепродуктов

Введение. Значимая проблема техносферной безопасности — риски аварий и пожаров при транспортировке и  перекачке  нефти  и  нефтепродуктов. Причинами  могут  быть утечки  из-за  коррозионных  повреждений трубопроводов, цистерн,  резервуаров  нефтехранилищ.  Ввиду  возможных  серьезных  финансовых, экологических  и  социальных  последствий  таких  происшествий  важно постоянно  изыскивать  новые,  более эффективные,  подходы  к  предотвращению  коррозионных  процессов.  Очевидно,  например,  что  в  настоящее время  досконально  изучены  далеко  не  все  химические  соединения,  способные  подавлять  или  тормозить разрушение  металлов  и  сплавов. Представленная  научная  работа  призвана  отчасти  преодолеть  недостаток данных в этой области.

Цель — исследовать малоизученное соединение салицилиден-анилин, которое может быть ингибитором коррозии аналогично другим, сходным по строению и составу азотсодержащим составам.

Материалы  и  методы. Для  исследования  ингибиторных,  адсорбционных  и  комплексообразующих  свойств салицилиден-анилина  использовали  гравиметрический  метод.  Проводили  опыты  с  пластинами  из  стали  Ст3. Фиксировалась  масса  металлических  образцов  без  ингибитора  и  с  ингибитором  до  и  после  выдержки  в испытуемых  средах.  Эффект  определяли  по  изменению  скорости  коррозии.  При  постановке  экспериментов ориентировались на ГОСТ 9.905–82 «Единая система защиты от коррозии и старения. Методы коррозионных испытаний». Объем коррозионной среды определили по ГОСТу 9.506–87 «Единая система защиты от коррозии и  старения.  Ингибиторы  коррозии  металлов  в  водно-нефтяных  средах».  Критерии  коррозии  взяли  из ГОСТа 9.908–85 «Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости». Расчеты  основывались  на  принципе  оценивания,  который  задает  отношение  мультипликативного метризованного  линейного  порядка  на  множестве  частных  критериев. Для  ранжирования  использовали интегральный показатель, основанный на математическом и методическом подходах.

Результаты  исследования. Изучено  воздействие  солянокислой  среды  на  образцы  стали  Ст3.  Брали  четыре концентрации  ингибитора:  0 %, 0,01 %, 0,1 %, 0,2 %.  Зафиксировали массу металлических  образцов  без ингибитора  и  с  ингибитором  до  и  после  выдержки  в испытуемых  средах.  Эффект  определили  по  изменению скорости  коррозии.  Рассчитали  массовый  показатель  коррозии.  Качество  поверхности  при  разрушении  и ингибировании  коррозии  определяли  в  пять  этапов:  выбрали  оцениваемые  элементы,  сформулировали  цель оценивания,  нашли  элементы  технического  состояния  исследуемого  объекта,  описали  суть  определения полезности  или  ценности  критерия,  пояснили  суть  оптимизации. Исследуемые  свойства  ранжировали  по отношению  мультипликативного  метризованного  линейного  порядка  на  множестве  частных  критериев.  Для расчетов поставили задачу — определить компоненты вектора В в соответствии с одним из этапов оценки. Речь идет  о  стадии,  когда  полезность  или  ценность  критерия  анализируется  по  точкам  на  числовой  оси, указывающим на состояние объекта «лучше — хуже». Построили показатель z, аппроксимирующий известную или  задаваемую  (обучающую)  матрицу  парных  взаимосвязей  между  объектами.

Полученный  в  итоге  показатель  позволяет  оценивать  техническое  состояние  поверхности  в  процессе протекания  коррозии  и  при  ее  замедлении за  счет  добавления  салицилиден-анилина.  Получен  результат  для образцов  с  площадью  поверхности  от  10,1∙10^-4 м² до  11,9∙10^-4 м².  За  время  эксперимента  масса  металла уменьшалась  в  0,2–0,8  раза  с  ингибитором  и  почти  в  3,5  раза  без  него.  Фиксировался  массовый  показатель коррозии  от  0,15 г/м²∙ч  до  0,48 г/м²∙ч.  При  этом  защитная  способность  ингибитора  оказалась  достаточно высокой:  минимальная  — 77,4 %,  максимальная  — 94,8 %.  Это  убедительный  показатель.  Стоит  также упомянуть такое преимущество салицилиден-анилина, как невысокая опасность. Класс его опасности — III (для сравнения: класс опасности анилина на уровень выше — II).

Обсуждение и заключение. Предлагается использовать салицилиден-анилин как средство, повышающее срок безопасной службы нефтепроводов и цистерн. Доказан потенциал этого состава как эффективного ингибитора коррозии,  хорошо  растворимого  в  нефти  и  нефтепродуктах.  Отмечены  такие  свойства салицилиден-анилина, как медленное окисление и умеренная токсичность.

1. Сабанов С.В., Никулин С.А., Карнавский Е.Л. Определение первоочередности вывода в ремонт оборудования противокоррозионной защиты на участке газопровода в условиях ограничения финансирования. Практика противокоррозионной защиты. 2020;25(2):7–17. https://doi.org/10.31615/j.corros.prot.2020.96.2-1

2. Цыганкова Л.Е., Ким Я.Р. Новое поколение ингибиторов коррозии металлов для нефтехимической промышленности. В: Тр. ХVIII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Т. 3. Москва; 2007. С. 467.

3. Soumen Mandal, Jitendra Kumar Singh, Dong-Eun Lee, Taejoon Park. Ammonium Phosphate as Inhibitor to Mitigate the Corrosion of Steel Rebar in Chloride Contaminated Concrete Pore Solution. Molecules. 2020;25(17):3785. https://doi.org/10.3390/molecules25173785

4. Karthick Subbiah, Han-Seung Lee, Soumen Mandal, Taejoon Park. Conifer Cone (Pinus resinosa) as a Green Corrosion Inhibitor for Steel Rebar in Chloride-Contaminated Synthetic Concrete Pore Solutions. ACS Applied Materials & Interfaces. 2021;13(36):43676–43695. https://doi.org/10.1021/acsami.1c11994

5. Пахомов В.С, Шевченко А.А. Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии. Москва: Химия, КолосС; 2009. 444 с.

6. Vigato P.A., Tamburini S., Bertolo L. The Development of Compartmental Macrocyclic Schiff Bases and Related Polyamine derivaties. Coordination Chemistry Reviews. 2007;251(11-12):1311–1492. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2006.11.016

7. Дерюшев В.В., Зайцева М.М., Косенко Е.Е. Мамбергер С.К. Оценка свойств антикоррозионных покрытий металлоконструкций. Безопасность техногенных и природных систем. 2020;(4):24–29. https://doi.org/10.23947/2541-9129-2020-4-24-29

8. Дерюшев В.В., Сидельникова Е.Г. Обобщенный показатель достаточности для оценивания технического состояния строительной и подъемно-транспортной техники. Научное обозрение. 2013;(9):164–167.

9. Крянев А.В., Лукин Г.В., Удумян Д.К. Метрический анализ и обработка данных. Москва: Физматлит; 2012. 308 с.

10. Дерюшев В.В., Косенко Е.Е., Косенко В.В. и др. Принятие технических решений в условиях неопределенности при наличии риска. Безопасность техногенных и природных систем. 2019;(2):56–61. https://doi.org/10.23947/2541-9129-2019-2-56-61

11. Касьянов В.Е., Демченко Д.Б., Косенко Е.Е. и др. Метод оптимизации надежности машин с применением интегрального показателя. Безопасность техногенных и природных систем. 2020;(1):23–31. https://doi.org/10.23947/2541-9129-2020-1-23-31

12. Зайцева М.М., Мегера Г.И., Копылов Ф.С. и др. Повышение безопасности работы техники путем обеспечения ее надежности. Безопасность техногенных и природных систем. 2019;2:33–37.

13. Колесников В.И., Мигаль Ю.Ф., Савенкова М.А. и др. Взаимодействие молекул фосфорсодержащих неорганических присадок с поверхностью железа: квантовохимический анализ. Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2013;3(51):153–160.

14. Delley B. Time-dependent Density Functional Theory with DMol3. Journal of Physics: Condensed Matter. 2010;22(38):384208. https://doi.org/10.1088/0953-8984/22/38/384208

15. Курень С.Г. Изучение адсорбционных комплексов на поверхности металлов. В: «Химия твердого тела: наноматериалы, нанотехнологии». Тр. X юбилейной междунар. науч. конф. Ставрополь; 2010. С. 247–249.

16. Курень С.Г. Квантовохимическое моделирование адсорбционных процессов. Ростов-на-Дону; 2012. 164 с.

17. Bravaya К.В., Bochenkova A.V., Granovsky A.A., Savitsky A.P., Nemukhin A.V. Modeling photoabsorption of the asFP595 chromophore 11. Journal of Physical Chemistry A. 2008;112(37):8804–8810. https://doi.org/10.1021/jp804183w

18. Bagaturyants A., Vener M. Multiscale modeling in nanophotonics. Materials and simulations. Abingdon: Jenny Stanford Publishing; 2017. 270 p. https://doi.org/10.1201/9781315109763