بررسی نقش تغییرات سرعت سیال و pHدر مدل محاسبه حداکثر نرخ خوردگی ناشی از گاز دی اکسید کربن در خطوط لوله نفت و گاز

چکیده

خوردگی لوله های فولادی انتقال نفت و گاز در اثر حضور گاز دی اکسید کربن و آب یکی از مشکلات مهم در خطوط لوله انتقال نفت و گاز است. از آنجایی که استفاده از آلیاژهای مقاوم به خوردگی در خطوط لوله بزرگ و طولانی عملاً امکانپذیر نیست، به نظر میرسد تنها راهکار فعلی استفاده از فولاد کربنی و کنترل  خوردگی با استفاده از افزودنی های شیمیایی باشد. از اینرو مدلسازی خوردگی فولاد ساده کربنی در محلولهای آبی حاوی گاز دی اکسید کربن میتواند  بعنوان ابزاری برای پیش بینی خوردگی در چنین سیستم هایی مورد استفاده قرار گیرد. در این تحقیق، مدلی برای پیشبینی حداکثر نرخ خوردگی فولاد ساده کربنی در محلول های آبی حاوی گاز دی اکسید کربن ارائه شده است. برای تعیین نرخ خوردگی، جریان های الکتروشیمیایی بر روی سطح فولاد تعیین میشوند.  برای این منظور غلظت گونه های شیمیایی بر روی سطح فولاد با استفاده از حل معادلات انتقال جرم با روش تفاضلات محدود تعیین میشوند. کارائی مدل ارائه شده با انجام آزمایش های الکتروشیمیایی با استفاده از الکترود دوار مورد ارزیابی قرار گرفت. این مدل توانایی پیش بینی نرخ خوردگی و  چگونگی تغییرات غلظت گونه های مختلف مانند یون هیدروژن را در لایه مرزی انتقال جرم داراست. در انتها تأثیر پارامترهایی مانند سرعت سیال و pHمحلول بر  نرخ خوردگی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مدلسازی نشان داد که با افزایش pHمحلول، نرخ خوردگی کاهش مییابد. در غلظت های کم یون هیدروژن، واکنش  احیای آن توسط پدیده انتقال بار کنترل میگردد در حالیکه با افزایش غلظت یون هیدروژن، پدیده نفوذ نیز تأثیر گذار میگردد. افزایش سرعت سیال باعث افزایش  انتقال جرم و در نتیجه افزایش نرخ خوردگی میگردد. البته تأثیر سرعت سیال بر نرخ خوردگی بیشتر در غلظت های بالای یون هیدروژن محسوس است. با توجه  به نتایج ارزیابی های انجام گرفته، مدل ارائه شده ابزار مناسبی برای پیشبینی حداکثر نرخ خوردگی فولادهای ساده کربنی در لوله های انتقال نفت و گاز  میباشد.

مقدمه

خوردگی ناشی از گاز دی اکسید کربن فولاد ساده کربنی یکی از مشکلات صنایع نفت و گاز است. از اینرو مدلهای مختلفی برای پیشبینی خوردگی ناشی از  گاز دیاکسید کربن توسط محققان ارائه شده است اکثر مدل های ارائه شده بر اساس یافته های تجربی بنانهاده شده اند و تنها چند مدل جدید سعی  نموده اند با تعیین مکانیزم و سینتیک فرآیند، نرخ خوردگی را پیش بینی کنند . آقای M.S. Highو همکارانش و آقای Nordsveenو همکارانش جهت تعیین نرخ خوردگی پدیده انتقال جرم را در نظر گرفته اند. آنها در این مدل ها پارامترهای مهاجرت، نفوذ و جابجایی را برای انتقال جرم منظور نموده اند پدیده مهاجرت به  اختلاف پتانسیل وابسته است و آقای Songو همکارانش معتقد هستند که در نظر گرفتن اثر مهاجرت در سیستم خوردگی که جریان خارجی به آن اعمال  نمیشود، ضروری نمیباشد . بعلاوه آنها ترکیباتی چون H2Sرا وارد مدل خود نموده اند اما تنها تأثیر آنها بر غلظت های تعادلی یون های مختلف را در نظر  گرفته اند که البته درغلظت های کم ، H2Sتأثیر آن بر غلظت های تعادلی ناچیز است. در واقع هر چند ترکیباتی مانند H2Sدر مدل حضور دارند اما اثر واقعی آنها در  نظر گرفته نشده است. لذا وارد کردن پارامترهای کم تأثیر در محاسبات باعث افزایش زمان محاسبات و ایجاد مشکلات احتمالی در رسیدن به همگرایی در  حل عددی معادلات میگردد.

ABSTRACT

The corrosion of steel tubes by oil and gas transmission due to the presence of carbon dioxide and water is one of the major problems in oil and gas pipelines. Since the use of corrosion resistant alloys in large and long pipelines is virtually impossible, it seems that the only current solution is to use carbon steel and to control corrosion using chemical additives. Therefore, the modeling of carbon monoxide corrosion in aqueous solutions containing carbon dioxide gas can be used as a tool to predict corrosion in such systems. In this study, a model for predicting the maximum corrosion rate of carbon steel in aqueous solutions containing carbon dioxide gas is presented. To determine the corrosion rate, electrochemical streams are determined on the surface of the steel. For this purpose, the concentration of chemical species on the steel surface is determined by the use of solving mass transfer equations with finite difference methods. The performance of the proposed model was evaluated by performing electrochemical experiments using rotary electrode. This model has the ability to predict the rate of corrosion and how changes in the concentration of different species, such as hydrogen ion, in the mass transfer boundary layer. Finally, the effect of parameters such as fluid velocity and solution pH on corrosion rate was investigated. The modeling results showed that the corrosion rate decreases with increasing solution pH. At low concentrations of hydrogen ion, its reaction is controlled by the charge transfer phenomenon, while the influence of hydrogen permeation is also affected by increasing the concentration of hydrogen ion. Increasing fluid velocity increases the mass transfer and thus increases corrosion rate. However, the effect of the fluid velocity on the corrosion rate is significant at high concentrations of hydrogen ion. According to the results of the evaluations, the proposed model is a suitable tool for predicting the maximum corrosion rate of ordinary carbon steels in oil and gas transmission pipes.

INTRODUCTION

Corrosion caused by carbon monoxide carbon dioxide is one of the problems of the oil and gas industry. Hence, several models for predicting corrosion caused by carbon dioxide by the researchers provided the majority of the proposed models based on empirical findings founded, and only a few new models have tried to determine the mechanisms and kinetics, the corrosion rate forecast They do. Mr. M.S. High and colleagues and Mr. Nordsveen and colleagues to determine the corrosion rate of mass transfer phenomena are considered. In these models, the parameters of migration, influence and shift to mass in order to have the phenomenon of migration to the potential difference depends Mr. Song and his colleagues believe that the effect of migration in the corrosion of the external flow is not applied, not necessary . In fact, though combinations like H2S are present in the model, their actual effect is not considered.

Year : 2007

Publisher : First Tube and Related Industries Conference

By : Mohammad Shaygani Akmal, Mohammad Ghorbani, Abdollah Afshar, Morteza Rahmanian

File Information : Persian Language / 10 Page/ Size :  278 KB

Download tutorial

سال : 1386

ناشر : اولین کنفرانس لوله و صنایع وابسته

کاری از : محمد شایگانی اکمل , محمد قربانی , عبدالله افشار , مرتضی رحمانیان