Preview

Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология

Расширенный поиск

Расчетно-аналитическая модель CO2/H2S-коррозии и дозирования ингибитора с учетом формирования FeCO3

https://doi.org/10.21285/achb.1058

EDN: HIFPQI

Аннотация

Цель настоящего исследования заключалась в разработке расчетно-аналитической модели для предварительной оценки CO₂- и смешанной CO₂/H₂S-коррозии углеродистой стали на объектах наземной подготовки нефти и определения ориентировочной концентрации ингибитора в водной фазе. Базовую скорость коррозии предложено рассчитывать по упрощенной зависимости де Ваарда – Мильямса, а pH использовать как диагностический параметр и для независимого сопоставления с NORSOK M-506. Влияние H₂S учитывается параметрически с учетом зависимости коррозии от pH, температуры, времени экспозиции и состояния FeS-пленки. Гидродинамический фактор задается через напряжение сдвига на стенке и параметры массопереноса, соответствующие рассматриваемой геометрии. Блок FeCO₃ включает расчет ионной силы, условного произведения растворимости Ksp(T,I) и отношения насыщения; для минерализованных вод предусматривается дополнительная проверка химической специации и активностей ионов. Термодинамическое пересыщение отделено от кинетики нуклеации и формирования защитной пленки. Дозировка ингибитора представлена нормированной величиной Ψ = C_req/C50,eff. В девяти расчетных точках значения по упрощенной зависимости оказались в 2,6–5,9 раза ниже NORSOK M-506 при напряжении сдвига 19 Па. Предложенная нами модель предназначена для сценарного анализа и планирования объектной калибровки, а не для автономного назначения промышленной дозировки. Основной диапазон применения — 20–60 °C; расчеты при 60–90 °C требуют обязательного учета FeCO₃.

Об авторах

Р. М. Нурисламов
Институт топлива, катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского
Казахстан

Нурисламов Руслан Мисхатович, ведущий инженер

050010, г. Алматы, ул. Кунаева, 142, Республика Казахстан



Н. Р. Кензин
Институт топлива, катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского
Казахстан

Кензин Наиль Рашидович, заведующий отделом

050010, г. Алматы, ул. Кунаева, 142, Республика Казахстан



Д. С. Пузикова
Институт топлива, катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского
Казахстан

Пузикова Дарья Сергеевна, д.н., старший научный сотрудник

050010, г. Алматы, ул. Кунаева, 142, Республика Казахстан



А. Н. Нефедов
Институт топлива, катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского
Казахстан

Нефедов Александр Николаевич, к.х.н., главный научный сотрудник, руководитель центра компетенции по проблемам коррозии

050010, г. Алматы, ул. Кунаева, 142, Республика Казахстан



М. Ж. Журинов
Институт топлива, катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского
Казахстан

Журинов Мурат Журинович, д.х.н., академик Национальной академии наук Республики Казахстан, профессор, заведующий лабораторией, генеральный директор

050010, г. Алматы, ул. Кунаева, 142, Республика Казахстан



Э. Н. Кензин
Институт топлива, катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского
Казахстан

Кензин Эльмир Наильевич, стажер центра компетенции по проблемам коррозии

050010, г. Алматы, ул. Кунаева, 142, Республика Казахстан



Список литературы

1. Kermani M.B., Morshed A. Carbon dioxide corrosion in oil and gas production: a compendium. Corrosion. 2003;59(8):659-683. DOI: 10.5006/1.3277596.

2. Nešić S. Key issues related to modelling of internal corrosion of oil and gas pipelines: a review. Corrosion Science. 2007;49(12):4308-4338. DOI: 10.1016/j.corsci.2007.06.006. EDN: KEHUXF.

3. Aghaaminiha M., Mehrani R., Colahan M., Brown B., Singer M., Nešić S., et al. Machine learning modeling of time-dependent corrosion rates of carbon steel in presence of corrosion inhibitors. Corrosion Science. 2021;193:109904. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2021.109904.

4. Jayaweera Ch.D., Fernandes del Pozo D., Hitsov I.P., Van Haeverbeke M., Diekow T., Verliefde A., et al. Assessing the feasibility of using a data-driven corrosion rate model for optimizing dosages of corrosion inhibitors. npj Materials Degradation. 2024;8(1):127. DOI: 10.1038/s41529-024-00545-8. EDN: BRAUJY.

5. De Waard C., Milliams D.E. Carbonic acid corrosion of steel. Corrosion. 1975;31(5):177-181. DOI: 10.5006/0010-9312-31.5.177.

6. De Waard C., Lotz U., Milliams D.E. Predictive model for CO2 corrosion engineering in wet natural gas pipelines. Corrosion. 1991;47(12):976-985.

7. Kahyarian A., Nesic S. On the mechanism of carbon dioxide corrosion of mild steel: experimental investigation and mathematical modeling at elevated pressures and non-ideal solutions. Corrosion Science. 2020;173:108719. DOI: 10.1016/j.corsci.2020.108719. EDN: FBTPWR.

8. Nordsveen M., Nešić S., Nyborg R., Stangeland A. A mechanistic model for carbon dioxide corrosion of mild steel in the presence of protective iron carbonate films. Part 1: theory and verification. Corrosion. 2003;59(5):443-456.

9. Sun W., Nešić S., Woollam R.C. The effect of temperature and ionic strength on iron carbonate (FeCO3) solubility limit. Corrosion Science. 2009;51(6):1273-1276. DOI: 10.1016/j.corsci.2009.03.009. EDN: KPIFNX.

10. Burkle D., De Motte R., Taleb W., Kleppe A., Comyn T., Vargas S.M., et al. In situ SR-XRD study of FeCO3 precipitation kinetics onto carbon steel in CO2-containing environments: the influence of brine pH. Electrochimica Acta. 2017;255:127-144. DOI: 10.1016/j.electacta.2017.09.138.

11. De Motte R.A., Barker R., Burkle D., Vargas S.M., Neville A. The early stages of FeCO3 scale formation kinetics in CO2 corrosion. Materials Chemistry and Physics. 2018;216:102-111. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2018.04.077.

12. Jiang C.Z., Tosca N.J. Fe(II)-carbonate precipitation kinetics and the chemistry of anoxic ferruginous seawater. Earth and Planetary Science Letters. 2019;506:231-242. DOI: 10.1016/j.epsl.2018.11.010.

13. Jiang C.Z., Tosca N.J. Growth kinetics of siderite at 298.15 K and 1 bar. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2020;274:97-117. DOI: 10.1016/j.gca.2020.01.047. EDN: KLJAHP.

14. Mulders J.J.P.A., Oelkers E.H., Tobler D.J. Siderite nucleation pathways as a function of aqueous solution saturation state at 25 °C. Chemical Geology. 2021;559:119947. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2020.119947. EDN: HZLLZB.

15. Abdar P.S., Hariri M.B., Kahyarian A., Nesic S. A revision of mechanistic modeling of mild steel corrosion in H2S environments. Electrochimica Acta. 2021;382:138231. DOI: 10.1016/j.electacta.2021.138231. EDN: POQFSQ.

16. Choi Y.-S., Nesic S., Ling S. Effect of H2S on the CO2 corrosion of carbon steel in acidic solutions. Electrochimica Acta. 2011;56(4):1752-1760. DOI: 10.1016/j.electacta.2010.08.049. EDN: OBCVXN.

17. Li D., Zhang L., Yang J., Lu M., Ding J., Liu M. Effect of H2S concentration on the corrosion behavior of pipeline steel under the coexistence of H2S and CO2. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2014;21(4):388-394. DOI: 10.1007/s12613-014-0920-y. EDN: WTKUZT.

18. Tang J., Shao Y., Zhang T., Meng G., Wang F., Guo J. The effect of H2S concentration on the corrosion behavior of carbon steel at 90 °C. Corrosion Science. 2010;52(6):2050-2058. DOI: 10.1016/j.corsci.2010.02.004. EDN: NWNAOH.

19. Lah N.F.C., Yusoff P.S.M.M., Yogaraj J.R., Mustapha M., Delan E.H., Yee J.F.F. Corrosion study of carbon steel in high-acidic environment: H2S and CO2–H2S comparison. In: Аhmad F., Iskandar T., Habib К. (eds.). Conference of International Conference on Renewable Energy and E-mobility. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Singapore: Springer; 2024, p. 299-307. DOI: 10.1007/978-981-99-5946-4_24.

20. Yue Yu., Yin Zh., Li Sh., Zhang Z., Zhang Q. Corrosion behavior of mild steel in various environments including CO2, H2S, and their combinations. Metals. 2025;15(4):440. DOI: 10.3390/met15040440. EDN: VLHDSG.

21. Zheng Z., Hu J., Zhong X., Eliaz N., Zhou L., Yuan X. Mercaptopropionic acid-modified oleic imidazoline as a highly efficient corrosion inhibitor for carbon steel in CO2-saturated formation water. Corrosion Science. 2022;194:109930. DOI: 10.1016/j.corsci.2021.109930. EDN: NDEHWN.

22. Geng Sh., Hu Ju., Yu J., Zhang Ch., Wang H., Zhong X. Rosin imidazoline as an eco-friendly corrosion inhibitor for the carbon steel in CO2-containing solution and its synergistic effect with thiourea. Journal of Molecular Structure. 2022;1250:131778. DOI: 10.1016/j.molstruc.2021.131778. EDN: LHHONY.

23. Biedunkova O., Kuznietsov P., Martynov S., Kucherova A., Hrytsyna O. Bench-scale performance evaluation of phosphonate (HEDP) for corrosion inhibition of carbon steel in a power plant cooling water system. Engineering Reports. 2025;7(11):e70473. DOI: 10.1002/eng2.70473. EDN: VLNOYO.

24. Deyab M.A., Abdeen M.M., Hussien M., E. El-Sayed I., Galhoum A., El-Shamy O.A.A., et al. Novel corrosion inhibitor for carbon steel in acidic solutions based on α-aminophosphonate. Molecules. 2023;28(13):4962. DOI: 10.3390/molecules28134962. EDN: WZVDGP.

25. Ali H.A., Shaban M.M., Abousalem A.S., Ghaith E.A., Fouda A.S., Ismail M.A. Novel biphenylidene-thiopyrimidine derivatives as corrosion inhibitors for carbon steel in oilfield produced water. Scientific Reports. 2023;13(1):16388. DOI: 10.1038/s41598-023-43312-6. EDN: HFOJAF.

26. Shamsa A., Hua Y., Neville A., Barker R., Barmatov E., Hughes T.L. Hydrolysis of imidazoline based corrosion inhibitor and effects on inhibition performance of X65 steel in CO2 saturated brine. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021;206:109235. DOI: 10.1016/j.petrol.2021.109235. EDN: AEWTIC.

27. Parkhurst D.L., Appelo C.A.J. Description of input and examples for PHREEQC Version 3–A Computer program for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport, and inverse geochemical calculations. Geological Survey Techniques and Methods. 2013;6(A43):497.

28. Berger F.P., Hau K.-F.F.-L. Mass transfer in turbulent pipe flow measured by the electrochemical method. International Journal of Heat and Mass Transfer. 1977;20:1185-1194.

29. Huang Yu., Wang X., Lu K., Hu J. Carbon steel pipeline CO2 erosion-corrosion damage prediction model and numerical simulation research. Geoenergy Science and Engineering. 2025;246:213558. DOI: 10.1016/j.geoen.2024.213558. EDN: WUZRDN.

30. Wajon J.E., Ho G.-E., Murphy P.J. Rate of precipitation of ferrous iron and formation of mixed ironcalcium carbonates by naturally occurring carbonate materials. Water Research. 1985;19(7):831-837. DOI: 10.1016/0043-1354(85)90140-X.

31. Cruz J.P.B., Veruz E.G., Aoki I.V., Schleder A.M., de Souza G.F.M., Vaz G.L., de Barros L.O., Orlowski R.T.C., Martins M.R. Uniform corrosion assessment in oil and gas pipelines using corrosion prediction models – Part 1: Models performance and limitations for operational field cases. Process Safety and Environmental Protection: Transactions of the Institution of Chemical Engineers, Part B. 2022;167:500-515. DOI: 10.1016/j.psep.2022.09.034. EDN: RTBYUR.

32. Obot I.B. Corrosion inhibitor composition for wet sour crude. Patent US, no. 12503636; 2025.


Рецензия

Для цитирования:


Нурисламов Р.М., Кензин Н.Р., Пузикова Д.С., Нефедов А.Н., Журинов М.Ж., Кензин Э.Н. Расчетно-аналитическая модель CO2/H2S-коррозии и дозирования ингибитора с учетом формирования FeCO3. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2026;16(3):453-464. https://doi.org/10.21285/achb.1058. EDN: HIFPQI

For citation:


Nurislamov R.M., Kenzin N.R., Puzikova D.S., Nefedov A.N., Zhurinov M.Zh., Kenzin E.N. Calculation and analytical model of CO2/H2S corrosion and inhibitor dosing considering FeCO3 formation. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2026;16(3):453-464. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/achb.1058. EDN: HIFPQI

Просмотров: 16

JATS XML


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-2925 (Print)
ISSN 2500-1558 (Online)