The Impact of Sulfur Compounds Functioning as Organic Pollutants on the Corrosion of Carbon Steel in Concentration Cells

سوزان طه عباس; ساهر محمد الزريجي; باسم عبيد حسن

doi:10.52716/jprs.v15i4.842

المؤلفون

سوزان طه عباس مركز الحماية من السرطان، وزارة البيئة
ساهر محمد الزريجي وزارة النفط، شركة خطوط أنابيب النفط
باسم عبيد حسن قسم الهندسة الكيميائية، كلية الهندسة، جامعة النهرين، بغداد، العراق.

DOI:

https://doi.org/10.52716/jprs.v15i4.842

الكلمات المفتاحية:

organic pollutant corrosion، Galvanic corrosion، carbon steel، concentration cell، mercaptoethanol

الملخص

يُعَدّ التآكل أحد التحديات الرئيسية في صناعة النفط، ويتأثر بظروف الموائع الداخلية والعوامل الخارجية المحيطة. ويحدث تآكل خلايا التركيز عندما تتفاعل المعادن مع محاليل تختلف في تراكيزها، وغالباً ما يزداد هذا التأثير بفعل الملوِّثات المحتوية على الكبريت. يتناول هذا البحث دراسة تأثير مركب ميركابتو إيثانول (ME, C₂H₆OS)، وهو أحد المركبات الكبريتية الشائعة في المياه الناتجة من نفايات المصافي النفطية، على سلوك تآكل الفولاذ الكربوني (CS) عند تراكيز ودرجات حرارة مختلفة.

أظهرت النتائج أن لمركّب الميركابتو إيثانول تأثيراً واضحاً في ديناميكيات التآكل، إذ تبيّن أن كلاً من التركيز ودرجة الحرارة عاملان حاسمان في تحديد معدل التآكل. عند درجة حرارة 25 °م انخفض معدل التآكل من 5.594 gmd إلى 3.705 gmd بزيادة تركيز ME من 1 مل/لتر إلى 3 مل/لتر. وبالمثل، عند 32 °م انخفض المعدل من 4.877 gmd إلى 4.502 gmd (عند زيادة ME من 1 إلى 2 مل/لتر)، لكنه ارتفع قليلاً إلى 4.701 gmd عند تركيز 3 مل/لتر.

وعند درجات حرارة أعلى، 40 °م و50 °م، ارتفع معدل التآكل بشكل ملحوظ من 6.954 gmd إلى 16.267 gmd (عند زيادة ME من 1 إلى 2 مل/لتر)، ثم انخفض إلى 4.002 gmd و5.785 gmd عند تركيز 3 مل/لتر على التوالي. كما أظهرت النتائج أن الجهد الكهروكيميائي للفولاذ الكربوني في وجود الميركابتو إيثانول يتحول نحو قيم سالبة مع ارتفاع درجات الحرارة، مما يشير إلى تكون طبقة سطحية واقية.

ويختلف هذا السلوك عن ما يحدث في حالة N0.1 NaCl، حيث تتشكل طبقات أوكسيدية مع ارتفاع درجات الحرارة. تؤكد هذه النتائج المتميزة العلاقة المعقدة بين التركيز ودرجة الحرارة وآليات التآكل في خلايا التركيز، وتُبرز هذه النتائج تفوق الميركابتو إيثانول على كلوريد الصوديوم في تخفيف التآكل الجلفاني في التطبيقات الصناعية.

المراجع

A. H. Al-Moubaraki and I. B. Obot, “Corrosion challenges in petroleum refinery operations: Sources, mechanisms, mitigation, and future outlook”, Journal of Saudi Chemical Society, vol. 25, no. 12, p. 101370, Dec. 2021. https://doi.org/10.1016/j.jscs.2021.101370.

B. O. Hasan and S. M. Aziz, “Corrosion of carbon steel in two-phase flow (CO2 gas-CaCO3 solution) controlled by sacrificial anode”, Journal of Natural Gas Science and Engineering, vol. 46, pp. 71–79, Oct. 2017. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2017.06.032.

Q. J. M. Slaimana and B. O. Hasan, “Study on corrosion rate of carbon steel pipe under turbulent flow conditions”, The Canadian Journal of Chemical Engineering, vol. 88, no. 6, pp. 1114–1120, 2010. https://doi.org/10.1002/cjce.20383.

S. D. Cramer and B. S. Covino, Eds., “Galvanic Corrosion”, in Corrosion: Fundamentals, Testing, and Protection, ASM International, vol. 13A, pp. 210–213, 2003. https://doi.org/10.31399/asm.hb.v13a.a0003607.

Q. Zhang, C. Zhang, Z. Zhang, N. Zhang, and J. Liu, “Galvanic corrosion behavior of dissimilar casing steels in high sulfur-containing gas wells”, Engineering Failure Analysis, vol. 108, p. 104320, Jan. 2020. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.104320.

B. O. Hasan, “Galvanic corrosion of carbon steel–brass couple in chloride-containing water and the effect of different parameters”, Journal of Petroleum Science and Engineering, vol. 124, pp. 137–145, Dec. 2014. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2014.09.036.

X. G. Zhang, “Galvanic Corrosion of Zinc and Its Alloys”, Journal of The Electrochemical Society, vol. 143, no. 4, p. 1472, Apr. 1996. https://doi.org/10.1149/1.1836662.

A. A. Al-Amiery, W. N. R. W. Isahak, and W. K. Al-Azzawi, “Corrosion Inhibitors: Natural and Synthetic Organic Inhibitors”, Lubricants, vol. 11, no. 4, Art. no. 4, Apr. 2023. https://doi.org/10.3390/lubricants11040174.

M. Tavakkolizadeh and H. Saadatmanesh, “Galvanic Corrosion of Carbon and Steel in Aggressive Environments”, Journal of Composites for Construction, vol. 5, no. 3, pp. 200–210, Aug. 2001. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0268(2001)5:3(200).

G. A. Zhang, N. Yu, L. Y. Yang, and X. P. Guo, “Galvanic corrosion behavior of deposit-covered and uncovered carbon steel”, Corrosion Science, vol. 86, pp. 202–212, Sep. 2014. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2014.05.011.

“Dissimilar Metal Corrosion with Zinc”, American Galvanizers Association. https://galvanizeit.org/design-and-fabrication/design-considerations/dissimilar-metals-in-contact.

Y. Y. Li, Z. Z. Wang, X. P. Guo, and G. A. Zhang, “Galvanic corrosion between N80 carbon steel and 13Cr stainless steel under supercritical CO2 conditions”, Corrosion Science, vol. 147, pp. 260–272, Feb. 2019. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.11.025.

M. Mouanga, M. Puiggali, B. Tribollet, V. Vivier, N. Pébère, and O. Devos, “Galvanic corrosion between zinc and carbon steel investigated by local electrochemical impedance spectroscopy”, Electrochimica Acta, vol. 88, pp. 6–14, Jan. 2013. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.10.002.

S. T. Abbas and B. O. Hasan, “Corrosion of carbon steel in formic acid as an organic pollutant under the influence of concentration cell”, Journal of Petroleum Research and Studies, vol. 10, no. 2, pp. 76–94, Jun. 2020. https://doi.org/10.52716/jprs.v10i2.352.

S. S. Hussein, B. O. Hasan, and N. A. Al-Haboubi, “Galvanic Corrosion of Copper / Nickel-Chrome Alloy in an Agitated Sulfuric Acid Solution”, Al-Nahrain Journal for Engineering Sciences, vol. 21, no. 1, pp. 133–140, Feb. 2018. https://doi.org/10.29194/NJES21010133.

M. E. El-Dahshan, A. M. Shams El Din, and H. H. Haggag, “Galvanic corrosion in the systems titanium/316 L stainless steel/Al brass in Arabian Gulf water”, Desalination, vol. 142, no. 2, pp. 161–169, Feb. 2002. https://doi.org/10.1016/S0011-9164(01)00435-0.

M. G. Fontana, “Corrosion engineering”, 3th ed., International ed. in McGraw-Hill series in materials science and engineering, New York: McGraw-Hill, 1987.

R. W. Revie and H. H. Uhlig, “Corrosion and corrosion control: an introduction to corrosion science and engineering”, 4th ed. Hoboken, NJ: Wiley-Interscience, 2008.

L. L. Shreir, “Corrosion”, vol. 1 Metal/Environment Reactions; m 3rd Ed, New York, 2000.