Цинковые покрытия на стали в условиях высоких температур
Вопрос.
Добрый день, Владимир Николаевич!
Вопрос связан с защитой от коррозии стальных деталей при их эксплуатации в нефтяных скважинах.
Известно, что на поверхности цинка при температурах более 60° Цельсия в электропроводных водных растворах образуются различные пассивные пленки (гидроксид, гидрок-сихлорид), что приводит к тому, что потенциал цинка становится более положительным, чем потенциал стали. В образовавшейся при таких условиях гальванопаре цинк играет роль катода, а сталь растворяется. По идее, такие выводы должны однозначно ограничивать возможность использования цинковых покрытий на стальных изделиях, работающих в нефтескважинах, где реализуются температуры пластовой жидкости до 170 град. Цельсия. Однако, из опыта (несколько десятков лет) эксплуатации погружных электроцентробежных насосов следует, что цинковые покрытия прекрасно защищают сталь от коррозии. Такие покрытия, например, используются для защиты стальной обвязки (броня) силового кабеля.
Возможно ли, что на потенциал цинкового покрытия, кроме температуры, оказывает значительное влияние минеральный состав среды?
Характеристики скважинных условий:
Температура жидкости - до 170 град.Цельсия;
Плотность жидкости - до 1400 кг/м.куб;
рН 5-8,5;
Концентрация твердых частиц - до 1 г/л;
Содержание попутной воды - до 99%;
Содержание попутного газа на входе в насос - до 65% по объему;
Минеральный состав до: сероводород - 1,25г/л; углекислый газ - 0,15г/л; ионы хлора - 20г/л; гидрокарбонат ион - 1г/л; Ионы кальция - 2г/л.
С уважением,
Татарников Петр Алексеевич.
к.т.н., ведущий инженер-технолог
ООО «Вебер Инжиниринг»
Ответ.
Уважаемый Петр Алексеевич!
Явление «обращение потенциала цинка», когда цинк перестает защищать сталь по катодному механизму, проявляется в условиях, при которых возможна пассивация цинка. Явление было замечено в относительно чистых атмосферах, например, в сельских, когда кислород воздуха образует на цинке оксидные пленки, а также в горячей воде.
В вашем случае, по-видимому, пассивация поверхности цинка не достаточна для «обращения потенциала» по отношению к стали и протекторные свойства цинка сохраняются. Безусловно, «что на потенциал цинкового покрытия, кроме температуры, оказывает значительное влияние минеральный состав среды». Кроме того, цинковое покрытие наряду с электрохимической защитой стали, выполняет функцию барьерного покрытия. Скорость коррозии собственно цинка в около нейтральных средах во много раз меньше скорости коррозии стали.
Полагаю, что толщина цинкового покрытия на изделиях, работающих в описываемых Вами условиях, достаточно велика и достигает десятков мкм, как при горячем цинковании. Тогда цинк будет сохранять свои защитные свойства как «барьерное покрытие», защищая сталь от доступа агрессивной среды.
Во всяком случае, исследование коррозионного поведения цинковых покрытий в агрессивной водной среде условиях повышенных температур и давлении, представляет интерес и мало освещено в литературе. Желаю Вам поработать в этом направлении.
28.09.2012