Борьба с коррозией нефтегазопромыслового оборудования в условиях бактериального заражения

Коррозия металлов их разрушение вследствие химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой - главный бич всех металлических конструкций и сооружений [1-4].

Увеличение хозяйственной деятельности человека привело к изменению физика-химических характеристик биосферы. В результате этого, резко возросли размеры коррозионных повреждений металлических конструкций.

Ежегодно, в результате коррозии промышленность теряет сотни тысяч тон металла. По оценкам зарубежных специалистов, коррозии наносит ущерб экономике развитых стран, составляющей 3-3,5 % от стоимости валового национального продукта. А потери металла достигают 20 % [5].

Значительная часть коррозионных разрушений металлов во многих природных и производственных средах - результат биологической коррозии. Опасность бактериальной коррозии состоит в том, что бактерии быстро размножаются и легко приспосабливаются к изменениям физических, химических и биологических условий среды. Среди образующихся бактерий наибольшей агрессией по отношению к металлическим конструкциям обладают сульфатредуцирующие бактерии, которые являются продуцентами коррозионных агентов (органических кислот, ферментов, сероводорода) [6,7]. Реакция сероводорода с металлом приводит к образованию сульфида железа и накоплению его на внутренней поверхности труб и другого оборудования [8].

Активный рост сульфатредуцирующих бактерий приводит к резкому увеличению скорости коррозии (примерно 24 раза), а наличие застойных зон к добавочному усилению активности сульфатредуцирующих бактерий, то есть, увеличению скорости локальной коррозии [9].

Микробиологическая коррозия наносит огромный ущерб народному хозяйству страны. Чрезвычайно значимы и обусловленные его потери в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. Согласно данным экспертиз, подавляющее количество случаев коррозионного поражения нефтепромыслового оборудования обусловлено воздействием микробиологического фактора [10]. Проблема остается чрезвычайно острой и до сих пор.

Одном из наиболее эффективных методов борьба с этим видом коррозионного разрушения конструкционных материалов является использование ингибиторной защиты с применением универсальных замедлителей подобного процесса.

Универсализм ингибиторов характеризуется тем, что они не только снижают общую скорость коррозии и уровень локального поражения материалов, но и являются эффективными бактерицидами, прежде всего по отношению к сульфатредуцирующими бактериям. Такие добавки, уже в молях концентрации позволяют не только эффективно бороться с собственно коррозией металлического оборудования, но и с его наводороживанием [11].

Не менее опасно присутствие сульфатредуцирующих бактерий и в условиях хранения нефти и нефтепродуктов, т.к. попадающая в топливо вода, оседающая в последствие на дно резервуара, служит прекрасным местом обитания для этой группы организмом, при заражении которыми немедленно начинается развитие бактериального биоценоза, приводящее не только к значительному повышению агрессивности коррозионной среды, но и ухудшению качества нефти и нефтепродуктов. Заметное увеличение наводороживания стали в результате деятельности сульфатредуцирующих бактерий усугубляет проблему коррозии, выводя борьбу с негативным влиянием бактерий на первоочередное место [12].

Неэффективность применения катодной защиты в присутствии микроорганизмов приводит к тому, что единственно действенным методом борьбы с коррозией, вызываемой сульфатредуцирующими бактериями, является использование веществ, способных полностью подавить или значительно ослабить деятельность указанной коррозионной опасной группы микроорганизмов [13].

Целью данной работы - являются лабораторные исследование эффективности и универсализма нового ингибитора для защиты углеродистой стали от микробиологической коррозии.

Лабораторные исследования бактерицидных свойств ингибитора МАРЗА-1 проводились в питательной среде Постгейта «Б» [14].

Питательную среду нагревали до кипения для стерилизации и удаления растворенного кислорода, после чего быстро охлаждали до 350 С, инкубировали чистой культурой из расчета 106 живых клеток сульфатредуцирующие бактерии на 1 мл раствора, разливали по герметичным емкостям и помещали в воздушный термостат специальной конструкции (320 С), где выдерживали в течение 168 час до завершения жизненного цикла микроорганизмов [15].

В качестве сульфатредуцирующий бактерии использованы сульфатредуцирующие бактерии роди Desulfomicrobium.

Количество клеток в 1 мл исходный суспензии вычисляли по формуле

M=

а^1000

h-S

П

где: М-число клеток в 1 мл суспензии;

а - среднее число клеток в квадрате сетки;

h – глубина камеры в мм;

S- площадь квадрата сетки в мм2;

n- разведение исходной суспензии.

Коэффициент подавления числа клеток СРБ исследованными композициями, рассчитывали из соотношения

N= -^ . 1Q0% ng где: n0 и nina численность микроорганизмов соответственной в отсутствие и в присутствии ингибиторов при прочих постоянных условиях.

Эффективность действия ингибитора МАРЗА-1 определяли из величины степени подавления ими жизнедеятельности микроорганизмов.

S — • 100'% Co где: С0 и Сi концентрация биогенного сероводорода соответственно в отсутствие и в присутствии ингибиторов.

Для количественного анализа изменения концентрации сероводорода использовали коэффициент γ _е, определяемый из соотношения

C(H2S)o

γ _е

C(H2S)

где: C (H₂s)₀ -концентрация сероводорода в не ингибированной средах, C (H₂s) — концентрация сероводорода в ингибированной средах.

При лабораторном исследование в качестве ингибитора исследовали МАРЗА-1.

Точный химический состав ингибитора не раскрывается производителями, поэтому при проведении эксперимента ограничились только условным названием.

МАРЗА-1 это органическое химическое вещество в молекулярной состав, которого входит атом углерода, водорода, кислорода и.т.д. В молекуле МАРЗА-1 имеется тройная ковалентная связь.

Бактерицидные свойства ингибитора МАРЗА-1 по отношению к сульфатредуцирующими бактериям исследовали в питательной среде Постгейта-«Б» (таблица).

Для исследования пользовали два вида сульфатредуцирующих бактерий под названием: Desulfovibriodesulfuricans и Desulfomicrobium.

Исследование бактерицидных свойств ингибитора МАРЗА-1 показало, что он эффективно подавляет рост числа сульфатредуцирующих бактерий в питательной среде Постгейта, т.е. в наиболее комфортных условиях для их развития и жизнедеятельности. Так как, после введение ингибитора МАРЗА-1 и повышения его концентрации в среде Постгейта снижается численность сульфатредуцирующих бактерий обоих типов.

При изменении концентрации ингибитора МАРЗА-1 от 3,0 до 10 мг/л уже в первые сутки коэффициент подавления числа клеток (N) Desulfovibriodesulfuricans возрастает с 10 до 50 % (рисунок 1), а для Desulfomicrobium не превышает 40 %.

На третьи сутки коэффициент подавления числа клеток СРБ в первом случае достигает 94% при концентрации ингибитора 10 мг/л и сохраняет это значение в течение остальных суток до завершения жизненного цикла сульфатредуцирующих бактерий на седьмые сутки.

Во втором случае, коэффициент подавления числа клеток СРБ достигает 85%, на третьи сутки при той же концентрации ингибитора МАРЗА-1 и увеличивается до 97% на шестые и седьмые сутки. Если в первом случае при концентрации ингибитора 7 мг/л на пятой-седьмой сутки достигается практически такая же величина коэффициента подавления числа клеток СРБ, что и при концентрации 10 мг/л, то во втором случае величина N достигает 86% на седьмой сутки.

Таким образом, исследуемый ингибитор МАРЗА-1 в первые трое суток более эффективно подавляет число клеток сульфатредуцирующих бактерий Desulfovibriodesulfuricans чем Desulfomicrobium, а к концу жизненного цикла бактерий величина коэффициента подавления числа клеток СРБ в обоих случаях близка при концентрации ингибитора 10 мг/л. Однако, практически такая же величина коэффициента подавления числа клеток СРБ достигается для Desulfomicrobium. Она остается на 10 % ниже, чем при концентрации ингибитора 10 мг/л.

Степень подавления продуцирования H 2 S (S, %) сульфатредуцирующими бактериями Desulfovibriodesulfuricans при концентрации ингибитора МАРЗА-1 7 и 10 мг/л, оказывается практически одинаковой на 5-7 сутки и близки к 97 %. Для Desulfomicrobium такая же величина S достигается на пятые сутки увеличиваясь до 99 % на седьмые сутки при концентрации ингибитора 10 мг/л или на 1% ниже при 7 мг/л концентрации. Однако, на третьи сутки более эффективно подавляется продуцирование сероводорода бактериями Desulfovibriodesulfuricans (S=95%), чем Desulfomicrobium (S=85%) при тех же концентрациях ингибитора МАРЗА-1.

Таким образом, ингибитор МАРЗА-1 эффективнее подавляет продуцирование сероводорода на третьи сутки в первом случае, но характеризуется более низкий величиной степени подавления продуцирования сероводорода к окончанию цикла жизнедеятельности бактерий, чем во втором.

Итак, ингибитор МАРЗА-1 в питательной среде Постгейта-«Б» в присутствие сульфатредуцирующих бактерий Desulfovibriodesulfuricans и Desulfomicrobium снижает количество биогенного сероводорода, но не останавливает процесс сульфат редукции полностью. Очевидно, что ингибитор МАРЗА-1 препятствуя размножению СРБ в питательной среде, не может полностью прекратить процессы их метаболизма