Способ защиты стали от коррозии

 

Изобретение относится к защите от коррозии и может быть использовано для защиты оборудования из сталей при действии агрессивных сред, близких к нейтральным. Способ заключается во введении в рабочую среду комплексного ингибитора, компоненты которого имеют следующие концентрации в среде, мг/дм³: нитрит натрия 100 - 200; полигексаметиленгуанидин фосфат 10 - 15; тетраборат натрия 15-20. При этих концентрациях наблюдаемая скорость коррозии была меньше 0,005 мм/год. Способ прошел опытно-промышленные испытания на оборотной системе станции поверки турбинных счетчиков объемом 54 м³. Способ позволяет получать сталь, имеющую высокие защитные показатели, использовать сравнительно невысокие концентрации реагентов, которые относятся к малотоксичным веществам и оказывают меньшее влияние на окружающую среду. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области защиты от коррозии и конкретно касается защиты оборудования из сталей при действии агрессивных сред, близких к нейтральным, в широком диапазоне гидродинамических условий.

Объектами применения предлагаемого технического решения являются испытательные станции поверки контрольно-измерительных приборов расхода жидкостей, установки по проведению гидравлических испытаний, а также теплоэнергетические водооборотные системы в стояночных режимах [1] и в других случаях.

Эффективным методом борьбы с коррозией является воздействие на агрессивную среду путем введения в нее ингибиторов коррозии. В качестве ингибиторов коррозии используют как индивидуальные неорганические соединения, так и их композиции. Из неорганических ингибиторов широкое распространение получили хроматы, вольфрамы, молибдаты, ванадаты щелочных металлов [2]. Однако указанные ингибиторы дороги и содержат высокотоксичные компоненты в виде тяжелых металлов.

Для обработки воды используют также фосфаты или другие производные фосфорной кислоты (гидрофосфаты, полифосфаты и т.д.). Способ защиты от коррозии при действии этих ингибиторов обладает следующими недостатками: 1) фосфаты содержат биогенный элемент фосфор, который провоцирует появление биоотложений или биокоррозию; 2) фосфаты оказывают влияние на окружающую среду, воздействуя на экосистемы; 3) фосфаты и другие производные фосфорной кислоты малоэффективны при защите от коррозии в стояночных режимах [1, с. 49]; 4) кроме того, фосфаты при низких концентрациях вызывают опасность проявления питтинговой коррозии и стимулируют коррозию при слишком больших концентрациях [ 1, с. 50].

Применяемые иногда бензоаты также малоэффективны в стояночных режимах [2, с. 66].

Доступным и широкораспространенным способом защиты от коррозии стали является способ, основанный на применении в качестве ингибитора нитрата натрия [1-4] . Однако нитрит натрия обычно используется в высоких концентрациях, т.к. при низких концентрациях он как анодный пассиватор вызывает усиленную питтинговую коррозию. Особенно высокие концентрации нитрата натрия требуются для воды, содержащей ионы хлора и сульфат ионы. Поэтому нитрит натрия часто применяется для антикоррозионной обработки воды и других сред в виде компонента ингибиторных композиций [5].

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ защиты от коррозии в системах циркуляционного водопользования, основанный на введении в агрессивную среду комплексного ингибитора на основе нитрата натрия и гексаметилендиамина [6] (прототип). В этом способе количество вводимого ингибитора составляет: нитрит натрия - 1-10 г/дм³, гексаметилендиамина - 0,01 - 1 г/дм³.

К недостаткам способа-прототипа можно отнести следующие: 1) высокие расходы реагентов и их высокие концентрации в рабочей среде; 2) применяемый гексаметилендиамин является высокотоксичным веществом для теплокровных животных и человека; 3) компоненты данной ингибиторной системы не препятствуют (а скорее способствуют) появлению биоотложений; 4) при снижении концентрации нитрита натрия в среде может возникнуть язвенная коррозия, протекающая с высокой скоростью.

Цель предлагаемого изобретения - разработка способа защиты стали от коррозии, имеющего высокие защитные показатели, сравнительно невысокие концентрации реагентов, которые относятся к малотоксичным веществам и оказывают меньшее влияние на окружающую среду.

Поставленная цель достигается путем введения в рабочую агрессивную среду ингибиторной композиции, компоненты которой имеют следующие концентрации в среде: нитрит натрия 100-200 мг/дм³;
полигексаметиленгуанидин фосфат (ПГМГ 10-15 мг/дм³;
тетраборат натрия (бура) 15-20 мг/дм³.

В этом комплексном ингибиторе нитрит натрия выступает в качестве анодного пассиватора. ПГМГ - для торможения катодного процесса, а тетраборат натрия - в качестве буфера для поддержания pH на уровне 8,0 - 9,0.

Применяемые по литературным данным рабочие концентрации нитрита натрия существенно выше (особенно в присутствии хлорид- и сульфатионов). Известно также применение ПГМГ в качестве ингибитора коррозии [7]. Однако ингибирующие концентрации ПГМГ (по полимеру) составляют 25-50 мг/дм³ [7], что также существенно выше предлагаемых рабочих концентраций. Из литературы известно, что если используются оба типа ингибиторов (замедляющие анодные и катодные процессы), то при концентрации анодного ингибитора, не обеспечивающей полной пассивации металла, наблюдается увеличение интенсивности коррозии [2, с. 96] . В предлагаемом способе защиты наблюдается усиление каждым компонентом действия другого, то есть наличие ингибирующего эффекта при концентрациях реагентов, не обеспечивающих отдельно анодную или катодную пассивацию.

Достоинствами предлагаемого способа защиты стали от коррозии являются:
1. Концентрации реагентов и их расходы ниже обычно применяемых в таких случаях.

2. Все три компонента ингибиторной композиции относятся к малотоксичным веществам (по отношению к человеку и высшим животным).

3. ПГМГ используется в других направлениях в качестве биоцида, поэтому данная система препятствует проявлению биообрастаний.

4. Поскольку реагенты применяются в меньших концентрациях, то слив рабочей среды из соответствующей установки будет оказывать меньшее влияние на экологию.

5. ПГМГ, являясь водорастворимым полимером, обладает моющим и флокулирующим действием, поэтому наличие в среде взвешенных частиц (например, продуктов коррозии) способствует очистке воды, что особенно важно при работе станций поверки контрольно-измерительных приборов.

6. Предлагаемый способ позволяет защищать не только отдельно углеродистую сталь, но и при контакте ее с нержавеющей.

7. Компоненты ингибиторной композиции доступны, выпускаются отечественной промышленностью.

8. Уменьшение концентрации нитрита натрия и ПГМГ ниже рекомендуемых пределов не влечет за собой резкого увеличения скорости коррозии.

Реализация предлагаемого способа защиты от коррозии осуществлена в лабораторных условиях и в опытно-промышленном масштабе для защиты оборудования станции по поверке турбинных счетчиков, имеющей объем системы 54 м³.

Лабораторные эксперименты осуществлены с использованием метода гравиметрии при проведении процесса коррозии в стояночных условиях. Образцы из Ст. 10 размером 50х20х1,5 мм, отшлифованные и обезжиренные промывкой толуолом и этанолом, подвешивали в стакане, содержащем агрессивную среду, на 320 ч. В качестве агрессивной среды использована водопроводная вода с общей минерализацией в (пересчете на NaCl) 75 мг/дм³, pH исходной воды 7,7, жесткость (Ca²⁺) 60 мг/дм³, начальное содержание хлоридов 5 мг/дм³, сульфатов - 7 мг/дм³. Содержание хлоридов и сульфатов в некоторых примерах было увеличено путем добавления в рабочую среду соответствующего количества хлорида или сульфата натрия.

Полученные результаты по данному способу защиты от коррозии путем введения компонентов ингибиторной композиции в агрессивную среду приведены в табл. 1.

Как видно из данных табл. 1, ингибиторная система при концентрации компонентов в указанных пределах обеспечивает защиту, уменьшая скорость коррозии до величины меньше 0,005 мм/год. Увеличение концентрации компонентов выше указанных пределов не дает существенного уменьшения скорости и нецелесообразно с точки зрения расхода реагентов. Уменьшение концентрации реагентов ниже 100 мг/дм³ для нитрита натрия, 15 мг/дм³ для буры и 10 мг/дм³ для ПГМГ приводит к существенному увеличению скорости коррозии (но не выше, чем скорость в отсутствие ингибиторов).

Опытно-промышленные испытания на станции поверки турбинных счетчиков проведены путем визуального наблюдения за системой и с помощью метода гравиметрии с использованием контрольных образцов из Ст 10 (50х20х1,5), обработанных как указано выше. После заполнения системы водопроводной водой (солесодержание 55 мг/дм³, pH 7,5, жесткость 28 мг/дм³, хлориды 12,2 мг/дм³, сульфаты 9,1 мг/дм³) в бассейн было введено 7 кг нитрита натрия, 0,9 кг буры и 3 кг 20%-ного водного раствора ПГМГ (товарная форма). Расчетная концентрация реагента:
NaNO₂ 131 мг/дм³;
Na₂B₄O₇ 17 мг/дм³;
ПГМГ 14 мг/дм³.

После прокачки системы (для перемешивания) в бассейн опускали контрольные образцы, которые последовательно вынимали, и на них определяли скорость коррозии гравиметрическим методом. В ходе проведения испытаний станция работала периодически, так что образцы большую часть времени подвергались стояночной коррозии. Получены следующие данные по коррозии образцов (см. табл. 2).

Из этих результатов следует, что образцы подвергались коррозии в первые сутки экспозиции, затем скорость коррозии существенно падает.

Визуальный осмотр бассейна с водой и доступных трубопроводов станции после испытаний показал отсутствие на них биоотложений. Продукты коррозии не обнаружены, включая места контакта обыкновенной стали и легированной.

Таким образом, предложен способ защиты стали от коррозии с применением ингибиторной композиции, имеющий высокую эффективность защиты и дающий экономию реагентов.

Источники информации
1. П.А.Акользин. Предупреждение коррозии оборудования технического водо- и теплоснабжения.- М.: Металлургия, 1988, 95 с.

2. И. Л.Розенфельд. Ингибиторы коррозии.- М.: Химия, 1977, с. 157 и далее.

3. Ю.Н.Шехтер. Защита металлов от коррозии.- М. - Л.:Химия, 1964, с. 16.

4. Коррозия под действием теплоносителей, хладагентов и рабочих тел. Под ред. А.М.Сухотина.- Л.: Химия, 1988, с. 82 и далее.

5. А. И.Алцыбеева, С.З.Левин. Ингибиторы коррозии металлов.- Л.: Химия, 1968, с. 112 и далее.

6. В. В.Цветков и др. Ингибирование коррозии металлов систем рециркулирующего водопользования. Химико-фармацевтический журнал, 1994, N 5, с. 50.

7. А.В.Уфимцев, В.П.Томин и др. Решение о выдаче патента РФ по заявке N 94025102. Применение полигексаметиленгуанидин фосфата в качестве ингибитора коррозии.

Формула изобретения

1. Способ защиты стали от коррозии, включающий введение в агрессивную среду ингибиторной композиции на основе нитрита натрия и азотсодержащего органического соединения, отличающийся тем, что в качестве азотсодержащего органического соединения используют полигексаметиленгуанидин фосфат и дополнительно в среду вводят тетраборат натрия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что компоненты ингибиторной композиции вводят в следующих концентрациях, мг/дм³:
Нитрат натрия - 100 - 200
Полигексаметиленгуанидин фосфат - 10 - 15
Тетраборат натрия - 15 - 208

РИСУНКИ

Рисунок 1