Способ защиты стали от коррозии в водных средах

 

Изобретение относится к защите от коррозии и может быть использовано для защиты оборудования из сталей при действии агрессивных сред, близких к нейтральным. Разработанный способ заключается во введении в рабочую водную среду комплексного ингибитора, компоненты которого имеют следующие концентрации в среде, г/дм³: нитрит натрия 50 - 100, водорастворимая карбамидоформальдегидная смола (марка КФ-Ж, ГОСТ-14231-88) 10 - 20; ортофосфорная кислота 10 - 20. Способ защиты стали от коррозии имеет высокие защитные показатели, сравнительно невысокие концентрации реагентов, которые относятся к малотоксичным веществам и оказывают меньшее влияние на окружающую среду. При этих концентрациях наблюдаемая скорость коррозии была меньше 0,005 мм/год, защитный эффект превышает 95%. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области защиты от коррозии и может быть использовано для защиты деталей и оборудования в водооборотных системах различного типа. В частности, оно может быть использовано для защиты от коррозии тепловых сетей в летнее время (стояночный режим), для защиты станций поверки контрольно-измерительных приборов и прoведения гидравлических испытаний.

Основным методом борьбы с коррозией в водооборотных системах является воздействие на агрессивную среду (воду) [1]. Помимо стабилизации, деаэрации, обессоливания воды, которые, как правило, дороги и трудоемки, широкое распространение получили способы, основанные на применении ингибиторов коррозии. В качестве ингибиторов используются индивидуальные неорганические и органические соединения или композиции из нескольких веществ [2]. Среди неорганических ингибиторов широкое распространение нашли хроматы (бихроматы), вольфраматы, молибдаты, ванадаты щелочных металлов и цинка [2]. Несмотря на высокую эффективность в нейтральной среде, данные ингибиторы являются токсичными и дорогими реагентами. Кроме того, в присутствии ионов хлора они могут провоцировать точечную коррозию [4, с.293]. Известно также применение полифосфатов и гипофосфатов натрия. Однако такие ингибиторы малоэффективны в условиях стояночной коррозии [1, с.49] и их концентрация должна поддерживаться на достаточно высоком, строго определенном уровне, т.к. при низких концентрациях они вызывают опасность проявления питтинговой коррозии, а при слишком больших концентрациях могут даже стимулировать коррозию [1, с. 50].

Фосфорная кислота в индивидуальном состоянии используется для фосфатирования, как ингибитор она не применяется. Находят применение комплексные ингибиторы, содержащие фосфорную кислоту, например ингибитор на основе фосфорной кислоты и солей цинка [5]. Однако в этом способе требуются высокие концентрации кислоты (до 100 мг/дм³), которые при недостаточной концентрации ионов цинка вызывают сильную коррозию.

Известно также применение нитрита натрия как в качестве однокомпонентного ингибитора коррозии, так и в составе ингибиторных композиций [2, с.112 и далее]. Однако в этих случаях нитрит натрия используется в достаточно высоких концентрациях, т.к. при его недостатке усиленно протекает питтинговая коррозия. Например, для защиты стали в нейтральной воде, содержащей Na₂SO₄ (0,1N), требуется концентрация NaNO₂, более 10 г/дм³ [4, с.295]. В стояночных режимах теплообменного оборудования требуется такая же концентрация нитрита натрия [1, с.77].

Водорастворимые полимеры также используются в качестве ингибиторов коррозии, причем, как правило, в составе ингибиторных композиций. Например, используются некоторые водорастворимые фенолформальдегидные смолы в сочетании с солями цинка или полифосфатами [6]. Однако такой способ требует высокой концентрации дорогого ингибитора - фенолформальдегидной смолы на основе резорцина или салициловой кислоты.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ защиты от коррозии в системах циркуляционного водопользования, основанный на введении в водную среду ингибирующей композиции на основе нитрита натрия и гексаметилендиамина [7] (прототип). Для осуществления данного способа защиты стального оборудования водоциркуляционной системы вводят следующие количества реагентов: нитрит натрия 1 - 10 г/дм³; гексаметилендиамин 0,01 - 1 г/дм³.

Недостатки способа-прототипа: 1. Высокие расходы реагентов и их высокие концентрации в рабочей среде.

2. Высокая токсичность гексаметилендиамина.

3. Данная композиция не защищает от язвенной коррозии при снижении концентрации нитрита натрия.

4. Гексаметилендиамин относится к весьма труднодоступным и дорогим реагентам.

Цель предлагаемого изобретения - разработка способа защиты стали от коррозии в водных средах с высокими защитными показателями, с применением доступных малотоксичных реагентов, имеющих сравнительно невысокую концентрацию.

Поставленная цель достигается путем введения в рабочую водную среду ингибиторной композиции, компоненты которой имеют следующие концентрации в среде: нитрит натрия 50 - 100 г/дм³; водорастворимая карбамидоформальдегидная смола (марка КФ-Ж, ГОСТ-14231-88) 10 - 20 г/дм³; ортофосфорная кислота 10 - 20 г/дм³.

Существенным отличительным признаком предлагаемого способа является использование в сочетании с нитритом натрия водорастворимой карбамидоформальдегидной смолы, что в присутствии незначительных количеств фосфорной кислоты дает высокий защитный эффект. При этом используемая концентрация нитрита натрия является существенно более низкой (в 3 - 100 раз), чем обычно применяемая концентрация.

В качестве водорастворимой карбамидоформальдегидной смолы нами использована смола марки КФ-Ж по ГОСТ-14231-88. В используемых концентрациях смола дает стабильные водные растворы.

Достоинствами предлагаемого способа являются следующие: 1. Все три компонента ингибирующей композиции являются доступными и достаточно дешевыми реагентами.

2. Предлагаемые реагенты являются малотоксичными и широко используются в других направлениях.

3. Концентрации реагентов и соответственно их расходы ниже обычно применяемых для нитрита и фосфорной кислоты.

4. Снижение концентрации реагентов ниже рекомендуемых пределов не влечет за собой резкого увеличения скорости коррозии.

Реализация предлагаемого способа защиты стали от коррозии в водных средах осуществлена в лабораторных условиях с использованием гравиметрического метода, рекомендованного для стояночных режимов [8]. Образцы из Ст. 20 цилиндрической формы (d = 8 мм, l = 63 мм) обрабатывали обычным образом [8] и подвешивали в стакане, содержащем агрессивную среду, в которую введены компоненты ингибирующей композиции в концентрации, указанной в таблице для каждого примера. Необходимая концентрация КФ-Ж получена с использованием товарной формы, содержащей 64% полимера. Фосфорная кислота и нитрит натрия использованы в виде реагентов марки "ХЧ".

Образцы были полностью погружены в воду, перемешивание не применяли.

В качестве рабочей среды использована водопроводная вода с общим солесодержанием 150 - 230 мг/дм³. Растворы после введения ингибиторных композиций имели pH 6,3 - 7,5. Продолжительность эксперимента 100 ч. В таблице представлены данные по защите от коррозии по предлагаемому способу.

Как видно из данных таблицы, предлагаемый способ защиты от коррозии путем введения ингибиторной композиции обеспечивает эффективную защиту стальных образцов (≈ 100%). Увеличение концентрации компонентов выше указанных пределов не дает существенного увеличения защитного эффекта и нецелесообразно с точки зрения расхода реагентов. Уменьшение концентрации ниже предлагаемых уровней снижает защитный эффект.

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

2. А.И.Альцибеева, С.З.Левин. Ингибиторы коррозии металлов.- Л.: Химия, 1968.

3. И.Л.Розенфельд. Ингибиторы коррозии.- М.: Химия, 1977.

4. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений. Справочник/ Под ред. А.А. Герасименко. Т.2.- М.: Машиностроение. 1987.

5. Пат. США 4018701, 1977 г. (P.H.Ralston, B.P.Boffard).

6. Пат. США 4014814, 1977 (D.C.Zecher).

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

8. П.A.Акользин. Контроль коррозии металла котлов.- М.: Энергоатомиздат. 1994, c. 115.

Формула изобретения

1. Способ защиты стали от коррозии в водных средах, включающий введение в агрессивную среду ингибирующей композиции на основе нитрита натрия и азотсодержащего органического соединения, отличающийся тем, что в качестве азотсодержащего соединения используют водорастворимую карбамидоформальдегидную смолу и дополнительно в среду вводят фосфорную кислоту.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что компоненты ингибирующей композиции вводят в следующих концентрациях, г/дм³:
Нитрит натрия - 50 - 100
Водорастворимая карбамидоформальдегидная смола (марка КФ-Ж, ГОСТ -14231-88) - 10 - 20
Ортофосфорная кислота - 10 - 20
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве водорастворимой карбамидоформальдегидной смолы используется смола марки КФ-Ж.

РИСУНКИ

Рисунок 1