Способы подавления межкристаллитной коррозии металлических поверхностей

Изобретение относится к области защиты от коррозии металлических поверхностей, находящихся в контакте с распыляемой водой в промышленных технологических установках. Способ включает добавление к распыляемой воде достаточного количества подавляющего коррозию продукта реакции алкиндиола и полиалкиленполиамина. Технический результат: повышение коррозионной стойкости. 14 з.п. ф-лы, 4 табл.

 

Область изобретения

Данное изобретение относится к использованию продукта реакции алкиндиолов и полиалкиленполиамидных соединений для подавления межкристаллитной коррозии металлических поверхностей в промышленных водяных и технологических установках, поверхности которых находятся в контакте с распыляемой водой или конденсатом.

Предпосылки создания изобретения

Микроструктура металлов и сплавов образована кристаллами (зернами), разделенными межзеренными границами. Межкристаллитная коррозия может быть определена как локализованное разрушающее воздействие по границе зерен или в области, непосредственно примыкающей к границам зерен. Такое воздействие создает зоны сниженной устойчивости к коррозии в непосредственном окружении.

Примером межкристаллитной коррозии является активация нержавеющей стали или коррозия сварного шва. Богатые хромом отложения на границе зерен приводят к локальному обеднению хромом примыкающих к этим отложениям областей, делая эти области уязвимыми к коррозионному воздействию.

Коррозионное шелушение является особой формой межкристаллитной коррозии. Шелушение или отслаивание представляет собой потерю металла в слоях, которые, по-видимому, идут по границам зерен по поверхности. Отслаивание в отливках, например, происходит на неувлажненных участках нижних сегментов, где не происходит прямого контакта с распыляемой водой. Сталь подвергается воздействию горячей, влажной среды, в которой поверхности смачиваются только туманом или конденсатом распыляемой воды. Коррозия быстро распространяется по поверхности стали, приводя к потере структурной целостности вторичной поддерживающей структуры.

Механизм отслаивающей коррозии связан с наличием хлоридов в распыляемой воде. При использовании в системе распыления воды туман (пар) проходит запарочный аппарат и концентрируется на стальных поверхностях. При нагревании и удалении влаги вода испаряется со стальной поверхности, оставляя после себя хлоридные ионы. Этот процесс продолжается, при этом концентрируется все больше и больше хлоридных ионов в месте, где происходит отслоение.

Анализ образцов показывает, что механизм коррозии осуществляется следующим образом. Хлоридные ионы, которые осаждаются на металлических поверхностях, проходят через хрупкий слой продукта коррозии/отложения, который образуется. Под отложением образуется недолговечная хлоридная соль железа. Соль является гигроскопичной (абсорбирующей влагу) и подвергается гидролизу, создавая кислые хлоридные условия. После этого остаются дополнительные продукты коррозии в виде оксида железа, тогда как фронт кислотной коррозии продвигается глубже в металлическую поверхность.

Ввиду вышеизложенного промышленность ищет методики и ингибиторы для борьбы с отслаивающей коррозией, наблюдаемой в промышленном технологическом оборудовании.

Описание предпочтительных вариантов

Данное изобретение относится к способам подавления межкристаллитной коррозии металлических поверхностей в промышленном технологическом оборудовании, например парогенераторном и охлаждающем водяном технологическом оборудовании, поверхности которого находятся в контакте с распыляемой водой или конденсатом, которые включают добавление к распыляемой воде достаточного, подавляющего коррозию количества продукта реакции алкиндиола и полиалкиленполиамина.

Условия, при которых образуются продукты реакции, описаны в патенте США №3211667, содержание которого включено сюда полностью.

Алкиндиолы и алкендиолы, которые, как известно, эффективны для получения данного продукта реакции, содержат от четырех до двенадцати атомов углерода. Предпочтительно, алкиндиолы содержат четыре атома углерода. Примером алкиндиола является бутиндиол.

Полиалкиленполиаминовые соединения, которые, как указано, являются эффективными для получения данного продукта реакции, содержат от двух до десяти аминогрупп, предпочтительно от трех до семи аминогрупп. Эти аминогруппы могут быть замещенными или незамещенными, и каждая отделена алкиленовой группой, имеющей от одного до шести атомов углерода, причем предпочтительно от двух до четырех атомов. Примеры полиаминов включают этилендиамин, диэтилентриамин, пентаэтиленгексамин, пентапропиленгексамин, тригептилендиамин и тому подобное.

Весовое отношение реагентов выбирают таким, чтобы достичь полной реакции между соответствующими ингредиентами при весовом отношении амина к диолу от 4:1 до 1:1, причем предпочтительным является 3:1. Ионизируемое соединение меди, такое как ацетат меди, применяется в этой реакции в качестве катализатора.

Продукт реакции, согласно изобретению, может быть добавлен к распыляемой воде в количестве, которое достаточно для подавления коррозии металлических поверхностей. Продукт реакции может быть добавлен в подводящий трубопровод в количестве от 0,5 части до примерно 500 частей на миллион частей воды, находящейся в подводящем трубопроводе. Предпочтительно добавляют от примерно 1 части до 100 частей на миллион частей воды, причем, особенно предпочтительно от примерно 5 до 10 частей на миллион частей воды.

Продукт реакции, согласно изобретению, добавляют в подающий трубопровод в виде раствора или в чистом виде. Предпочтительно продукт реакции добавляют в водном растворителе, примером которого является вода. Продукт реакции можно добавлять в распыляемую воду вместе с другими соответствующими ингредиентами, такими как противопенные, ингибиторы коррозии и тому подобное. Распыляемая вода обычно находится в системах, которые нужно обрабатывать, при температуре от примерно 110 до примерно 180°F (43,3-82,2°С).

Представленные ниже данные демонстрируют неожиданные результаты, получающиеся при использовании изобретения. Следующие примеры включены в качестве иллюстраций изобретения и не должны истолковываться как ограничивающие его объем.

Примеры

Чтобы подавить коррозию на металлических поверхностях принято добавление пленкообразующего материала, чтобы изолировать поверхности от воды и хлоридов. Добавление 2-бутин-1,4-диолполиэтиленполиамина (продукт А) значительно снижало скорость коррозии стали (как показано в таблицах 1 и 2). При всех испытаниях были сооружены стойки с образцами, чтобы поместить ряд образцов для испытания на коррозию в распылительной камере. Раствор инжектировали в подающий трубопровод к выбрасывающим форсункам. Они распределяли материал по распылительной камере.

Таблица 1
(Образцы исследовали под сканирующим электронным микроскопом, СЭМ, милов в год)
Ветвь #1 - Необработанная сторона	Ветвь #2 - Обработанная сторона
151 милов в год	20,9 милов в год

Уровень железа был значительно снижен в отложениях.

Таблица 2
(Образцы исследовали под СЭМ)
Ветвь #1 - Необработанная сторона	Ветвь #2 - Обработанная сторона
Fe - 88%	Са - 52%
Cl - 5%	Fe - 23%
Са - 1%	Na - 6%
Na - 1%	Cl - 6%
Mg - Следы (<1%)	Al - 2%
Al - Следы (<1%)	Si - 2%
Si - Следы (<1%)	S - 2%
S - Следы (<1%)	К - <1%

Результаты показали, что хотя концентрация хлоридов была сходной как на необработанной (5%), так и на обработанной стороне (6%), другие компоненты сильно различались. Уровень железа на необработанной стороне составлял 88%; уровень отслоения также был значительным. На обработанной стороне уровень железа составлял только 23%, а отслоение отсутствовало. На обработанной стороне было 52% кальция, что указывает на наличие подавления коррозии.

При дополнительных испытаниях образец для испытания на коррозию погружали в продукт А, а затем помещали к необработанному образцу, как на обработанной, так и на необработанной ветви. На необработанной ветви погруженный образец показал очень небольшую коррозию, тогда как на необработанном образце было отслоение. На обработанной ветви было значительное улучшение в стойкости коррозии по сравнению с непогруженным образцом.

При другом испытании изобретения сооружали альтернативные стойки для образцов. Испытуемые образцы включали: малоуглеродистую сталь, нержавеющую сталь, медь и малоуглеродистую сталь с покрытием.

Единственный набор образцов из малоуглеродистой стали удаляли через восемь дней для первичного обследования. Результаты по образцам представлены в таблице 3 ниже. Образцы с ветви #2 показали признаки отслоения, тогда как образцы с ветви #1 показали только общий механизм коррозии.

Таблица 3
Результаты по восьмидневным образцам (милов в год)
	Ветвь #1	Ветвь #2
Малоуглеродистая сталь	29,9	91,7

Как дополнительно показано в таблице 4 ниже, существовало значительное снижение скорости коррозии на стойке образцов для испытания на коррозию на ветви #1, когда инжектировали продукт А. Продукт А подавали при концентрации 15 ч./млн по установке. Скорость коррозии малоуглеродистой стали снижались примерно на от 50 до 80% в большинстве случаев. Как представлено выше, образцы с ветви #2 продемонстрировали признаки отслоения, тогда как образцы с ветви #1 показали только общий механизм коррозии (отслоения не было).

Таблица 4
Результаты коррозии образцов (милов в год)
	Положение	Дни экспозиции	Ветвь #1	Ветвь #2
Малоуглеродистая сталь	4	19	20,6	107,5
Малоуглеродистая сталь	7	28	20,6	58,9
Малоуглеродистая сталь	9	28	29,1	34,4
Медь	1	28	1,6	6,3

Заметим, что все из оставшихся образцов были или образцами из нержавеющей стали, или образцами с покрытием; не было значительной видимой коррозии на каком-либо из этих образцов. Кроме того, обработка согласно изобретению не оказывала сильного побочного действия на работу сопел в системе распыления воды.

Хотя данное изобретение было описано в отношении его конкретных воплощений, очевидно, что специалистам в данной области будут ясны многочисленные другие формы и модификации изобретения. Прилагаемая формула изобретения и изобретение в общем должны истолковываться как охватывающие все такие очевидные формы и модификации, которые находятся в рамках сущности и объема изобретения.

1. Способ подавления межкристаллитной коррозии металлических поверхностей, находящихся в контакте с распыляемой водой в промышленных технологических установках, включающий добавление к распыляемой воде достаточного количества подавляющего коррозию продукта реакции алкиндиола и полиалкиленполиамина.

2. Способ по п.1, в котором указанная межкристаллитная коррозия является коррозионным отслаиванием.

3. Способ по п.1, в котором указанные металлические поверхности являются поверхностями машин непрерывного литья.

4. Способ по п.2, в котором указанное коррозионное отслаивание происходит на металлических поверхностях, смачиваемых туманом или конденсатом распыляемой воды.

5. Способ по п.1, в котором указанный алкиндиол содержит алкиновую группу, имеющую от 4 до 12 атомов углерода.

6. Способ по п.1, в котором указанный алкиндиол является бутиндиолом.

7. Способ по п.1, в котором указанный полиалкиленполиамин содержит от 2 до 10 аминогрупп, каждая из которых отделена от другой алкиленовой группой, имеющей от 1 атома до 6 атомов углерода.

8. Способ по п.1, в котором указанный полиалкиленполиамин является пентаэтиленгексамином.

9. Способ по п.1, в котором указанный продукт реакции добавляют в распыляемую воду в количестве, находящемся в интервале от 0,5 до примерно 500 млн^-1 частей воды.

10. Способ по п.1, в котором указанная распыляемая вода находится при температуре от примерно 110°F до примерно 180°F (43,3-82,2°C).

11. Способ по п.1, в котором указанный продукт реакции добавляют к указанной распыляемой воде в водном растворителе.

12. Способ по п.1, в котором указанные металлические поверхности являются содержащими железо металлическими поверхностями.

13. Способ по п.9, в котором указанный продукт реакции добавляют к распыляемой воде в количестве, находящемся в интервале от 1 до примерно 100 млн^-1 частей воды.

14. Способ по п.13, в котором указанный продукт реакции добавляют к распыляемой воде в количестве, находящемся в интервале от 5 до примерно 10 млн^-1 частей воды.

15. Способ по п.1, в котором указанные промышленные технологические установки включают парогенераторные и охлаждающие водяные установки.