Способ определения скорости коррозии стали в свинцовом теплоносителе

Авторы патента:

Алексеев Виктор Васильевич (RU)

Варсеев Евгений Васильевич (RU)

Дельнов Валерий Николаевич (RU)

Орлова Екатерина Андреевна (RU)

C23F11/00 - Предотвращение коррозии металлического материала путем обработки поверхности, подвергающейся опасности коррозии, ингибиторами или добавлением ингибиторов к корродирующим средам (добавление ингибиторов в минеральные масла, топливо или смазочные средства C10; введение ингибиторов в растворы для декапирования C23G)

Владельцы патента RU 2571239:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)

Изобретение относится к измерению физико-химических характеристик в системе теплоноситель - конструкционный материал. Способ включает определение скорости коррозии оксидированной стали для термодинамической активности кислорода в свинце в интервале 10^-4÷1,0, температуры свинца в интервале 450°С ÷ 650°С, средней скорости свинца в потоке свинцового теплоносителя, омывающего поверхность стали, в интервале 0,5 м/с ÷ 2,0 м/с, по соотношению:

где W - скорость коррозии стали в свинцовом теплоносителе, м/с, k₁ - эмпирический коэффициент, К, T - температура свинца, К, k₂ - эмпирический коэффициент, a_o - термодинамическая активность кислорода в свинце, k₃ - эмпирический коэффициент, 1/сⁿ, τ - время пребывания стали в свинце в режиме оксидирования, с, n - показатель степени, τ_o - время предварительного оксидирования поверхности стали в свинце, с, ρ - плотность стали, кг/м³, при этом для стали ЭП-823 используют k₁=-22100 К, k₂=-3,97, k₃=4,6·10^-8 1/сⁿ; n=0,42, а для стали ЭИ-852 используют k₁=-16210 К, k₂=-10,8, k₃=4,2·10^-8 1/сⁿ; n=0,44. Технический результат - снижение трудоемкости при определении скорости коррозии. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области измерений параметров физико-химических процессов в системе теплоноситель - конструкционный материал и может быть использовано при определении скорости коррозии стали в свинце.

Известно техническое решение по определению скорости коррозии [J. Zhang *, N. Li. Analysis on liquid metal corrosion-oxidation interactions.// Corrosion Science 49 (2007) 4154-4184.)].

Скорость коррозии предлагается вычислять по формуле

W=0,434U^0,875d^-0,125Co^-4/3(1-α)exp(-305796,8/(RT)), м/с

где W - скорость коррозии стали в свинцовом теплоносителе, м/с; U - скорость свинца, м/с; d - гидравлический диаметр канала, м; C_o - концентрация насыщения кислорода в свинце, вес. %; α - отношение пристеночной концентрации железа в свинце к средней по объему; R - универсальная газовая постоянная, Дж/К моль; T - температура теплоносителя, К.

К недостаткам этого способа относится то, что для использования приведенной формулы необходимо определение концентрации железа в свинце. В то же время пока не существует надежных методов ее определения, а приближенные расчетные методы могут дать погрешность более 1000%.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ определения скорости коррозии стали в свинцовом теплоносителе [Алексеев В.В., Орлова Е.А., Козлов Ф.А., Торбенкова И.Ю. Моделирование процессов массопереноса и коррозии сталей в ядерных энергетических установках со свинцовым теплоносителем (часть 1): Препринт №3128. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2008. 22 с.].

В работе представлено математическое описание процесса оксидирования при формировании двухслойной оксидной пленки на поверхности стали в свинцовом теплоносителе, включающее более 20 уравнений. Совместное решение полученных уравнений при заданных граничных условиях (гидродинамические и температурные режимы, активность кислорода в свинце, состав стали и оксидов) позволяет рассчитывать динамику образования (или растворения) оксидных слоев, их толщину, а также потоки железа, выходящего из стали и поступающего в теплоноситель. Разработаны алгоритм совместного решения уравнений, описывающих рассматриваемый процесс, и соответствующая программа расчета на ЭВМ. На основании полученных данных может быть рассчитана скорость коррозии стали.

К недостатку известного способа относятся сложность алгоритма расчета потока железа, определяющего скорость коррозии стали, отсутствуют стандартные методы решения полученной системы уравнений, и незавершенность способа, поскольку в математическом описании процесса коррозии отсутствует в явном виде формула для расчета скорости коррозии стали.

Задачей изобретения является упрощение процедуры определения скорости коррозии стали в свинцовом теплоносителе.

Технический результат состоит в уменьшении трудоемкости при определении скорости коррозии.

Для исключения указанного недостатка в способе определения скорости коррозии стали в свинцовом теплоносителе предлагается:

- определять термодинамическую активность кислорода в свинце, например, с использованием электрохимического активометра, в интервале 10^-4÷1,0; температуру свинца в интервале 450°C ÷ 650°C; среднюю скорость свинца в потоке, омывающем поверхность стали, в интервале 0,5 м/с ÷ 2,0 м/с;

- скорость коррозии определять по приближенному полуэмпирическому соотношению с учетом эмпирических коэффициентов, температуры свинца, термодинамической активности кислорода в свинце, времени пребывания стали в свинце в режиме оксидирования, времени предварительного оксидирования поверхности стали в свинце, показателя степени и плотности стали.

В частных случаях реализации способа предлагаются численные значения эмпирических коэффициентов применительно к определению скорости коррозии сталей ЭИ-852 и ЭП-823.

Способ определения скорости коррозии стали в свинцовом теплоносителе включает определение термодинамической активности кислорода в свинце, например с использованием электрохимического активометра. Определение скорости коррозии стали в свинцовом теплоносителе выполняют для следующих диапазонов изменения физико-химических характеристик: термодинамическая активность кислорода в свинце в интервале 10^-4÷1,0; температура свинца в интервале 450°C ÷ 650°C; средняя скорость свинца в потоке, омывающем поверхность стали, в интервале 0,5 м/с ÷ 2,0 м/с.

Скорость коррозии стали в потоке свинца определяют по приближенному полуэмпирическому соотношению

где W - скорость коррозии стали в свинцовом теплоносителе, м/с; k₁ - эмпирический коэффициент, К; T - температура свинца; К; k₂ - эмпирический коэффициент; a_o - термодинамическая активность кислорода в свинце; k₃ - эмпирический коэффициент, 1/сⁿ; τ - время пребывания стали в свинце в режиме оксидирования, с; n - показатель степени; τ_o - время предварительного оксидирования поверхности стали в свинце, с; ρ - плотность стали, кг/м³.

В частных случаях способ определения скорости коррозии стали в свинце реализуется соотношением (1) с использованием следующих эмпирических коэффициентов: k₁=- 22100 К, k₂=-3,97, k₃=4,6·10^-8 1/сⁿ; n=0,4 для стали ЭП-823, и k₁=-16210 К, k₂=-10,8, k₃=4,2·10^-8 1/сⁿ; n=0,44 для стали ЭИ-852.

Пример конкретного осуществления способа

Производятся замеры термодинамической активности кислорода в свинце с использованием электрохимического активометра и температуры в исследуемом участке контура со свинцовым теплоносителем. Магнитным расходомером измеряется расход свинца через исследуемый участок, откуда рассчитывается средняя скорость теплоносителя в потоке, омывающем поверхность, как отношение объемного расхода свинца к проходному сечению каналов. Фиксируется время нахождения стали в свинце для заданного режима работы контура, а также время предварительного оксидирования поверхности стали (например, по данным рабочего журнала и технической документации на установку).

В результате измерений получено: Т=923, К; a_o=0,01; U=1,0 м/с.

Известно, что сталь была предварительно оксидирована в течение τ_o=8,64·10⁵ с.

Для рассматриваемого примера время пребывания стали в свинце в режиме оксидирования составляет τ=10⁷, с.

Расчет скорости коррозии проводится для стали ЭП-823 по формуле (1).

Для расчета используются значения эмпирических коэффициентов:

k₁=-22100 К, k₂=-3,97, k₃=4,6·10-⁸ 1/сⁿ; n=0,42.

Плотность стали составляет ρ=7800, кг/м³.

На чертеже представлена полученная расчетным путем зависимость скорости коррозии стали в свинцовом теплоносителе от времени, на которой 1 соответствует расчетной кривой, 2 - экспериментальной точке.

Результаты расчета скорости коррозии для всего диапазона времени оксидирования стали приведены на чертеже (кривая 1): результаты расчета скорости коррозии стали ЭП-823 от времени при Т=650°C, a_o=0,01: 1 - расчетная кривая; 2 - экспериментальная точка [Abramov V.Y., Bozin S.N., Evropin S.V. et al. Corrosion and mechanical properties of BREST-OD-300 reactor structural materials. // 11-th International conference on nuclear engineering. Tokyo, Japan, April 20-23, 2003. ICONE11-36413]. Расчетная скорость коррозии стали в искомой точке составляет 1,23 10^-12 м/с (при τ=10⁷, с). На чертеже показана также экспериментальная точка, обозначенная цифрой 2. Из сопоставления полученных данных с экспериментом следует, что их отличие не превышает 15%.

1. Способ определения скорости коррозии оксидированной стали в свинцовом теплоносителе, отличающийся тем, что скорость коррозии определяют для термодинамической активности кислорода в свинце в интервале 10^-4÷1,0, температуры свинца в интервале 450°С ÷ 650°С, средней скорости свинца в потоке свинцового теплоносителя, омывающего поверхность стали, в интервале 0,5 м/с ÷ 2,0 м/с, по соотношению:

где W - скорость коррозии стали в свинцовом теплоносителе, м/с,
k₁ - эмпирический коэффициент, К,
T - температура свинца, К,
k₂ - эмпирический коэффициент,
a_o - термодинамическая активность кислорода в свинце,
k₃ - эмпирический коэффициент, 1/сⁿ,
τ - время пребывания стали в свинце в режиме оксидирования, с,
n - показатель степени,
τ_o - время предварительного оксидирования поверхности стали в свинце, с,
ρ - плотность стали, кг/м³,
при этом для стали ЭП-823 используют k₁=-22100 К, k₂=-3,97, k₃=4,6·10^-8 1/сⁿ; n=0,42,
а для стали ЭИ-852 используют k₁=-16210 К, k₂=-10,8, k₃=4,2·10^-8 1/сⁿ; n=0,44.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термодинамическую активность кислорода в свинце определяют с использованием электрохимического активометра.

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии и может быть использовано в технологических процессах, в частности при деформации, резке, соединении деталей из алюминия или его сплавов и нанесении на них покрытий.

Способ внутриконтурной пассивации стальных поверхностей ядерного реактора на быстрых нейтронах // 2543573

Изобретение относится к внутриконтурной пассивации стальных поверхностей ядерного реактора. Способ включает заполнение первого контура ядерного реактора жидкометаллическим теплоносителем и введение в него реагента, взаимодействующего с материалом элементов первого контура с образованием защитной пленки, нагревание жидкометаллического теплоносителя с введенным в него реагентом до температуры, обеспечивающей условия образования защитной пленки, и их выдержку при этой температуре до образования на поверхности материала элементов первого контура сплошной защитной пленки.

Способ защиты стального оборудования от коррозии в водных средах // 2499083

Изобретение относится к защите стального оборудования, трубопроводов и систем водоснабжения от коррозии в водных средах. Способ включает контролирование содержания кислорода в водной среде в интервале от 0,1 до 6,0 мг/дм3 и введение в водную среду ингибитора - цинкового комплекса 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты.

Способ защиты напорных нефтепроводов от внутренней коррозии // 2493481

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может использоваться при защите от внутренней коррозии трубопроводов системы сбора нефти с высокой обводненностью на поздней стадии разработки нефтяного месторождения.

Установка для ингибирования воздуха летучим ингибитором // 2489520

Изобретение относится к средствам хранения, в частности к оборудованию для защиты деталей машин, приборов в период межоперационного хранения, консервации и транспортировки с использованием летучего ингибитора.

Устройство для защиты от коррозии и образования отложений на функциональных поверхностях трубопроводов и оборудования систем теплоснабжения // 2480536

Изобретение относится к области защиты от коррозии и образования отложений на функциональных поверхностях трубопроводов систем теплоснабжения и водоснабжения. .

Мигрирующий ингибитор коррозии стальной арматуры в бетоне // 2478734

Изобретение относится к области защиты черных металлов от коррозии с помощью ингибиторов. .

Способ защиты стали от атмосферной коррозии пленками рапсового масла // 2477764

Изобретение относится к способам защиты металлоизделий от атмосферной коррозии, в частности для консервации металлоизделий машиностроения, сельского хозяйства и ВПК.

Способ предотвращения коррозии на поверхностях теплообмена котла и средство подачи дополнительного материала // 2472871

Изобретение относится к области защиты от коррозии паровых котлов. .

Ингибитор коррозии и металлический материал с обработанной поверхностью // 2470094

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии. .

Слоистый пластик для защиты металлов от коррозионно-активных газов // 2572982

Настоящее изобретение имеет отношение к устойчивому к коррозионно-активным газам барьерному слоистому пластику, обладающему способностью сопротивляться проникновению коррозионно-активных газов, таких как кислород, газообразные галогены, сероводород, диоксид серы, HCl, Cl2, и может быть использовано для защиты металла при хранении и транспортировке. Устойчивая к коррозионно-активным газам многослойная пленка для защиты металлов содержит наружный слой термопластичного полимерного материала, содержащий летучий ингибитор коррозии, устойчивый к коррозионно-активным газам барьерный слой полимерного материала и связующий слой, расположенный между упомянутым наружным и упомянутым барьерным слоями. Изобретение позволяет получить многослойную пленку, обладающую улучшенным сопротивлением проникновению коррозионных газов, таких как кислород, сероводород и газообразные галогены, например хлор. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил., 4 табл., 10 пр.

Способ формирования защитного оксидного покрытия на стальной поверхности в расплаве pb-bi // 2603761

Изобретение относится к технологии формирования защитных покрытий на стальных поверхностях, контактирующих с расплавом Pb-Bi, и может быть использовано для формирования защитных покрытий на стальных поверхностях, контактирующих с газовыми средами. Способ включает предварительное приготовление неокисленного расплава Pb-Bi, нагретого до температуры 400-700°С, с последующим добавлением в него алюминия до концентрации, равной 0,1-1,0 мас. %, после чего в образовавшийся расплав Pb-Bi-Al помещают детали со стальной поверхностью и выдерживают их в течение 15-25 часов. Затем детали извлекают из расплава и помещают в окисленный расплав Pb-Bi, нагретый до температуры 350-650°С, и выдерживают в течение 15 часов. Изобретение обеспечивает создание защитного оксидного покрытия, позволяющего повысить эксплуатационные характеристики реакторных установок за счет повышения рабочих температур и продления ресурса работы стальных деталей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Ингибитор коррозии для защиты оборудования для добычи сырой нефти, трубопроводов и резервуаров для сырой нефти, а также способ его получения // 2641148

Изобретение относится к защите от коррозии оборудования для добычи нефти, а также трубопроводов и резервуаров для нее. Ингибитор коррозии для защиты оборудования для добычи сырой нефти, нефтепроводов и резервуаров для сырой нефти, содержащий: компонент а), полученный в результате выполнения следующих процессов: А) - частичной нейтрализации смеси модифицированных производных имидазолина общих приведенных структурных формул путем обработки алифатической и/или ароматической монокарбоновой кислотой, содержащей от 1 до 7 атомов углерода в молекуле, и В) - дальнейшей частичной нейтрализации полученного промежуточного продукта жирными кислотами, содержащими от 12 до 22 атомов углерода в молекуле, и/или полимерами жирных кислот, содержащими от 18 до 54 атомов углерода в молекуле, компонент b), представляющий собой этоксилированные жирные амины, содержащие от 14 до 22 атомов углерода в молекуле, и от 2 до 22, предпочтительно от 5 до 15, этокси-групп в молекуле, компонент d), представляющий собой алифатические спирты, содержащие от 1 до 6 атомов углерода на молекулу, возможно, с добавлением воды. Способ получения указанного выше ингибитора коррозии включает указанные выше операции. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат - повышение эффективности ингибирования. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 табл., 13 пр.

Применение гидроксикислоты для уменьшения потенциала локализованной коррозии слабодозируемых ингибиторов гидратообразования // 2648372

Настоящее изобретение относится к способам и композициям для ингибирования коррозии металлов, конкретно нержавеющих и дуплексных сталей. Коррозия металлических трубопроводов составами ингибиторов гидратообразования, в частности локализованная коррозия, уменьшается, когда состав ингибитора гидратообразования содержит эффективное количество по меньшей мере одной гидроксикислоты или эквивалента, выбранной из группы, состоящей из гидроксикислот, имеющих от 2 до 20 атомов углерода и по меньшей мере одну гидроксильную группу, и по меньшей мере один ион неорганического галогенида, а также не содержит метанол. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат – улучшение ингибирования гидратообразования и коррозии указанных сталей. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 ил.