Сравнение эффективности защиты стали от коррозии и солеотложений различными ингибиторами

Рассылка: Противокоррозионная и противонакипная обработка воды.

Адрес электронной почты: chausoff@yandex.ru

Сайт рассылки: http://labudgup.ru/

Автор - Чаусов Федор Федорович,
кандидат химических наук (направление научной деятельности - физическая химия водных растворов, водоподготовка и водно-химические режимы теплоэнергетических систем), автор более 70 научных трудов, автор более 20 изобретений.

Выпуск 22.

Введение

Проблема защиты технологического оборудования от солеотложений и внутренней коррозии неизменно остаётся актуальной в теплотехнике. Одним из самых эффективных подходов к её решению, рекомендованным целым рядом нормативных документов, является применение ингибиторов солеотложений и коррозии.

Наиболее эффективными ингибиторами солеотложений и коррозии являются комплексы органофосфоновых кислот с переходными металлами, из числа которых наибольшее практическое применение получили комплексы оксиэтилидендифосфоновой (ОЭДФ) CH₃C(OH)(PO₃H₂)₂ и нитрилотриметилфосфоновой (НТФ) N(CH₂PO₃H₂)₃ кислот с цинком, устойчивые в виде натриевых или калийных солей. Современными научными исследованиями с исчерпывающей полнотой установлен механизм действия этих ингибиторов. Высокая эффективность фосфонатоцинкатных ингибиторов коррозии отмечена специалистами ИФХ РАН и подтверждена на практике специалистами ВТИ.

Вместе с тем приходится отметить, что применение фосфонатоцинкатных ингибиторов солеотложений и коррозии в настоящее время далеко ещё не достигло той степени распространения, которой следовало бы ожидать, принимая во внимание несомненные достоинства этой технологии. Причины этого — медленное распространение положительного опыта внедрения ингибиторов солеотложений и коррозии, а также отсутствие объективной информации об их эффективности. Всё это вызывает у практиков скептическое отношение к методу обработки воды, который по своей сути и при правильном осуществлении является наиболее выгодным и эффективным способом водоподготовки для большинства котельных.

Различные производители используют различную сырьевую базу и различные технологические процессы получения ингибиторов. Поэтому препараты различных производителей неизбежно отличаются друг от друга формой выпуска (водный раствор или порошок), химическим составом и, следовательно, эксплуатационными качествами. При этом потребителю практически невозможно получить объективную информацию об эффективности того или иного препарата в конкретных условиях применения. Причина этого не только в том, что предприятия-производители больше заинтересованы в распространении информации рекламного характера, чем в публикации количественных критериев эффективности. Приходится констатировать, что получение достоверных сведений об эффективности ингибиторов солеотложений и коррозии в тех или иных условиях требует проведения весьма трудоёмких исследований. Нормативная документация различных предприятий-производителей предусматривает, как правило, условия проведения испытаний, далекие от практических условий эксплуатации теплотехнического оборудования. Кроме того, условия испытаний ингибиторов на различных предприятиях не совпадают между собой. В результате часто, несмотря на заявленную (и подтверждённую по техническим условиям предприятия-производителя) эффективность ингибирования солеотложений не менее 90%, на практике в конкретных условиях эксплуатации этот показатель для того же ингибитора может оказаться значительно меньше. Из-за этого у потребителя может сложиться отрицательное мнение об эффективности самой технологии обработки воды ингибиторами солеотложений и коррозии.

Испытанные ингибиторы

Целью настоящей работы было получить достоверные сведения об эффективности пяти фосфонатоцинкатных ингибиторов коррозии и солеотложений, выпускаемых различными предприятиями, путём сравнительных испытаний этих препаратов в идентичных условиях при контроле воспроизводимости экспериментальных данных.

В статье приведены основные нормативные показатели качества выпускаемых в РФ фосфонатоцинкатных ингибиторов. Для сравнения, приведены также свойства химически индивидуальных комплексов ОЭДФ и НТФ с цинком. Можно видеть, что по своему стехиометрическому составу наиболее близки к химически индивидуальным веществам препараты ОПТИОН-313-2 и ЭКТОСКЕЙЛ-450-2, выпускаемые в виде порошков ООО «Экоэнерго» (г. Ростов-на-Дону). Испытание указанных препаратов представляло наибольший интерес, так как позволяло оценить ингибирующие свойства практически индивидуальных комплексов, свободных от примесей. Все остальные препараты, взятые для испытаний, представляли собой водные растворы. Образец препарата Zn-ОЭДФ, выпускаемого ООО НПФ «Траверс», имеет вид прозрачной жидкости желтоватого цвета без запаха, сладко-солёной на вкус, без какой-либо мути или осадка. Цинковый комплекс ОЭДФ производства ВОАО «Химпром» (г. Волгоград) — слегка мутноватая жидкость зеленовато-жёлтого цвета со слабым запахом, солоноватого вкуса. При фильтровании препарата на фильтре осталось незначительное количество желтоватого осадка. Препарат АФОН-230-23А производства ОАО «Химпром» (г. Новочебоксарск) имеет вид мутной жидкости жёлто-зелёного цвета со слабым запахом, сладкой на вкус. При отборе пробы отмечено наличие на дне заводской упаковки слоя осадка белого цвета толщиной около 1 см, что может свидетельствовать о частичном разложении продукта во время транспортирования и хранения. При фильтровании образца на фильтре остался обильный желтовато-белый хлопьевидный осадок.

Условия испытаний

Испытания проводились в лабораторных условиях, максимально приближенных к условиям функционирования реальных систем теплоснабжения. Для проведения испытаний в стандартных условиях были приготовлены два раствора, моделирующих различные распространённые типы природных вод. Раствор №1 моделирует мягкую умеренно коррозионную воду поверхностных источников, а раствор №2 — жёсткую коррозионную артезианскую воду.

Опыты проводили при различных концентрациях каждого из ингибиторов и при различных температурах в каждом из двух модельных растворов. В испытаниях при температуре 75 градусов моделировали поведение ингибиторов в системах горячего водоснабжения. В связи с этим были выбраны два значения концентрации: равное предельно допустимой концентрации (ПДК) данного ингибитора в питьевой воде и 3 мг/дм³, приблизительно равное половине ПДК для большинства ингибиторов. В испытаниях при 150 градусах моделировали режимы систем теплоснабжения. Поэтому для проведения опытов при температуре 150 градусов в модельном растворе №2 была выбрана иная шкала концентраций ингибиторов, нежели в остальных экспериментах. Это объясняется тем, что данный температурный и концентрационный режим характерен для закрытых тепловых сетей с подпиткой жёсткой водой из артезианских источников. Для таких тепловых сетей значение ПДК ингибитора не имеет существенного значения, кроме того, дозировка ингибитора в воду с высокой жёсткостью при высокой температуре должна быть значительно больше, чем в иных условиях, чтобы можно было достоверно наблюдать и количественно регистрировать эффект ингибирования.

Для проведения коррозионных испытаний в водных средах при повышенных температурах, в условиях, максимально приближенных к условиям работы тепловых сетей, разработана конструкция герметизированной высокотемпературной коррозионной автоклавной ячейки, способной длительно выдерживать внутреннее давление без утечки исследуемой среды. За основу при конструировании автоклавной ячейки принята конструкция испытательных сборок для оценки интенсивности внутренней коррозии в тепловых сетях по РД 153-34.1-17.465-00, однако для повышения герметичности ячейки и предотвращения утечки среды в процессе испытаний при конструировании применена обтюраторная схема уплотнения ячейки.

Для коррозионных испытаний были изготовлены образцы из горячекатаной листовой стали марки ВСт.3сп с контролем химического состава по ГОСТ 380-94, ГОСТ 19903-74. Образцы — стальные круглые пластины толщиной 2 — 3 мм, наружным диаметром 40 мм с отверстием в центре диска 12 мм — подготовили в соответствии с ГОСТ 9.502-82, ГОСТ 9.506-87. После механической обработки образцы металла обезжирили, промывая этиловым спиртом при помощи щётки, и просушили от спирта. Поверхность образцов подвергли активации путём травления в 15% соляной кислоте в течение 1 мин. Активированные образцы трижды промыли дистиллированной водой, осушили фильтровальной бумагой, подвергли сушке при температуре 100 ± 5°С в течение 1 часа и охладили в эксикаторе над прокалённым хлористым кальцием. Каждый образец взвешивали на аналитических весах с точностью до 0,0001 г, фиксируя его массу в лабораторном журнале. Взвешивание образцов повторяли ежедневно до достижения постоянной массы образца m₁.

Подготовленные образцы закрепляли на штоке-держателе автоклавной ячейки в количестве 3-х штук. Для изолирования образцов от штока последний снабжали изолирующей оболочкой из кремнийорганического термостойкого каучука, а для изолирования образцов друг от друга и обеспечения беспрепятственного контакта со средой на шток между образцами и зажимными гайками надевали 10-миллиметровые шайбы-дистанторы из того же материала. Собранный пакет погружали в ячейку, предварительно заполненную избранным для испытаний модельным раствором, в который при помощи пипетки вводили заданное количество ингибитора, после чего ячейку герметически закрывали. Закрытую автоклавную ячейку с помещёнными в неё образцами и раствором выдерживали в термостате в течение 10 суток при заданной с погрешностью не более ±5°С. Испытания проводились в статических условиях, без принудительной циркуляции коррозионной среды. После выдержки в течение 10 суток автоклавную ячейку извлекали из термостата и охлаждали до комнатной температуры. Рыхлые коррозионно-солевые отложения, слабо связанные с поверхностью образцов, снимали шпателем и переносили в бюкс для высушивания и исследования. Образцы слегка ополаскивали дистиллированной водой, сушили при температуре 100±5°С в течение 1 часа и помещали для охлаждения в эксикатор с предварительно прокалённым хлористым кальцием. Каждый образец взвешивали на аналитических весах с точностью до 0,0001 г до постоянной массы m₂.

После этого приступали к удалению отложений. Продукты коррозии счищали с поверхности образцов деревянным или фарфоровым шпателем, а при сильном сцеплении — скальпелем. Образцы выдерживали в течение 10 минут при комнатной температуре в растворе, содержащем серную и лимонную кислоту, а также тиомочевину. Затем образцы промывали водой, одновременно очищая их поверхности мягкой резинкой до полного удаления коррозионных отложений. Очищенные образцы промывали дистиллированной водой, осушивали фильтровальной бумагой, обезжиривали ватным тампоном, смоченным в спирте, сушили при 105 градусах в течение 1 часа, после чего охлаждали до комнатной температуры в эксикаторе над прокалённым хлористым кальцием. Каждый образец взвешивали на аналитических весах с точностью до 0,0001 г, до постоянной массы m₃.

Далее в данной статье перечисляются критерии, по которым сравнивали эффективность различных ингибиторов, приводятся результаты испытаний и делаются выводы - какие ингибиторы показали в данных испытаниях наибольшую эффективность ингибирования солеотложений и коррозии.

Полный иллюстрированный вариант статьи "Сравнение эффективности защиты стали от коррозии и солеотложений различными ингибиторами" Вы можете найти здесь.

Защита от коррозии и накипи

Если у Вас имеются проблемы, связанные с накипеобразованием и (или) коррозией в теплоэнергетическом оборудовании, в тепловых сетях, в системе горячего водоснабжения, мы можем помочь Вам выбрать необходимое оборудование и технологию противонакипной и противокоррозионной обработки воды.
Для этого Вам необходимо обратиться к нам по телефонам: (3412) 91-62-65, 8-909-067-64-39, факсу: (3412) 91-62-65, электронной почте: chaus@uni.udm.ru, isk@uni.udm.ru, направив максимально подробные сведения в форме опросного листа.

Архив почтовых рассылок:

Противокоррозионная и противонакипная обработка воды