Спосіб захисту чорних металів від корозії у воді

Спосіб захисту чорних металів від корозії у воді. Корисна модель відноситься до технологій захисту від корозії чорних металів у воді і призначена для використання в мережах замкнутого водопостачання: опалювальних, охолоджувальних системах та ін. Корисна модель спрямована на вирішення важливої задачі: підвищення надійності систем зворотного водопостачання шляхом подавления корозійних процесів за рахунок повної пасивації металу. В системах зворотного водопостачання задіяні мільйони тон чорних металів у вигляді тр уб, радіаторів, запірної арматури та ін. Ці системи широко розповсюджені, використовуються на кожному підприємстві і житлових приміщеннях, тобто масштаби використання способу дуже великі. Досягнутий рівень техніки в області захисту чорних металів від корозії у воді характеризується численними винаходами. Наприклад, відомий спосіб для захисту вуглецевої сталі від корозії відповідно до ав. св. СРСР № 1673639А1, кл. С23F11/00, С23F22/44, опубл. 30.08.91. бюл. .No32, згідно якого у воду вводять інгібітор, що містить, мг/л: силікат натрію - 350 ¸ 400, декстрамін - 20 ¸ 250, гідросид натрію - 10 ¸ 50, інше - вода. Недоліком названого способу є нестабільність інгібітору, яка обумовлена тим, що декстрамін розкладається при нагріванні. Відомий спосіб захисту чорних металів по ав. св. СРСР №510534, кл. С23F11/02, опубл. 15.04.1976, бюл. №14, згідно якого у воду додають інгібітор, що включає, %мас.: нітрит натрію - 0,01 ¸ 0,02, дікарбонові солі натрію - 0,174 ¸ 0,232, монокарбонові солі натрію - 0,087 ¸ 0,116 , нейтральну органічну речовину- 0,011 ¸ 0,014, гідроксид натрію - 0,003 ¸ 0,005, хлориди - 0,003 ¸ 0,005, нерозчинні речовини - 0,004 ¸ 0,006, вода - інше. Спосіб містить введення у воду 0,5 % мас. інгібітору, причому нітриту натрію — 0,1% і відходу жирних кислот 0,4%. Недоліком відомого способу є нестабільність карбонових кислот при нагріванні до 70 ¸ 90°С в умовах контакту з поверхнею чорних металів. Відомий спосіб захисту від корозії згідно якого у воду додають інгібітор марки ТАЛ-25-13М, що виготовляється на ПО «Салаватнефтеоргсинтез», що використовується для захисту конденсаційно-холодильного устаткування. Цей інгібітор - реагент амінного типу, захисний ефект якого забезпечується створенням на поверхні металу міцної плівки, що екранує. Цей інгібітор застосовується разом з підлугуючими реагентами (розчином кальцинованої соди), тому що його максимальний захисний ефект досягається тільки в нейтральному середовищі, інакше реагент буде додатково витрачатися на нейтралізацію - підвищення рН водяного середовища. [Журн..«Хімічна техніка» №6, 2002. Ст. Защита от коррозии оборудования в ОАО "Сибнефть - Омский НПЗ" Л.И.Граблина и др.] Недоліком способу є його висока вартість. Відомий спосіб захисту від корозії чорних металів у водяних розчинах [патент України №43922, кл. С23F11/08, опубл. 15.01.2002, бюл. №1 – 2002], відповідно до якого у воду вводять інгібітор корозії, що містить не менше 0,15%мас. гідроксиду натрію і лігносульфонали у водяному розчині - не менше 0,3%мас. (Найближчий аналог). Недоліком відомого способу є дефіцитність інгібітору у зв'язку з використанням лігносульфоналів у якості аніонних поверхнево-активних речовин - пластифікаторів при виробництві будматеріалів (цементу, цегли й ін.). Лігносульфонали використовуються також, як ливарні закріплювачі, знижувачі в'язкості глинистих розчинів при буравленні шпар, як компоненти барвників,, гербіцидів і ін. Технічна задача, на рішення якої спрямована описувана корисна модель, - це створення такої технології захисту чорних металів від корозії, яка б при її використанні цілком запобігала розвитку корозійних процесів на поверхні металу у воді за рахунок надійної кисневої пасивації. Також використання корисної моделі спрямовано на рішення екологічної задачі: утилізації відходів, що утворяться в технологічних процесах гарячого хімічного оксидування - шламів, які, як правило, викидаються на смітники, що приводить до забруднення фунту і ґрунтови х вод. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб захисту чорних металів від корозії у воді, переважно в системах замкнутого водопостачання, полягає в тому, що у воду вводять інгібітор корозії, який відрізняється тим, що як інгібітор використовують шлам з ванн гарячого хімічного оксидування чорних металів у концентрації 8 ¸ 20г/л, котрий розчиняють у воді переміщуванням, після чого розчин відстоюють до повного освітлення (не менше 10 годин). Потім, при необхідності, збирають жирову плівку, що спливла на поверхню, а прозорий розчин заливають у замкнуту систему оборотного водопостачання: опалення, охолодження і т.д. При цьому для систем, що містять товсті шари іржі на внутрішніх стінках тр уб, радіаторів, концентрацію шламу беруть максимальну 20г/л. Періодично контролюють концентрацію шламу у воді і при необхідності підтримують її на оптимальному рівні додаванням концентрованого розчину шламу. Шлам з ванни оксидування чорних металів, при дослідженні даного способу, мав склад наведений в таблиці 1. Дослідження протикорозійних властивостей пропонованої корисної моделі проводили в такий спосіб. Брали наважку від 0,5 до 20г шламу ванн оксидування, кожну з який розчиняли віл водопровідної води із солевмістом 420мг/л. Після розчинення при перемішуванні шламу у воді розчин відстоювали протягом 10 годин, в результаті чого розчин освітлювався. Жирові речовини, що спливли, видаляли з поверхні. Одержували прозорий розчин з концентрацією інгібітору в0,5;1;2;3;4;5;6; 7; 8; 9; 10; 12; 14; 16; 18; 20г/л. Результати зменшення швидкості корозії зразків у залежності від концентрації шламу і температури інгібірованої води описані в приведених нижче прикладах (таблиця 2). Приклади використання способу. Корозійні іспити проводили на пронумерованих зразках з листової сталі марки Ст. 25 ДОСТ 9045 - 70 розміром 5х 2х 0 ,1см у водопровідній воді м.Одеси, що характеризується загальним солевмістом 420мг/л. Дослідження проводили протягом року за звичайною методикою в розчинах з концентрацією інгібітору від 0 до 20г/л. Зразки містилися в скляні судини ємністю 500мл і герметично закривалися. Зважування зразків проводили через 30 діб з точністю 0,1мг на вагах ВЛА-200М. Таблиця 1. Склад шламу з ванни оксидування, % мас. Найменування компоненту Кількість, %мас. Гідроксид натрію 50 Нітрат натрію 12 Нітрит натрію 15 Карбонат натрію 12 Фосфат натрію 3 Розчинні у воді органічні речовини (продукти взаємодії гідроксиду натрію з жирними кислотами) 0,01 Нерозчинні у воді органічні речовини, що спливають на поверхню 0,5 Оксиди і гідрооксиди заліза, що випадають в осад 1,6 Вода інше Контрольний зразок випробували у водопровідній воді (горводопровід м. Одеси). Середні результати 5 досвідів кожного складу шламу при температурі 22±3°С та 65±3 °С, що проводили в термостаті марки ТБ -110 з точністю регулювання ± 3°С протягом 30 доби приведені в таблиці 2. Таблиця 2. Залежність швидкості корозії зразків зі сталі марки Ст. 25 від концентрації шламу і температури інгібірованої води. Концентрація шламу в воді, г/л 0 0,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 18 20 Швидкість корозії, г/(м 2.година) При 22 ±3°С При 65± 3°С 0,116 0,192 0,125 0,202 0,140 0,210 0,120 0,140 0,080 0,090 0,016 0,020 0,009 0,012 0,005 0,006 0,003 0,004 0,002 0,003 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,003 0,002 0,003 Огляд зразків і аналіз результатів корозійних руйнувань поверхні зразків показує, що поверхня сталевих пластин піддається суцільної корозії при концентрації шламу у воді рівної 0; 0,5; 1г/л. Починаючи з концентрації шламу рівної 2г/л, площа корозійних руйнувань зменшується (до концентрації інгібітору рівної 5-6г/л - з'являються тільки вогнища корозії), а при концентрації інгібітору 8г/л і вище - слідів корозійних руйнувань на зразках не виявлено. Швидкість корозії металу, при концентрації інгібітору понад 8г/л, не перевищувала 0,002г/(м 2.год.) для кімнатної температури і 0,003г/(м 2.год.) для температури 65± 3°С. У порівнянні з не інгібірованою водопровідною водою введення шламу в кількості понад 8 г/л повністю припиняло корозійні процеси. У результаті чорні метали у воді зі шламом показали дуже високу стійкість до корозії: практично залишались незмінними протягом року. Приведені експериментальні дані іспитів пропонованого способу показали високу ефективність і можливість його застосування в тепломережах з метою багаторазового зниження корозії трубопроводів, радіаторів і іншого устаткування з чорних металів, що забезпечує надійність роботи систем. Перевагою пропонованого способу є те, що при розчиненні шламу у воді, що містить солі твердості (з'єднання кальцію, магнію), останні переходять у нерозчинні з'єднання карбонату кальцію (СаСО3), карбонату магнію (MgCO3), гідроксиду магнію [Mg(OH)2], гідроксокарбонату магнию (3MgCO3, Mg(OH)2 .3H2О), випадають в осад до введення в системи опалення, охолодження. Тому труби не обростають відкладеннями солей. Іншою перевагою пропонуємого способу є його доступність (шлами ванн оксидування є на кожнім машинобудівному підприємстві). При введенні шламу ванн хімічного оксидування, як інгібітору, у воду, що містить солі твердості, відбувається зм'якшення води і випадання в осад з'єднань кальцію і магнію, що запобігає утворенню шумовиння і відкладення солей на внутрішній поверхні казанів і труб в опалювальних системах. Виведення солей твердості з інгібірованої води описується наступними хімічними реакціями: Са(НСО3)2 + 2NaOH = СаСО3 ¯ + Na2СО3 + 2H 2O, Mg(HCO3)2 + 2NaOH = Mg(OH)2 ¯ +Nа2СО3 + H 2O + СО2, СаSO4 + Nа2СО3 = Na2SO4 + СаСО3 ¯ , СO2 + NaOH = Na 2CO3 + H2 O, MgSO4 + 2NaOH = Na 2SO4 + Mg(OH)2 ¯ . Експерименти показали, що після введення шламу у воду із солевмістом 1000мг і вище, досягається залишкова твердість менш 1мг-екв/л, а при підігріві зм'якшеної води - до 0,2мг-екв/л. При наявності в шламі фосфа тів досягається ще більш високий ступінь очищення води (до 0,03мг-екв/л), що пояснюється тим, що кальцієві і магнієві солі фосфорної кислоти мають найменшу розчинність у воді і цілком випадають в осад відповідно до приведених нижче хімічних реакцій: 3Са(НСО3)2 + 2Na 3PO 4 = Са3(РO 4)2 ¯ + 6NаНСО3, 3Mg(HCO3)2+ 2Na3PO 4 = Mg3(PO4) 2 ¯ + 6NaHCO3, 3CaSO4 + 2Nа3РO4 = Са3(РO4) 2 ¯ + 3 Na 2SO4. Після додавання у воду пропонованого шламу, який містить соду, відбувається практично миттєве утворення колоїдних з'єднань СаСО3 і Mg(OH)2, що характеризується помутнінням води. Разом з тим перехід з колоїдного в грубодисперсний стан з'єднань, що утворилися, і випадання їх в осад займає кілька годин, про що можна судити по освітленню рідини. Розчин стає прозорим і готовим для використання в замкнутих системах опалення або охолодження не менш чим через 10 годин після введення шламу. Пропонована корисна модель може бути використана в опалювальних системах приватних будинків, дачних будівель, у системах о холодження й ін. Як рекомендації можна відзначити наступне: 1. Небажані домішки у воді систем оборотного водопостачання - це сполуки хлору, тому при використанні хлорованої води , її для зменшення хлору, необхідно витримати у відкритих ємкостях не менш 2-3 доби або нагріти. 2. При введенні шламу в системи з наявністю великого змісту іржі, рекомендується вводити більш високі концентрації інгібітору, тому що іржа (гідроксиди заліза) частково сорбує інгібітор і зменшує його концентрацію у воді. 3. Періодично необхідно контролювати концентрацію шламу в воді і при необхідності додавати його до оптимальної концентрації.