Спосіб запобігання утворенню накипу та корозії в водоциркуляційних системах охолодження

Реферат: Спосіб запобігання утворенню накипу та корозії у водоциркуляційних системах охолодження включає обробку води оксіетилідендифосфоновою або нітрилотриметиленфосфоновою кислотами або їх сумішшю. У воду окремо дозують розчини фосфонових кислот або їх суміші та розчин суміші сірчаної кислоти і сульфату цинку. UA 69566 U (12) UA 69566 U UA 69566 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до методів стабілізаційної та протикорозійної обробки води і може бути використана при кондиціонуванні води для водоциркуляційних систем охолодження в промисловості та енергетиці, для теплоенергетичних систем комунальних господарств. Відомі методи стабілізаційної обробки води, методи зниження корозійної активності води основані на використанні інгібіторів корозії та накипоутворення. Частіше за все використовують 6 фосфонові кислоти та їх суміші (Патент США 547847, МКИ С 02F5/14, опубл. 26.12.95; Патент 7 США 6063289, ΜКИ С 02F5/14). Недоліками таких методів є низька ефективність фосфонових кислот, як інгібіторів корозії металів, особливо при обробці вод з підвищеним рівнем мінералізації. Найближчим за технічною суттю до корисної моделі є спосіб стабілізаційної обробки води з 4 допомогою фосфонатів цинку (А. С. СPCΡ 1465427, МКИ С 02F5/14 № 4252348.23-26, опубл. 15.03.89, бюл. № 10). До недоліків цього методу слід віднести низьку розчинність нітрилотриметиленфосфонатів цинку у воді, що суттєво ускладнює процеси приготування робочих розчинів та дозування реагенту, значне зниження ефективності реагенту, як стабілізатора накипоутворення. Крім того, при стабілізаційній обробці вод з підвищеною мінералізацією, шахтних вод, які в промислових вододефіцитних регіонах дедалі частіше використовуються в промислових водоциркуляційних системах і які характеризуються високою жорсткістю та лужністю, карбонатний індекс яких 3 2 сягає, а інколи перевищує 70 (мг-екв/дм ) , застосування фосфонових кислот та їх солей не забезпечує необхідної стабільності води, достатньо ефективного зниження її корозійної активності. В основу корисної моделі поставлена задача забезпечення високої стабільності води щодо накипоутворення, зниження її корозійної активності за умов використання води з високим рівнем жорсткості, лужності та мінералізації. Поставлена задача вирішується тим, що в способі запобігання утворенню накипу та корозії в водоциркуляційних системах охолодження, що включає обробку води оксіетилідендифосфоновою або нітрилотриметиленфосфоновою кислотами або їх сумішшю, згідно з корисною моделлю, у воду окремо дозують розчини фосфонових кислот або їх суміші в 3 3 кількості 1-5 мг/дм та розчин суміші сірчаної кислоти і сульфату цинку в кількості 25-300 мг/дм 3 по сірчаній кислоті та 1-2 мг/дм по іонах цинку. Суть способу полягає в тому, що використання сірчаної кислоти дозволяє частково знизити лужність води, а в присутності фосфонових кислот суттєво зростає стабільність води щодо накипоутворення. В даному разі проявляється чітко виражене явище синергізму. При кислотній обробці води помітного підвищення стабільності для води з початковою жорсткістю 12-14 мг3 3 екв/дм , при лужності 12-16 мг-скв/дм вдалось досягти при витраті сірчаної кислоти 300-500 3 мг/дм При використанні фосфонових кислот без кислотної обробки високих значень 3 стабілізаційного ефекту було досягнуто при витраті фосфонових кислот 10-20 мг/дм . При комбінованій обробці повної стабільності води (стабілізаційний ефект (СН) дорівнював 100 %) 3 було досягнуто при витраті сірчаної кислоти 25-100 мг/дм при дозі фосфонової кислоти 1-5 3 мг/дм . Крім того, при використанні суміші фосфонових кислот та солей цинку в робочих розчинах при зберіганні та використанні утворюються малорозчинні фосфонати цинку, які втрачають властивості стабілізаторів накипоутворення і які складно дозувати у воду. При внесенні іонів цинку з сірчаною кислотою, окремо від фосфонових кислот, утворення комплексів відбувається на поверхні металу, що значно підвищує стабільність пасиваційної кисневої плівки на поверхні металу та знижує швидкість його корозії. Активність фосфонових кислот, як стабілізаторів накипоутворення, залишається високою. Таким чином, комбінована обробка води фосфоновими кислотами, сірчаною кислотою та сульфатом цинку забезпечує високу стабільність води щодо накипоутворення, знижує її корозійну активність. Спосіб реалізується таким чином. У воду при ефективному перемішуванні вносили розчин оксіетилідендифосфонової, нітрилотриметиленфосфонової кислоти або їх суміш в масовому 3 співвідношенні 1:1 (витрата кислоти 1-5 мг/дм ) та розчин суміші сірчаної кислоти та сульфату 3 3 2+ цинку (витрата сірчаної кислоти 25-100 мг/дм , витрата цинку 1-2 мг/дм по Zn ). Для визначення стабільності води щодо накипоутворення воду нагрівали при температурі 40-98 С протягом 6-72 годин. Після цього визначали коефіцієнт випаровування (відношення об'єму проби після нагрівання до початкового об'єму), залишкову жорсткість води. Ефективність стабілізаційної обробки води визначають по зниженню жорсткості води. Корозійну агресивність води визначали методом поляризаційного опору перед обробкою реагентами та після обробки реагентами. 1 UA 69566 U 5 10 15 Про ефективність стабілізаційної обробки води можна судити з результатів, наведених в прикладах. Приклад 1. До проб шахтної води (шахта ім. М. Горького, м. Донецьк) (рН=7,7; Ж=12,5 мг3 3 3 екв/дм ; Л=13,8 мг-екв/дм ) об'ємом 200 см при перемішуванні додавали розчин оксіетилідендифосфонової кислоти (ОЕДФК) або нітрилотриметиленфосфонової кислоти 3 (НТМФК) (витрата 1-10 мг-екв/дм ), в окремі проби, крім фосфонових кислот, додавали суміш сірчаної кислоти та сульфату цинку. Проби нагрівали в термостаті при 95-98 С протягом 6 годин. Для запобігання випаровуванню проби були закриті. Після нагрівання визначали залишкову жорсткість води та розраховували стабілізаційний ефект за формулою:  Жі  CE  1   100, % Ж   (1), Ж і де - різниця між початковою жорсткістю води та жорсткістю води в пробі, яка оброблена 3 інгібітором, після нагрівання, мг-екв/дм ; Ж - різниця між початковою жорсткістю води та жорсткістю води, яка необроблена 3 інгібітором, після нагрівання, мг-екв/дм . Результати приведені в таблиці 1. Таблиця 1. Реагент Доза, мг/дм ОЕДФК НТМФК Н2SO4; ОЕДФК; Zn 2+ Н2SO4; НТМФК; Zn 2+ 3 1,0 2,0 5,0 10,0 1,0 2,0 5,0 10,0 98; 1; 2 98; 2; 2 98; 5; 2 98; 10; 2 148; 2; 2 245; 2; 2 98; 1; 2 98; 2; 2 98; 5; 2 98; 10; 2 148; 2; 2 245; 2; 2 Жк , мг-екв/дм 3 7,9 7,9 9,6 11,6 12,0 8,0 9,3 11,7 12,2 11,9 12,2 12,5 12,5 12,5 12,5 12,0 12,1 12,5 12,5 12,5 12,5 Ж , мг-екв/дм3 4,6 4,6 2,9 0,9 0,5 4,5 3,2 0,8 0,3 0,6 0,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,5 0,4 0,0 0,0 0,0 0,0 CE , % 0,0 0,0 37,0 80,4 89,1 2,2 30,4 82,6 93,5 87,0 93,5 100,0 100,0 100,0 100,0 89,1 95,8 100,0 100,0 100,0 100,0 Приклад 2. Проби шахтної води, оброблені реагентами як це описано в прикладі 1, нагрівали в термостаті при 40 С протягом 72 годин за умов випаровування води. Після цього 20   визначали залишкові об'єми проб, розраховували коефіцієнт випаровування К У : КУ  де VК VК VП , (2) 3 - кінцевий об'єм проби, см ; VП 3 - початковий об'єм проби, см . Визначали залишкову жорсткість води в усіх пробах. За коефіцієнтом випаровування 25   Т розраховували теоретично можливу жорсткість води Ж з урахуванням випаровування: ЖТ  Ж  КУ , (3) Після цього розраховували стабілізаційний ефект: 2 UA 69566 U  ЖіТ    100, % CE  1   Ж Т    ,(4) де Ж іТ Т 3 - різниця між розрахованим значенням жорсткості Ж (мг-екв/дм ) і виміряним 3 значенням жорсткості після нагрівання в присутності інгібітору Ж і (мг-екв/дм ); 5 ЖТ - різниця між розрахованим значенням жорсткості ЖТ (мг-екв/дм3) і виміряним 3 значенням жорсткості після нагрівання в пробі без інгібітору Ж (мг-екв/дм ). Результати приведені в таблиці 2. Таблиця 2. Реагент Н2SO4; ОЕДФК; 2+ Zn Н2SO4; НТМФК; 2+ Zn 10 Доза, 3 мг/дм 25; 1; 2 25; 2; 2 25; 5; 2 49; 1; 2 49; 2; 2 49; 5; 2 74; 1; 2 74; 2; 2 74; 5; 2 25; 1; 2 25; 2; 2 25; 5; 2 49; 1; 2 49; 2; 2 49; 5; 2 74; 1; 2 74; 2; 2 74; 5; 2 Коефіцієнт упарювання, 1,50 1,60 1,87 1,87 1,57 1,76 1,50 1,60 1,56 1,62 1,58 1,92 1,90 1,63 1,70 1,56 1,65 1,79 1,69 КУ Жк , 3 мг-екв/дм 23,4 24,9 29,2 29,2 24,5 27,5 23,4 25,0 24,3 25,2 24,7 29,9 29,7 25,4 26,5 24,3 25,7 28,0 26,4 Жт , мг3 екв/дм 16,2 24,6 29,0 29,2 24,3 27,4 23,4 25,0 24,3 25,2 24,5 29,9 29,7 25,3 26,5 24,3 25,7 28,0 26,4 Ж , мг3 екв/дм 7,23 0,3 0,2 0,0 0,2 0,1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,2 0,0 0,0 0,1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 CE , % 95,9 97,2 100,0 97,22 98,6 100,0 100,0 100,0 100,0 97,2 100,0 100,0 98,6 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 Приклад 3. До проб шахтної води (шахта ім. М. Горького, м. Донецьк) (рН=7,1; Ж=12,5 мг3 3 23 3 екв/дм ; Л=13,8 мг-екв/дм , [SO4 ]=815 мг/дм , [Cl ]=331 мг/дм ) вимірювали поляризаційний опір за допомогою індикатора Р5126. Величина поляризаційного опору обернено пропорційна швидкості корозії сталі 20. I K Rp CP , мм/рік (5), де K - коефіцієнт пропорційності (із масометричних вимірювань K  20 мм  Ом / рік ); 15 RpCP - середнє значення поляризаційного опору, Ом. j Коефіцієнт зниження швидкості корозії обробленого реагентом, до RpCP визначали відношенням необробленого розчину: RpiCP j RpCP (6) Ступінь захисту від корозії розраховували за формулою (7): 20  1 Z  1    100, %  j   (7). Результати приведені в таблиці 3. 3 RpiCP розчину, UA 69566 U Таблиця 3. Реагент Н2SO4 Н2SO4 Н2SO4; ОЕДФК Н2SO4; ОЕДФК 2+ Н2SO4; Zn ; ОЕДФК 2+ Н2SO4; Zn ; ОЕДФК 2+ Н2SO4; Zn ; ОЕДФК Доза, 3 мг/дм I 0,0470 0,0726 0,0464 0,0495 0,0664 0,0489 II 0,1880 0,2442 0,1820 0,2000 0,2116 0,0879 Коефіцієнт зниження швидкості корозії, j I II 0,64 0,77 1,01 1,03 0,94 0,94 0,70 0,90 0,96 2,15 482 0,0437 0,0415 1.07 467 0,0640 0,0428 0,73 Середній поляризаційний 245 49 25;2 245;5 25;2;2 опір RpCP , Ом I II 427 108 275 82 431 109 403 100 298 95 409 228 49;2;2 458 245;2;5 313 Швидкість корозії І, мм/рік Ступінь захисту, % I 0,9 II 2,9 53,5 4,55 6,1 78,1 4,41 77,3 Ι - статичні умови II - динамічні умови 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Спосіб запобігання утворенню накипу та корозії у водоциркуляційних системах охолодження, що включає обробку води оксіетилідендифосфоновою або нітрилотриметиленфосфоновою кислотами або їх сумішшю, який відрізняється тим, що у воду окремо дозують розчини 3 фосфонових кислот або їх суміші в кількості 1-5 мг/дм та розчин суміші сірчаної кислоти і 3 3 сульфату цинку в кількості 25-300 мг/дм по сірчаній кислоті та 1-2 мг/дм по іонах цинку. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4