Способ формирования антикоррозионных пленок на внутренней поверхности трубопроводов в системах теплоснабжения высокомодульными силикатами натрия

(51) 23 22/62 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ВЫСОКОМОДУЛЬНЫМИ СИЛИКАТАМИ НАТРИЯ(57) Изобретение относится к области защиты от коррозии внутренней поверхности трубопроводов теплоэнергетического оборудования. В способе внутреннюю поверхность трубопроводов энергетического оборудования перед обработкой раствором силиката натрия активируют растворами кислот с концентрацией 2-10 в течение 4-8 часов, а обработку раствором силиката натрия проводят в течение 5-6 часов. Предлагаемый способ позволяет формировать антикоррозионную защитную пленку из ферросиликатов сложного состава и адсорбированных коллоидных частиц кремнезема за 5-6 суток с длительным, 100 суток и более,эффектом е последействия.(72) Высоцкая Надежда Андреевна Кабылбекова Болжан Нурмановна Анарбаев Абибулла Абильдаевич Айкозова Лаура Даулетбековна Кадиркулова Малика Анваровна Бекмаш Таншолпан Бахытжановна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения ЮжноКазахстанский государственный университет им. М. Ауэзова Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Розенфельд И.Л., Кузнецов Ю.И.,Кербелева И.Я., Персианцева В.П. К механизму защиты стали от коррозии ингибиторами в нейтральных электролитах //Защита металлов.-1975,Т 11, 5.-с.612-615(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ АНТИКОРРОЗИОННЫХ ПЛЕНОК НА Изобретение относится к области защиты от коррозии ингибиторами внутренних поверхностей трубопроводов теплоэнергетического оборудования. Наиболее эффективные методы борьбы с коррозией металлов основаны на использовании ингибиторов коррозии. Ингибирование является наиболее простым, эффективным и во многих случаях экономически целесообразным методом борьбы с коррозией. На практике для защиты внутренней поверхности трубопроводов часто использую силикат натрия (2 ОО 2), где- модуль, который может быть от 1 до 5 и подбирается в зависимости от характеристики транспортируемой воды Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии.- М. Химия, 1977. с.185. Создание защитной пленки осуществляется путем постоянного дозирования силиката натрия в малых концентрациях, или путем погружения(заполнения) испытуемой конструкции раствором силиката натрия с концентрацией 3000-5000 мг/л О 2. Разнообразие форм, а также модуля, в которых может находиться силикат натрия в водных растворах, обуславливает различный характер(механизм) его защитного действия. Следует отметить,что на эффективность противокоррозионной защиты практически не влияет - состав стали, механические повреждения,состояние поверхности трубопроводов, и что очень важно - отсутствует питтингообразование. Что касается механизма защитного действия силиката натрия, то, несмотря на длительное время его использования, как ингибитора, и многочисленные публикации в научной литературе, до сих пор нет однозначного мнения о его защитных действиях. С этим обстоятельством связаны поиски новых способов и составов промывочных растворов для удаления коррозионно-накипных отложений на основе силиката натрия для его практического использования. Известен способ защиты систем тепловодоснабжения г. Нью-Йорка путем непрерывного дозирования силиката натрия в транспортируемую воду. Показана эффективность антикоррозионной защиты металлической поверхности (железа, цинка,меди) силикатом натрия . 2-.1115, 1963.-.597. Недостатком способа является необходимость постоянного дозирования ингибитора, эксплуатация дополнительного оборудования для процесса дозирования ингибитора, его невысокая живучесть. В случае прекращения подачи ингибитора время последействия сформированной во время эксплуатации защитной пленки, составляет всего 15 суток. Наиболее близким в техническом решении является способ антикоррозионной защиты стальных труб от коррозии путем предварительной интенсивной обработки металлической поверхности большим количеством раствора ингибитора высокой концентрации с последующим непрерывным дозированием ингибитором малых концентраций. 2 Перед обработкой ингибитором необходима механическая подготовка поверхности. Способ обеспечивает эффективность защиты при экономически более выгодном ингибированию при использовании стандартного состава. Исследования проводились на небольших образцах новых труб и труб, подверженных коррозии, изготовленных из мягкой стали. Степень коррозии оценивали визуально. Предварительно обработанные трубы не подвергались коррозии даже при низких концентрациях промышленных ингибиторов, в то время как необработанные трубы корродировали при значительно более высокой концентрации тех же самых ингибиторов,Предварительная обработка как основное средство обеспечения эффективной работы систем водяного охлаждения, 21. 23-33.1960. Недостатком известного способа является необходимость дальнейшего ингибирования рабочих растворов, не указаны эффективные концентрации ингибитора. Известен способ(аналог) формирования защитной пленки в растворе свободной кремниевой кислоты (400 мг/л 2), полученной трехкратным Н-катионированием растворов силиката натрия. Среда, содержащая только кремниевую кислоту,способна полностью затормозить развитие кислородной коррозии А.П. Акользин. Противокоррозионная защита стали пленкообразователями. - М. Металлургия, 1989. с.106. Недостатком известного способа является медленное формирование защитной пленки до полного е разрушения - 17 суток, а также необходимость использования раствора чистой кремниевой кислоты, без использования силиката натрия, что делает применение такого способа на практике проблематичным. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ силикатной обработки теплоэнергетического оборудования трубопроводов, изготовленных из стали путем их заполнения силикатными растворами достаточно высокой концентрации (3000-5000 мг/л О 2). Исходным продуктом для приготовления такого раствора является силикат натрия с как можно более высоким значением модуля и вода - конденсат,дистиллят,либо-катионированная Розенфельд И.Л, Кузнецов Ю.И., Кербелева И.Я.,Персианцева В.П. К механизму защиты стали от коррозии ингибиторами в нейтральных электролитах //Защита металлов.-1975, Т 11, 5.с.612-615. Недостатком известного способа является необходимость использования специально подготовленной воды, длительный временной интервал формирования защитной пленки до полного е разрушения. Задачей изобретения является разработка способа быстрого создания антикоррозионной пленки с увеличением времени последействия на стальных поверхностях теплоэнергетического оборудования, трубопроводов и т.п. путем их обработки растворами силиката натрия высокой концентрации (3000-5000 мг/л), с модулем 3,8-4,5,где растворителем является вода питьевая (ГОСТ Р 51593-2003). Поставленная задача достигается за счет активации поверхности металла растворами кислот,перед обработкой его поверхности раствором силиката натрия. Концентрация кислот в растворах для активации поверхности металла должна соответствовать концентрациям 2-10,предусмотренным для промывочных (очистных) растворов для очистки внутренних поверхностей от коррозионно-накипных отложений (для каждой кислоты своя концентрация). После активации поверхность немедленно обрабатывается раствором силиката натрия 3000-5000 мг/л О 2 в питьевой воде в течение 5-6 суток. Представленное изобретение отличается от известных более коротким временем формирования антикоррозионной пленки (5-6 суток), более длительным эффектом е последействия (100 суток и более), возможностью использования для приготовления силикатных растворов питьевой воды вместо дистиллата. Своеобразие защитного действия силиката натрия заключается в том, что после активации поверхности металла кислотой вначале должны появиться активные ионы двухвалентного железа 2 в виде 2, способные реагировать с силикатом натрия и образовывать сложные ферросиликаты, которые, адсорбируя коллоидные частицы кремнезема, обусловливают появление мелкодисперсного слоя ферросиликатов железного стекла. Наличие в растворе небольшого количества природных солей (вода питьевая, Са 2,2) способствует образованию в пленке слаборастворимых силикатов кальция, магния и т.п.,которые еще более благоприятствуют формированию более эффективной, плотной защитной пленки. В связи с представленным выше упрощенным механизмом формирования защитной пленки является активация поверхности металла растворами кислот, что способствует более быстрому и эффективному формированию защитных пленок при обработке стальных поверхностей растворами силиката натрия. Следующие примеры иллюстрируют данное изобретение Во всех примерах в качестве образцов используются стальные трубки (250 мм, 25 мм,-площадь внутренней поверхности 2 дм 2),предварительно очищенные от жировых и других механических и химических загрязнений. Пример 1. Несколько трубок опускают в раствор силиката натрия с модулем 3,5 с концентрацией 5000 мг/л. Затем первая трубка через сутки, а каждая последующая через двое суток вынимается из раствора силиката натрия и в циркуляционном режиме в течение суток пропускается через трубку вода определенного объема 1 л, скорость циркуляции 0,5 м/сек, 22. По количеству перешедшего в воду железа (аналитически) и по площади внутренней поверхности 2 дм 2 вычисляется для каждой выдержки скорость коррозии металла г/дм 2 час в зависимости от времени обработки раствором силиката натрия 5000 мг/л. Результаты проведенных исследований представлены в таблице 1. Пример 2. Трубки активируются путем пропускания в циркуляционном режиме раствора 4-ной соляной кислоты с концентрацией(концентрация кислоты при практической очистке теплоэнергетического оборудования,трубопроводов, кранов и т.п.) в течение 4-х часов(обычно минимальное время очистки на практике). После такой активации трубки быстро ополаскиваются водой и погружаются в раствор силиката натрия 5000 мг/л. Обработанные таким образом трубки вынимают первую через сутки, а каждую последующую через двое суток в циркуляционном режиме в течение суток через них пропускается вода 1 л,скорость циркуляции 0,5 м/сек, 22. По количеству перешедшего в воду железа вычисляют для каждой выдержки скорость коррозии г/м 2 час. Результаты проведенных испытаний представлены в таблице 1. Таблица 1 Показатели массы железа, перешедшего в воду без активации и с активацией поверхности стальной трубки Время выдержки,сутки Масса железа, перешедшего в воду без активации поверхности трубки Масса железа, перешедшего в воду с активацией поверхности трубки 4-ным раствором НС 0,040 0,027 0,017 0,012 0,010 0,008 0,006 Пример 3. Через обработанную раствором силиката натрия, с модулем 3,5 и концентрации 5000 мг/л без предварительной активации, трубку в циркуляционном режиме,пропускают воду. Количество перешедшего в раствор железа определяется аналитически в первые 20 суток через каждые 2 суток. Далее через 5 суток и пересчитывают скорость коррозии в г/м 2 час. Данные проведенных испытаний представлены в таблице 2. Таблица 2 Показатели массы железа, перешедшего в воду без активации и с активацией поверхности стальной трубки Время выдержки,сутки 1 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 25 30 35 40 50 60 70 80 90 100 120 Масса железа, перешедшего в воду без активации поверхности трубки 0,005 0,009 0,015 0,023 0,030 0,033 0,040 0,045 0,046 0,048 0,050 Пример 4. Очищенная от загрязнений стальная трубка, размером 25250, с площадью внутренней поверхности 2 дм 2, активируется в циркуляционном режиме в течение 4-х часов раствором соляной кислоты с концентрацией 4, затем быстро ополаскивается водой и погружается на 6 суток в раствор силиката натрия с модулем 3,5 и концентрацией 5000 мг/л. Через подготовленную таким образом трубку в циркуляционном режиме пропускается вода, которая вначале меняется через двое суток, затем через 5 суток. По количеству перешедшего в воду железа определяется скорость коррозии в г/м 2 час. Результаты испытаний представлены в таблице 2. Из представленных экспериментальных данных следует, что в случае активационной обработки образца с последующей выдержкой (6 суток) в растворе высокомодульного силиката натрия жизнеспособность сформированной защитной пленки достигает 100 суток и более против 18 суток жизнеспособности пленки, сформированной на металле без активации поверхности трубки раствором силиката натрия. Выбор модуля силиката натрия от 3,5 до 4,5 обусловлен данными различных исследователей,когда эффективную защитную пленку можно сформировать только из высокомодульного 4 Масса железа, перешедшего в воду с активацией поверхности трубки 0,002 0,004 0,007 0,010 0,014 0,015 0,017 0,020 0,020 0,021 0,022 0,025 0,029 0,031 0,034 0,040 0,044 0,046 0,052 0,054 0,055 0,055 силиката натрия 3,5. Жидкие стекла (натриевые) при модуле 4, и используемые при химической очистке от коррозионн-накипных отложений теплоэнергетического оборудования и т.п.,активирует образованный гидроксид железа(2), который взаимодействует с силикатом натрия. Механизм формирования защитных пленок при контакте с раствором силиката натрия с поверхностью металла как бы разбит на две стадии. В первой стадии происходит ионизация железа с образованием двухвалентного соединения(2), которое далее взаимодействует с силикатом натрия,образуя ферросиликаты сложного состава. На второй стадии эти ферросиликаты,захватывая и адсорбируя коллоидные частицы кремнезема,формируют первоначальную ферросиликатную эффективную защитную пленку. Защитные характеристики пленки (сокращение времени формирования до 6 суток, время последействия - 100 суток) усиливаются за счет образования плохо растворимых силикатов кальция и магния при небольших концентрациях ионов Са 2,2 в воде. Одновременное протекание этих процессов способствует достаточно быстрому формированию(менее суток). Окончательное формирование защитной пленки, за счет адсорбции коллоидных частиц кремнезема и ионов кальция и магния, заканчивается через 5 суток. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ формирования антикоррозионных пленок на внутренней поверхности трубопроводов теплоэнергетического оборудования, включающий их заполнение раствором высокомодульного силиката натрия, с концентрацией 3000-5000 мг/л,отличающийся тем, что внутреннюю поверхность теплоэнергетического оборудования и трубопроводов перед заполнением раствором силиката натрия активируют растворами кислот с концентрацией, соответствующей промывочным растворам 2-10 в течение 4-8 часов, а обработку раствором силиката натрия в течение 5-6 часов.