ПРИСАДКА К ВОДЕ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Российский патент 2002 года по МПК C23C18/36 C23F11/00 

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области эксплуатации теплоэнергетических установок и может быть использовано в транспортных и стационарных дизелях, водогрейных котлах, системах отопления.

Уровень техники
Известные присадки к воде теплоэнергетических установок и другие подобные составы предназначены для защиты внутренних поверхностей теплообмена от коррозионного разрушения и кавитационной эрозии путем создания защитной пленки на поверхности металла, адсорбирующейся из охлаждающей среды. Защитное действие этих присадок эффективно проявляется для дизелей, полости охлаждения которых не подвержены кавитационно-эрозионному разрушению. Однако для ряда современных форсированных дизелей, из-за наличия высокочастотных колебаний цилиндровых втулок (18-20 кГц) и интенсивного кавитационного разрушения металла, действие этих присадок оказывается малоэффективным. В литературе приведены примеры эрозионного разрушения поверхностей цилиндровых втулок и блоков целого ряда дизелей судов (Погодаев Л.И., Пимошенко А.П., Капустин В. В. Эрозия в системах охлаждения дизелей. Калининград: Академия транспорта РФ, 1993, 325 с.). Проведенные патентные исследования позволили выявить ряд присадок, действие которых направлено на снижение коррозионных и эрозионных разрушений систем охлаждения теплоэнергетических установок. Прототипом заявляемой присадки является присадка к воде теплоэнергетических установок, описанная в Бюллетене изобретений (Официальном бюллетене комитета РФ по патентам и товарным знакам) 5, 1996, заявка 93020082/26. Присадка включает в себя следующие компоненты, маc.%: аддуты окиси этилена 5-25; фосфорорганические поверхностно-активные вещества (ПАВ) 0,1-10; силикат натрия 7-40; вода до 100%. Для защиты поверхностей из цветных металлов в композицию дополнительно вводят молибдат натрия (аммония) и бензотриазол в количестве соответственно 2-10 и 0,5-4% от общей массы. Состав присадки способствует образованию условий для интенсивной коагуляции растворенных в воде воздушных пузырьков и дальнейшей их дегазации, однако наряду с эрозионным разрушением от кавитации в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания имеет место процесс коррозионного разрушения металла. Поэтому рассматриваемая присадка не будет в полной мере проявлять свои защитные свойства для поверхностей охлаждения теплоэнергетических установок, где имеет место комплексное воздействие коррозионно-эрозионного разрушения металла. Использование этой присадки для защиты поверхностей охлаждения двигателей внутреннего сгорания, подвергающихся коррозионно-эрозионному разрушению, не даст требуемого эффекта. В связи с этим возникла необходимость создания такой присадки, которая, обладая высокими противокоррозионными свойствами, защищала бы металл от кавитационной эрозии.

Сущность изобретения
Техническим решением настоящего изобретения является возможность комплексной защиты теплообменных поверхностей теплоэнергетических установок от кавитационной эрозии и коррозионного разрушения.

Анализ методов защиты поверхностей охлаждения показал, что наибольшее распространение получили методы изоляции металла от агрессивного воздействия среды путем использования присадок-ингибиторов. Принцип действия этих присадок основан на создании защитных пленок на поверхности металла, адсорбирующихся из охлаждающей среды. Ингибирование охватывает очень широкий диапазон противокоррозионных мероприятий, заключающихся как в создании нейтрально-щелочной, так и кислой среды. В первом случае защита металла осуществляется путем создания адсорбированной пленки, чаще всего фосфатной, а во втором - оксида защищаемого металла.

Защитное действие этих присадок эффективно проявляется для полостей охлаждения, которые не подвержены кавитационно-эрозионному разрушению. Однако для ряда современных форсированных дизелей, из-за наличия высокочастотных колебаний цилиндровых втулок (18-20 кГц) и интенсивного кавитационного разрушения металла, действие этих присадок оказывается малоэффективным.

Основной задачей, решаемой при защите теплообменных поверхностей машин такого типа, является создание высокопрочного, антикоррозионного покрытия. Такими свойствами в полной мере обладают никелевые покрытия, способные наноситься на защищаемую стальную поверхность путем адсорбирования растворенных в охлаждающей жидкости солей.

Это достигается введением в состав присадки следующих компонентов, маc. %: сульфат никеля 3-4; гипофосфит натрия 2-2,5; цитрат натрия -3,5-4, а также карбонат натрия 7-11, полиакриламид 2-6.

Новыми существенными признаками предложенной присадки являются компоненты - сульфат никеля, гипофосфит натрия, цитрат натрия, позволяющие создать на теплообменных поверхностях защитный никелевый слой, образование которого идет при постоянной скорости осаждения по всей поверхности любой сложной конфигурации. Присадка имеет слабо-зеленоватый цвет, легко растворяется в воде. Для повышения эффекта перед использованием присадки поверхности теплообмена должны быть очищены от продуктов коррозии и солеотложений.

Компоненты, входящие в присадку, такие как сульфат никеля (NiSO₄•7H₂O), гипофосфит натрия (NaH₂PO₂•Н₂О), необходимы для обеспечения процесса безтокового никелирования по формуле:
NiSO₄+NаН₂РO₂ = Ni + НаН₂РО₃+H₂SO₄.

Карбонат натрия (Nа₂СО₃) поддерживает уровень рН среды в интервале 9-12, что обуславливает работу присадки в диапазоне пассивности железа по диаграмме Пурбэ (Дж. Скалли. Основы учения о коррозии и защите металлов. М.: Мир, 1978, с. 75). Цитрат натрия (Nа₃С₆Н₅O₇ • 5Н₂О) является катализатором реакции химического никелирования, одновременно не допуская выпадения в осадок основного компонента (сульфата никеля) при реагировании его с карбонатом натрия. Полиакриламид способствует коагуляции кавитационных пузырьков газов, растворенных в жидкости, и последующей их дегазации, повышает смачивание поверхностей, являющихся зародышами кавитации. Реакция химического никелирования осуществляется при температуре жидкости 75-90^oС, что практически совпадает с температурой охлаждающей жидкости теплоэнергетических установок при их работе.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Проведенные лабораторные испытания на образцах позволили спрогнозировать возможность использования присадки в теплоэнергетических установках. Исследования проводились по стандартной методике ускоренных испытаний на магнитострикционном вибраторе, что позволило исследовать процесс с наибольшим приближением к условиям разрушений на дизелях при изменении различных параметров с минимальной затратой времени. В ходе опытов, при использовании присадки, наблюдалось приращение массы образцов. Коррозионных разрушений в процессе эксперимента не зафиксировано. Ускоренные испытания на кавитационном стенде позволили оценить антиэрозионные качества присадки в сравнении с известной присадкой Экстрол и дистиллированной водой, работающей в высокочастотном вибрационном поле. Результаты исследований обнаружили отсутствие эрозионных разрушений испытуемых образцов, что наглядно продемонстрировало способность присадки осуществлять защиту поверхностей теплообмена теплоэнергетических установок. В проведенных экспериментах осуществлялись все возможные сочетания факторов, причем с каждым сочетанием проводилось по пять параллельных опытов, что означает проведение полного факторного эксперимента. Средние результаты испытаний приведены в таблице.

Из таблицы видно, что заявляемый состав присадки показал наилучший результат. Убывания массы образцов не зафиксировано.

Изобретение относится к эксплуатации теплоэнергетических установок и может быть использовано в транспортных и стационарных дизелях, водогрейных котлах и системах отопления. Присадка к воде защиты теплоэнергетических установок содержит, мас. %: полиакриламид 2-6, сульфат никеля 3-4, гипофосфит натрия 2-2,5, цитрат натрия 3,5-4, карбонат натрия 7-11 и воду - остальное. При использовании присадки на теплообменные поверхности осаждается никелевое покрытие, предназначенное для осуществления непрерывной защиты теплообменных поверхностей теплоэнергетического оборудования при температурах 75-90^oС. Для повышения эффекта перед использованием присадки поверхности теплообмена должны быть очищены от продуктов коррозии и солеотложений. Техническим результатом является комплексная защита внутренних поверхностей теплоэнергетического оборудования от кавитационно-коррозионного разрушения, осуществляемая вводом присадки при работающем оборудовании. 1 табл.

Присадка к воде для защиты теплоэнергетических установок, отличающаяся тем, что она содержит следующие компоненты, мас. %:
Сульфат никеля - 3-4
Гипофосфит натрия - 2-2,5
Цитрат натрия - 3,5-4
Карбонат натрия - 7-11
Полиакриламид - 2-6
Вода - Остальное