СПОСОБ ЗАЩИТЫ ВОДООБОРОТНЫХ СИСТЕМ ОТ КОРРОЗИИ И СОЛЕОТЛОЖЕНИЙ Российский патент 2008 года по МПК C02F5/14 C23F14/02 C02F103/02 

Изобретение относится к эксплуатации систем оборотного водоснабжения и может быть использовано для защиты оборудования этих систем от коррозии и солеотложения (накипеобразования).

Известными заявителю аналогами настоящего изобретения в части защиты водооборотных систем от коррозии являются:

Способы обработки оборотной воды индивидуальными солями щелочных, щелочноземельных или переходных металлов (полифосфаты, хроматы, нитраты, нитриты). (Коррозия под действием теплоносителей, хладагентов и рабочих тел: Справочное руководство. - Л.: Химия, 1988, с.82-98).

Однако полифосфаты подвержены гидролизу, нитраты и нитриты не оказывают ингибирующего действия в воде с высокой жесткостью (или высоким солесодержанием), хроматы являются высокотоксичными соединениями.

Способы обработки оборотной воды смесями солей. Одной из наиболее эффективных смесей для обработки воды является смесь бихромата калия, полифосфата натрия и сульфата цинка (Бергман Дж. Ингибиторы коррозии. - М.: Химия, 1966).

Однако указанная смесь имеет высокую токсичность (т.к. в состав смеси входит бихромат калия), подвержена гидролизу (т.к. в состав смеси входит полифосфат натрия), активна только при определенных значениях рН оборотной воды (т.к. в состав смеси входит сульфат цинка).

Способы обработки оборотной воды органическими ингибиторами коррозии, содержащими серные, азотные и кислородные функциональные группы (Робинсон Д.С. Ингибиторы коррозии. - М.: Металлургия, 1993, с.272).

Однако органические ингибиторы коррозии в большинстве случаев труднодоступны, дороги, токсичны, требуют предварительной обработки системы.

Известны также способы обработки оборотной воды органическими комплексонами (Дятлова Н.М. и др. Комплексоны и комплексонаты металлов. М.: Химия, 1988, с.466), например оксиэтилидендифосфоновой кислотой (ОЭДФ) (Кабачник М.И. и др. Оксиэтилидендифосфоновая кислота и ее применение. - Химическая промышленность, 1975, №4, с.14-18).

Однако органические комплексоны, обладая кислотными свойствами, слабо защищают металлы (особенно низкоуглеродистую сталь) от коррозии. Растворы этих кислот нестабильны в средах с высокой жесткостью, поэтому недостаточно эффективно защищают водооборотные системы от карбонатных отложений.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности признаков (прототипом) является способ защиты водооборотных систем от коррозии и карбонатных отложений с использованием соли оксиэтилидендифосфоновой кислоты - оксиэтилидендифосфоната цинка (ОЭДФЦ) (Кузнецов Ю.И. и др. Защита низкоуглеродистой стали цинкфосфонатами. - Защита металлов, 1987, №1, т.23, с.86).

Однако использование ОЭДФЦ для защиты водооборотных систем от коррозии и карбонатных отложений обладает следующими недостатками:

обладая достаточным защитным эффектом от солеотложения, ОЭДФЦ защищает от коррозии в меньшей степени; антикоррозионный эффект существенно проявляется в узком значении рН (5-6), с увеличением рН эффект ингибирования снижается; при высокой жесткости ионы цинка вытесняются из комплексоната и эффект защиты от коррозии и солеотложения резко снижается.

Задача изобретения - повышение эффективности защиты от коррозии и солеотложения в водооборотных системах.

Указанная задача достигается тем, что в способе защиты водооборотной системы от коррозии и солеотложений путем введения в оборотную воду соли оксиэтилидендифосфоновой кислоты согласно изобретению в качестве соли оксиэтилидендифосфоновой кислоты используют аммониевую соль 1-оксиэтилидендифосфоновой кислоты с 2-диметиламинометилфенолом (соль ОМЭД), имеющую формулу

.

Указанная задача достигается также тем, что в оборотную воду дополнительно вводят неорганическую соль цинка.

Указанная задача достигается также тем, что концентрация аммониевой соли оксиэтилидендифосфоновой кислоты с 2-диметиламинометилфенолом в оборотной воде составляет 0,5-10 мг/л, а концентрация неорганической соли цинка в оборотной воде составляет 0,5-3 мг/л в пересчете на ион цинка (Zn²⁺).

Способ осуществляют следующим образом. В оборотную воду водооборотного цикла из растворного бака дозировочным насосом вводят раствор аммониевой соли оксиэтилидендифосфоновой кислоты с 2-диметиламинометилфенолом (соли ОМЭД). Подачу осуществляют во всасывающий трубопровод насосов оборотной воды. В этот же трубопровод из другого растворного бака также с помощью дозирующего насоса подают раствор неорганической соли цинка, например сульфата цинка. Подачу компонентов ингибитора в оборотную воду осуществляют до достижения концентрации в ней соли ОМЭД 0,5-10 мг/л, ионов цинка (Zn²⁺) 0,5-3 мг/л. Затем подачу растворов соли ОМЭД и сульфата цинка в оборотную воду прекращают. В дальнейшем растворы реагента ОМЭД и сульфата цинка вводят в трубопровод подачи в водооборотный цикл подпиточной воды. Расход реагентов устанавливают исходя из создания концентрации в подпиточной воде реагента ОМЭД 0,5-10 мг/л, ионов цинка (Zn²⁺) 0,5-3 мг/л.

Ниже приводятся конкретные примеры осуществления заявляемого способа.

Пример 1. Опыты проводят в лабораторных условиях методом «вращающегося диска». В емкость заливают оборотную воду из водооборотного цикла, имеющую следующий состав:

рН7,8Щелочность, мг·экв/л2,0Жесткость, мг·экв/л3,3Солесодержание, мг/л600Хлориды, мг/л245Сульфаты, мг/л26,4ХПК, мгО₂/л10,5

Контрольные пластины из углеродистой стали размером 20×50×3 мм крепят нитью к диску, который находился над емкостью в горизонтальном положении. Диск крепят к вертикальной оси, которую соединяют с валом электродвигателя. Контрольные образцы погружают в воду, включают электродвигатель в работу и приводят диск с прикрепленными к нему пластинами во вращение. Скорость вращения задают таким образом, чтобы линейная скорость движения образцов относительно неподвижной воды составляла 1 м/с. После 24-х часов контакта с водой контрольные образцы погружают в ингибированную соляную кислоту и растворяют в ней продукты коррозии. Затем контрольные образцы промывают дистиллированной водой, высушивают и взвешивают. По убыли массы за время опыта рассчитывают скорость коррозии. Рассматривая образцы под микроскопом в отраженном свете определяют вид коррозии.

Опыт 1 (холостой опыт) проводят без обработки воды ингибитором. Результаты опыта приведены в табл.1, из которой следует, что скорость коррозии углеродистой стали (Ст3) в воде в отсутствии ингибитора составляет 0,91 г/(м²·ч). Коррозия имеет язвенный вид.

Таблица 1
Условия и результаты опытов по определению скорости и вида коррозии контрольных образцовНомер опытаКонцентрация, мг/л:Скорость коррозии, г/(м²·ч)Вид коррозииОЭДФЦОМЭДZn²⁺10000,91Язвенная20,1000,62Язвенно-точечная35,0000,43Язвенно-точечная410,0000,09Язвенно-точечная500,100,26Точечная605,000,67Язвенно-точечная7010,000,81Язвенно-точечная800,10,50,05Язвенная905,00,50,06Язвенная10010,00,50,07Язвенная1100,13,00,03Язвенная1205,03,00,05Язвенная13010,03,00,04Язвенная

Опыты 2-4 проводят в соответствии со способом, приятым за прототип, в присутствии в воде цинковой соли оксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФЦ). Результаты опытов приведены в табл.1, из которой следует, что скорость коррозии углеродистой стали (Ст3) в воде в присутствии ОЭДФЦ при концентрации 0,5-10 мг/л составляет 0,09-0,62 г/(м²·ч). Коррозия имеет точечно-язвенный вид.

Опыты 5-7 проводят в присутствии аммониевой соли оксиэтилидендифосфоной кислоты с 2-диметиламинометилфенолом (соль ОМЭД), как предусмотрено предлагаемым способом, но без обработки воды неорганической солью цинка. Результаты опытов приведены в табл.1, из которой следует, что скорость коррозии углеродистой стали (Ст3) в воде в присутствии одной соли ОМЭД при концентрации 0,5-10 мг/л составляет 0,26-0,81 г/(м²·ч). Коррозия имеет точечный и язвенный вид.

Опыты 8-13 проводят в соответствии с предлагаемым способом, в присутствии в воде соли ОМЭД и неорганической соли цинка, в качестве которой используют сульфат цинка. Результаты опытов приведены в табл.1, из которой следует, что скорость коррозии углеродистой стали (Ст3) в воде в присутствии ОМЭД при концентрации 0,5-10 мг/л и сульфата цинка при концентрации 0,5-3 мг/л (по иону Zn²⁺) составляет 0,04-0,07 г/(м²·ч). Коррозия имеет язвенный вид.

Пример 2. Опыты проводят на пилотной установке, моделирующей водооборотную систему. Установка включает градирню из органического стекла, снабженную насадкой из колец Рашига и термостат. Воду, нагретую в термостате до температуры 35°С, насосом подают в верхнюю часть градирни, где с помощью распылительного устройства равномерно распределяют по поверхности насадки. Стекая по насадке вниз, вода охлаждается и собирается в нижней части градирни, откуда самотеком поступает в термостат. Продолжительность каждого опыта составляет 350 ч. Во время опыта в градирне происходит испарение воды, которое компенсируется добавлением подпиточной воды в термостат. Состав подпиточной воды соответствует составу воды, приведенной в примере 1. Для определения скорости отложения солей в термостат помещают контрольные пластины из нержавеющей стали (сталь Х18Н10Т) размером 20×50×3 мм. После завершения опыта контрольные образы вынимают из термостата, высушиваются и взвешиваются. По разности масс контрольных образцов до и после опыта определяется масса отложений на их поверхности.

Эффективность снижения солеотложений в опыте определяют по формуле

где Δm - масса отложений на контрольном образце в холостом опыте без обработки оборотной воды ингибитором, г; Δm_i - масса отложений на контрольном образце в i-м опыте; i - номер опыта.

Опыты 1-3 проводят в соответствии со способом, принятым за прототип, в присутствии в оборотной воде цинковой соли оксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФЦ). Результаты опытов приведены в табл.2, из которой следует, что эффективность снижения накипеобразования, равная 83,9-96,5%, достигается при концентрации ОЭДФЦ в оборотной воде 3,0-10,0 мг/л.

Таблица 2
Эффективность снижения солеотложения в присутствии ингибиторов ОЭДФЦ и ОМЭД-сульфат цинка№ опытаКонцентрация в оборотной воде, мг/лЭффективность снижения солеотложений, %ОЭДФЦОМЭДZn²⁺130083,9250088,73100096,5401190,2505195,16010199,5701390,8805396,69010399,6

Опыты 4-9 проводили в соответствии с предлагаемым способом в присутствии в оборотной воде соли ОМЭД и неорганической соли цинка, в качестве которой использовали сульфат цинка. Результаты опытов приведены в табл.2, из которой следует, что при концентрации в оборотной воде соли ОМЭД, равной 1÷10 мг/л, концентрации иона Zn²⁺ 1÷3 мг/л достигается эффективность снижения накипеобразования, равная 90,2÷99,6%.

Преимуществом заявляемого способа является одновременная эффективная защита водооборотных систем от коррозии и отложений солей.

Изобретение относится к эксплуатации систем оборотного водоснабжения и может быть использовано для защиты оборудования этих систем от коррозии и солеотложения (накипеобразования). Способ предусматривает одновременную обработку оборотной воды аммониевой солью 1-оксиэтилидендифосфоновой кислоты с 2-диметиламинометилфенолом (соль ОМЭД) и неорганической солью цинка. ОМЭД имеет формулу Концентрация соли ОМЭД в оборотной воде 0,5-10 мг/л. Концентрация соли цинка в оборотной воде составляет 0,5-3 мг/л в пересчете на ион Zn²⁺. В качестве неорганической соли цинка может быть использован сульфат цинка. Способ обеспечивает одновременную эффективную защиту водооборотных систем от коррозии и отложений солей. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ защиты водооборотных систем от коррозии и карбонатных отложений путем введения в оборотную воду соли оксиэтилидендифосфоновой кислоты, отличающийся тем, что в качестве соли оксиэтилидендифосфоновой кислоты используют аммониевую соль 1-оксиэтилидендифосфоновой кислоты с 2-диметиламинометилфенолом, имеющую формулу