Ингибитор коррозии для защиты внутренних поверхностей нагрева от растворенных коррозионно-агрессивных газов Российский патент 2022 года по МПК C23F11/167 

Область техники

Изобретение относится к составам химических средств для ингибирования коррозии и может быть использовано, в частности, на энергетических объектах для защиты внутренних поверхностей нагрева от растворенных коррозионно-агрессивных газов в питательной воде барабанных паровых котлов типа ДЕ.

Уровень техники

В процессе эксплуатации теплоэнергетическое оборудование ТЭС подвергается коррозии, что приводит к уменьшению выработки тепловой и электрической энергии и в том числе к возникновению аварийных ситуаций.

Энергетические блоки различной производительности работают при опасных коррозионных условиях: при высокой температуре и давлении пара. Некоторые узлы теплоэнергетического оборудования изготавливаются из относительно дешевых марок коррозионностойкой жаропрочной стали. Например, основной причиной поломок парогенераторов ТЭС является отказ их самых теплонагруженных частей, таких как выходные и лобовые змеевики. Замена любого узла тепловой схемы, вышедшего из строя из-за коррозии металла, является трудоемкой и проблематичной, а также приводит к потере энергетических ресурсов. На различных участках теплоэнергетических схем ТЭС применяются различные методы борьбы с коррозией.

На энерготехнологических объектах для защиты внутренних поверхностей нагрева от растворенных коррозионно-агрессивных газов (кислорода, сероводорода, углекислоты) в питательной воде барабанных паровых котлов типа ДЕ, использующих в качестве питательной воды пермеат с установкой подготовки попутно-добываемой со сверхвязкой нефтью воды (УППДВ) переменного качества, используются различные химические реагенты.

Из уровня техники известен выбранный в качестве прототипа заявляемого изобретения ингибитор углекислотной коррозии для паро-конденсатных установок, включающий морфолин и циклогексиламин, отличающийся тем, что он дополнительно содержит диметиламиноэтанол при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: морфолин 8-10; циклогексиламин 10-12; диметиламиноэтанол 15-20; вода - остальное, (патент RU 2500835 С1, МПК C23F 11/14, дата публикации: 10.12.2013, далее - [1]).

Недостаток известного из [1] ингибитора коррозии заключается в его относительно невысокой эффективности при его применении в относительно высокой дозировке 20 мг/л, как показывают представленные в [1] экспериментальные данные по применению известного из [1] ингибитора коррозии для образцов из стали Ст20.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности защиты внутренних поверхностей нагрева от растворенных коррозионно-агрессивных газов (кислорода, сероводорода, углекислоты) в питательной воде барабанных паровых котлов типа ДЕ, использующих в качестве питательной воды пермеат с УППДВ переменного качества, а техническим результатом - создание ингибитора коррозии многофункционального действия с комбинациями компонентов, обеспечивающими эффективность ингибирования коррозии углеродистой стали.

Решение указанной задачи путем достижения указанного технического результата обеспечивается тем, что ингибитор коррозии для защиты внутренних поверхностей нагрева от растворенных коррозионно-агрессивных газов в питательной воде барабанных паровых котлов на тепловых электростанциях, содержит следующие компоненты в мас. %:

N,N-диэтилгидроксиламин 10-20;

аминоэтанол 5-10;

гексаметафосфат натрия 7-8;

метасиликат натрия 2-5;

остальное - вода.

Основными компонентами, входящими в состав заявляемого ингибитора коррозии, являются аминосодержащий органический восстановитель (N,N-диэтилгидроксиламин), обладающий свойствами пассиватора и регулятора рН в паровой зоне, а также смесь ингибиторов (аминоэтанол и гексаметафосфат натрия), которые способствуют формированию прочной магнетитовой пленки, предохраняющей от коррозии стальные поверхности элементов оборудования и защищающей таким образом весь пароводяной контур. Кроме того, гексаметафосфат натрия выступает также в роли диспергирующего агента, являясь полимерным веществом неорганического происхождения, эффективно предотвращает процессы образования отложений на теплопередающих поверхностях. Отличительной особенностью предлагаемого реагента является использование трех ингибиторов коррозии и солеотложения разнонаправленного действия. При этом барьерная добавка (метасиликат натрия), усиливает эффективность действия ингибиторов в части создания прочной защитной пленки на поверхности металла.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения и указанным техническим результатом подтверждается приведенными ниже результатами лабораторных испытаний заявляемого ингибитора коррозии.

Осуществление изобретения

Защитную способность заявляемого ингибитора коррозии определяли гравиметрическим способом. Для испытаний использовали индикаторы коррозии, выполненные в виде индикаторных пластин из стали Ст20, и герметически закрывающиеся емкости. Перед испытаниями поверхность индикаторных пластин для определения скорости коррозии, согласно ГОСТ 9.502-82 «Единая система защиты от коррозии и старения. Ингибиторы коррозии металлов для водных систем» ([2]), механически очистили от продуктов коррозии и обезжирили, а также высушили при 105°С до постоянного веса. Испытания проводили, оценивая изменение скорости коррозии индикаторных пластин, выдержанных в среде с разными вариантами состава заявляемого ингибитора коррозии, относительно контрольного образца, выдержанного в среде без реагентов.

Суть эксперимента заключалась в выдерживании при заданных условиях индикаторных пластин в герметично закрытых емкостях, заполненных (без доступа воздуха) питательной водой котла типа ДЕ №4 котельной СВН «Ново-Чегодайская». Предварительно в емкости вводилась расчетная доза ингибитора коррозии, кроме эксперимента с контрольным образцом. Всего было использовано три емкости. Подготовленные и герметизированные емкости с размещенными внутри них индикаторными пластинами прогрели до 60-70°С и поместили в термостат для выдержки при 65°С (соответствует температуре питательной воды). В процессе выдерживания индикаторных пластин содержимое емкостей периодически перемешивали и осматривали. После выдерживания индикаторных пластин в течение 7 суток при 65°С емкости охладили, а индикаторные пластины извлекли из воды. Все варианты составов заявляемого ингибитора коррозии использовались в одинаковой дозировке - 10 мг/л.

Показатели качества использованной для испытаний воды приведены в таблице 1. Варианты составов заявляемого ингибитора коррозии представлены в таблице 2.

Определение антикоррозионных свойств заявляемого ингибитора коррозии проводилось на образцах из углеродистой стали Ст20 в соответствии с [2]. Для расчета скорости коррозии использовали гравиметрический метод анализа. Для получения каждого значения (включая значение для контрольного образца, без добавления ингибитора) скорости коррозии гравиметрическим методом использовали три образца. Скорость коррозии оценивали количественно по глубинному показателю П, мм/год, рассчитанному по формулам:

,

где Δm - убыль массы металла за время испытания; S - общая поверхность испытуемого образца (м²); τ - продолжительность испытания (часы).

Эффективность ингибирования в % рассчитывалась по отношению к контрольному образцу (без применения ингибитора).

Полученные в результате анализа экспериментальных данных результаты по эффективности защиты стали Ст20 от коррозии при дозе реагента 10 мг/л представлены в таблице №3.

Анализ полученных результатов показывает, что заявляемый ингибитор коррозии проявляет высокую эффективность в отношении ингибирования коррозии стали Ст20. При этом скорость коррозии и эффективность ингибирования стали Ст20 менялись незначительно при тестировании всех возможных альтернативных комбинаций перечисленных компонентов 1-го, 2-го и 3-го составов, как это показано в таблице №3, в которой приведены диапазоны значений от наименьших до наибольших скоростей коррозии и эффективности ингибирования, полученных в результате анализа экспериментальных данных для всех альтернативных комбинаций перечисленных компонентов в указанных мас. % содержаниях для 1-го, 2-го и 3-го составов.

По токсикологическим и экологическим характеристикам заявляемый ингибитор коррозии полностью соответствует требованиям законодательных актов РФ. В практических условиях эксплуатации концентрация вводимого в воду реагента должна определяться исходя из качества обрабатываемой воды. Рекомендуемые пределы применяемых концентраций составляют 10-20 мг/л.

Промышленная применимость

Заявляемое изобретение отвечает условию «промышленная применимость». Сущность соответствующего технического решения раскрыта в формуле и описании достаточно ясно, а используемые компоненты химического состава ингибитора коррозии сами по себе известны и доступны для коммерческого приобретения в промышленных масштабах.

Изобретение относится к составам химических средств для ингибирования коррозии и может быть использовано, в частности, на энергетических объектах для защиты внутренних поверхностей нагрева от растворенных коррозионно-агрессивных газов в питательной воде барабанных паровых котлов на тепловых электростанциях. Ингибитор коррозии содержит, мас. %: N,N-диэтилгидроксиламин 10-20; аминоэтанол 5-10; гексаметафосфат натрия 7-8; метасиликат натрия 2-5; остальное вода. Технический результат - создание ингибитора коррозии многофункционального действия с комбинациями компонентов, обеспечивающими эффективность ингибирования коррозии углеродистой стали. 3 табл.

Ингибитор коррозии для защиты внутренних поверхностей нагрева от растворенных коррозионно-агрессивных газов в питательной воде барабанных паровых котлов на тепловых электростанциях, содержащий следующие компоненты в мас. %:

N,N – диэтилгидроксиламин 10-20 Аминоэтанол 5-10 Гексаметафосфат натрия 7-8 Метасиликат натрия 2-5 Остальное вода