Ингибитор коррозии для обработки внутренних поверхностей труб горячего водоснабжения Российский патент 2022 года по МПК C23F11/167 C23F14/02 

Область техники

Изобретение относится к составам химических средств для ингибирования коррозии и солеотложения (накипеобразования) и может быть использовано, в частности, в системах труб горячего водоснабжения (ГВС) тепловых электростанций (ТЭС).

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.

Технологическое оборудование различных объектов энергетики эксплуатируется при опасных коррозионных условиях: при высокой температуре и давлении пара. Некоторые узлы ТЭС 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 энергетических объектах для труб ГВС с высокими антинакипными и антикоррозионными свойствами для поддержания нормируемых пределов по накипеобразованию и коррозионным потерям используются химические реагенты для обработки их внутренних поверхностей.

Из уровня техники известен выбранный в качестве прототипа заявляемого изобретения ингибитор коррозии металлов на основе органических соединений фосфора, представляющий собой N-гетероциклическую алкилфосфоновую кислоту формулы HtC(R₁R₂)P(O)(OH)₂, где Ht - гетероциклический фрагмент с атомом азота в кольце - пирролидин или морфолин, R₁ и R₂ - атомы водорода, либо алкильные радикалы СН₃, либо СН₃ и С₂Н₅ (патент RU 2430997 С2, МПК C23F 11/167, дата публикации: 27.03.2011, далее - [1]).

Недостаток известного из [1] ингибитора коррозии заключается в том, что его использование направлено прежде всего на защиту металла от локальной (питтинговой) коррозии, и в значительно меньшей степени от общей коррозии, 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 труб ГВС от коррозии и накипеобразования со стороны водной среды, а техническим результатом - создание ингибитора коррозии многофункционального действия с комбинациями компонентов, обеспечивающими эффективность ингибирования коррозии углеродистой стали, а также предотвращение накипеобразования.

Решение указанной задачи путем достижения указанного технического результата обеспечивается тем, что ингибитор коррозии и накипеобразования для использования в системах труб горячего водоснабжения тепловых электростанций содержит следующие компоненты в мас. %:

полиметакрилат натрия 3-7; аминосульфоновая кислота 9-15; метафосфат натрия 1.0-1.5; метасиликат динатрия 0.03-0.1; остальное вода.

Отличительной особенностью предлагаемого ингибитора коррозии и накипеобразования является полностью безопасный для здоровья человека состав, что позволяет использовать его в открытых системах, при сохранении высокой эффективности в части защиты от коррозии и накипеобразования открытых и закрытых теплосетей и систем горячего водоснабжения. Заявляемый ингибитор коррозии совместим со всеми типами металлов и проявляет в отношении разных сплавов одинаковую эффективность защиты. Основными компонентами, входящими в состав ингибитора, являются полимер (полиметакрилат натрия) с высокими диспергирующими свойствами, предотвращающий процессы образования отложений на теплопередающих поверхностях без искусственного увеличения солесодержания, а также эффективный комплексообразователь (аминосульфоновая кислота), способствующий разрыхлению и удалению солевых отложений на поверхностях нагрева в сочетании с оказываемым стабилизирующим действием. Сочетание указанных компонентов с метафосфатом натрия способствует созданию на поверхности металла защитной пленки, предотвращающей развитие на ней коррозионных процессов. Входящий в микродозах в состав реагента метасиликат динатрия выступает в роли барьерного активатора, что усиливает получаемый защитный эффект.

При применении заявляемого ингибитора коррозии и накипеобразования в водогрейном оборудовании, в трубопроводах системы водоснабжения и теплосетей с закрытым и открытым водоразбором, в дозе до 20 мг/л остаточные уровни каждого из компонентов, входящего в состав реагента значительно ниже допустимых норм, отраженных в СанПиН 1.2.3685-21 "Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания" («Предельно допустимые концентрации (ПДК) и ориентировочные допустимые уровни (ОДУ) химических веществ в воде питьевой систем централизованного, в том числе горячего, и нецентрализованного водоснабжения, воде подземных и поверхностных водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, воде плавательных бассейнов, аквапарков») ([2]).

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

Осуществление изобретения

При выборе способа проведения испытаний заявляемого ингибитора коррозии и накипеобразования учитывали реальные условия работы теплосети (контура ГВС) квартальной котельной №6 АО «Альметьевские теплосети» (РТ, г. Альметьевск), а именно: отсутствие деаэрации, химический состав подпиточной воды (таблица 1), температура теплоносителя в контуре - 60-75°С, расход воды - 3,5 м³/ч.

Для создания условий, максимально приближенных к условиям работы труб ГВС, использовали стенд, моделирующий работу оборотного цикла, в который устанавливались индикаторы коррозии, выполненные из стали Ст20. Поддержание заданной температуры осуществлялось при помощи электрического нагревателя, а регулирование скорости потока - перекачивающим насосом регулируемой мощности.

Качество подпиточной и оборотной (сетевой) воды поддерживалось в диапазоне, соответствующем среднегодовым значениям для блока ГВС, указанным в таблице 1. Испытания проводились при температуре 60-75°С, расходе воды - 3,5 м³/ч, в течение 15 дней для каждого состава при различных комбинациях процентного содержания его компонентов. Варианты составов ингибитора коррозии и накипеобразования представлены в таблице 2.

Определение антикоррозионных свойств заявленного ингибитора коррозии и накипеобразования проводилось на образцах из углеродистой стали Ст20 в соответствии с ГОСТ 9.502-82 ([3]). Для расчета скорости коррозии использовали гравиметрический метод анализа. Подготовку образцов до испытаний и обработку их после испытаний проводят согласно ГОСТ 9-905-82 ([4]). Для получения каждого значения (включая контрольный, 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).

Скорость накипеобразования (скорость образования отложений в единицу времени), г/(м²-ч) рассчитывается по формуле:

где Δm - прибыль массы (колличество отложений), S - площадь поверхности 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 и накипеобразования при дозе реагента 20 мг/л представлены в таблице 3.

Анализ полученных результатов показывает, что заявляемый ингибитор коррозии и накипеобразования проявляет высокую эффективность в отношении накипеобразования и ингибирования коррозии стали Ст20. При этом скорость коррозии, скорость накипеобразования 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, скоростей накипеобразования 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 и накипеобразования 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 накипеобразования и может быть использовано, в частности, в системах труб горячего водоснабжения тепловых электростанций. Ингибитор содержит следующие компоненты в мас.%: полиметакрилат натрия 3-7; аминосульфоновая кислота 9-15; метафосфат натрия 1,0-1,5; метасиликат динатрия 0,03-0,1; остальное - вода. Технический результат - создание ингибитора коррозии многофункционального действия с комбинациями компонентов, обеспечивающими эффективность ингибирования коррозии углеродистой стали, а также предотвращение накипеобразования. 3 табл.

Ингибитор коррозии и накипеобразования для использования в системах труб горячего водоснабжения тепловых электростанций, содержащий следующие компоненты в мас.%:

полиметакрилат натрия 3-7 аминосульфоновая кислота 9-15 метафосфат натрия 1,0-1,5 метасиликат динатрия 0,03-0,1 остальное вода