|
(21), (22) Заявка: 2007129226/15, 30.07.2007
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
30.07.2007
(46) Опубликовано: 27.11.2008
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске:
RU 2100294 C1, 27.12.1997. RU 2158714 C1, 10.11.2000. RU 2181702 С1, 27.04.2002. RU 2202587 C1, 20.04.2003. US 7115201 B2, 03.10.2006. US 6162391 A, 19.12.2000. CA 2374603 A1, 21.12.2000.
Адрес для переписки:
650026, г.Кемерово, ул. Весенняя, 28, Кузбасский государственный технический университет, информационно-патентный отдел
|
(72) Автор(ы):
Ушаков Геннадий Викторович (RU), Строкольская Галина Ильинична (RU), Бойкова Наталья Федоровна (RU), Ушаков Андрей Геннадьевич (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Кузбасский государственный технический университет” (ГУ КузГТУ) (RU)
|
(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ВОДООБОРОТНЫХ СИСТЕМ ОТ КОРРОЗИИ И СОЛЕОТЛОЖЕНИЙ
(57) Реферат:
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.
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:
рН |
7,8 |
Щелочность, мг·экв/л |
2,0 |
Жесткость, мг·экв/л |
3,3 |
Солесодержание, мг/л |
600 |
Хлориды, мг/л |
245 |
Сульфаты, мг/л |
26,4 |
ХПК, мгО2/л |
10,5 |
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 образцов |
Номер опыта |
Концентрация, мг/л: |
Скорость коррозии, г/(м2·ч) |
Вид коррозии |
ОЭДФЦ |
ОМЭД |
Zn2+ |
1 |
0 |
0 |
0 |
0,91 |
Язвенная |
2 |
0,1 |
0 |
0 |
0,62 |
Язвенно-точечная |
3 |
5,0 |
0 |
0 |
0,43 |
Язвенно-точечная |
4 |
10,0 |
0 |
0 |
0,09 |
Язвенно-точечная |
5 |
0 |
0,1 |
0 |
0,26 |
Точечная |
6 |
0 |
5,0 |
0 |
0,67 |
Язвенно-точечная |
7 |
0 |
10,0 |
0 |
0,81 |
Язвенно-точечная |
8 |
0 |
0,1 |
0,5 |
0,05 |
Язвенная |
9 |
0 |
5,0 |
0,5 |
0,06 |
Язвенная |
10 |
0 |
10,0 |
0,5 |
0,07 |
Язвенная |
11 |
0 |
0,1 |
3,0 |
0,03 |
Язвенная |
12 |
0 |
5,0 |
3,0 |
0,05 |
Язвенная |
13 |
0 |
10,0 |
3,0 |
0,04 |
Язвенная |
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 m – масса отложений на контрольном образце в холостом опыте без обработки оборотной воды ингибитором, г; mi – 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 |
№ опыта |
Концентрация в оборотной воде, мг/л |
Эффективность снижения солеотложений, % |
ОЭДФЦ |
ОМЭД |
Zn2+ |
1 |
3 |
0 |
0 |
83,9 |
2 |
5 |
0 |
0 |
88,7 |
3 |
10 |
0 |
0 |
96,5 |
4 |
0 |
1 |
1 |
90,2 |
5 |
0 |
5 |
1 |
95,1 |
6 |
0 |
10 |
1 |
99,5 |
7 |
0 |
1 |
3 |
90,8 |
8 |
0 |
5 |
3 |
96,6 |
9 |
0 |
10 |
3 |
99,6 |
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.
Формула изобретения
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

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в оборотную воду дополнительно вводят неорганическую соль цинка.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что концентрация аммониевой соли 1-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+).
|
|