Традиционными промывными растворами для удаления коррозионно-накипных отложений со стальной поверхности трубопроводов в системах теплоснабжения являются растворы минеральных кислот (чаще соляной) [1], а также комплексообразующие соединения и органические кислоты, например, сульфаминовая [2]. Используя полезные свойства кислот, следует позаботиться о том, чтобы они по возможности не оказывали коррозионного воздействия на металлическую аппаратуру. Эффективным средством для исключения этого нежелательного явления служит применение различных ингибиторов коррозии [3], механизм действия которых заключается в восстановление ионов водорода, образующихся в основном вследствие диссоциации углекислоты, которая появляется в воде при растворении свободного углекислого газа и способствует тому, что начальная скорость ионизации железа становится пропорциональной концентрации ионов водорода. Большинство эффективных ингибиторов (фосфатов, фосфонатов, нитритов, триполифосфатов и др.) проявляют в нейтральных электролитах защитные свойства благодаря пассивированию поверхности металла, в последнее время широкое применение, как ингибитора, находит силикат натрия, эффективное действие которого зависит от его модуля, используются силикаты натрия с отношением [Na2O]/[SiO2]: метасиликат натрия Na2SiO3 или Na2O. SiO2 (модуль равен 1), Na2Si2O5 или Na2O·2SiO2 (модуль 2), или Na2O·3SiO2 (модуль 3).
Целью исследования является установление эффективности модуля силиката натрия как ингибитора на неактивированных и активированных растворами кислот поверхностях стальных трубок; установление роли процесса активации поверхности стальных трубок различными кислотами с целью подготовки её для обработки выбранным раствором силиката натрия, способным к образованию эффективной защитной пленки с высоким эффектом последействия.
Для контроля массы железа, уходящей с поверхности металлических трубок в раствор, использовали установку с циркуляцией воды (рис. 1).
Рис. 1. Циркуляционная установка для определения количества железа, уходящего с металлической поверхности трубки
Шесть стальных трубок, площадью 0,02 м2, взвешенных на аналитических весах (три активированных кислотой в течение четырех часов, три других неактивированных кислотой), погружались в растворы ингибитора с различным модулем на 12 часов, затем через обработанные ингибитором трубки в циркуляционном режиме пропускалась вода со скоростью циркуляции 0,5 м/с, по массе железа, перешедшей со стальной поверхности трубок в раствор, рассчитывалась скорость коррозии.
В табл. 1 приведены данные показателей скорости коррозии на активированных и неактивированных кислотой стальных трубках, обработанных в растворах ингибитора с различным модулем.
Таблица 1
Показатели скорости коррозии стальной трубки в зависимости от модуля ингибитора
|
Ингибитор, показатель модуля (m) |
Скорость коррозии, г/м2·ч |
|
|
активированная поверхность образца |
неактивированная поверхность образца |
|
|
Na2SiO3, m=1 |
0,078 |
0,100 |
|
Na2SiO3, m=2 |
0,042 |
0,075 |
|
Na2SiO3, m=3 |
0,010 |
0,054 |
Из табличных данных видно снижение скорости коррозии на активированных кислотой образцах, обработанных ингибитором с модулем m=3.
На рис. 2 приведена графическая зависимость скорости коррозии на стальной поверхности трубки от модуля ингибитора.
Как видно из рисунка, наименьшая скорость коррозии наблюдается на активированных кислотой образцах и обработанных ингибитором силикатом натрия с модулем 3 (кривая 1).
Снижение скорости коррозии на активированной поверхности стальной трубки, обработанной ингибитором с модулем m=3 можно объяснить образованием эффективной защитной пленки, сформированной из высокомодульного силиката натрия, механизм формирования такой защитной пленки как-бы разбит на две стадии:
– на первой стадии происходит ионизация железа с образованием гидроксида железа, способного к взаимодействию с силикатом натрия и образованию ферросиликата сложного состава;
– на второй стадии эти ферросиликаты формируют первоначальную ферросиликатную защитную пленку.
Защитные характеристики, вероятно, будут зависеть от времени выдержки образцов в растворе ингибитора
Для последующих исследований, по установлению влияния процесса активации различными кислотами поверхности стальных образцов на скорость коррозии, использовали ингибитор с модулем 3 и различное время выдержки образцов в растворе ингибитора (до 8 суток).
Стальные трубки, площадью 0,02 м2, взвешенные на аналитических весах и подготовленные к исследованию, активировались растворами кислот – соляной, щавелевой, лимонной, сульфаминовой в течение 4-х часов (обычно минимальное время очистки на практике), ополаскивались водой и быстро погружались в раствор силиката натрия при комнатной температуре, Обработанные таким образом трубки вынимались из раствора ингибитора через одни сутки, а каждые последующие через двое суток и затем через эти трубки в циркуляционном режиме пропускалась вода со скоростью циркуляции 0,5 м/с по массе железа, перешедшей со стальной поверхности трубки для каждой выдержки, рассчитывалась скорость коррозии. Данные исследований приведены в табл. 2-5.
При расчете потерь железа с активированных кислотами образцов стальных трубок учитывали, что с массы железной пластинки 780 г. (плотность Fe составляет 7,8 г/см3) уходит в год 100 мкм, тогда, умножив рассчитанную скорость коррозии на 365 суток, получили потери от коррозии в мм/год для каждой из исследованных кислот (п.5, табл. 2-5).
Рис. 2. Зависимость скорости коррозии от модуля ингибитора на активированных (кривая 1) и неактивированных (кривая 2) кислотой стальных образцах
Таблица 2
Показатель скорости коррозии на активированной 5-%-й сульфаминовой кислотой поверхности стальной трубки в зависимости от времени выдержки в растворе ингибитора – силиката натрия с модулем 3
|
Время выдержки в растворе ингибитора, сутки |
Концентрация ингибитора, мг/л |
Масса железа, ушедшая с поверхности при активации, г |
Скорость коррозии, г/м2 ч |
Потери от коррозии на образце, мм/год |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1 |
3000 |
0,0046 |
0,0110 |
0,00500 |
|
2 |
3000 |
0,0051 |
0,0051 |
0,00230 |
|
4 |
3000 |
0,0042 |
0,0021 |
0,00095 |
|
6 |
3000 |
0,0031 |
0,0010 |
0,00045 |
|
8 |
3000 |
0,0028 |
0,0007 |
0,00031 |
Таблица 3
Показатель скорости коррозии на активированной 5-%-й лимонной кислотой поверхности стальной трубки в зависимости от времени выдержки в растворе ингибитора-силиката натрия с модулем 3
|
Время выдержки в растворе ингибитора, сутки |
Концентрация ингибитора, мг/л |
Масса железа, ушедшая с поверхности при активации, г |
Скорость коррозии, г/м2 ч |
Потери от коррозии на образце, мм/год |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1 |
3000 |
0,0199 |
0,0410 |
0,0187 |
|
2 |
3000 |
0,0097 |
0,0100 |
0,0045 |
|
4 |
3000 |
0,0091 |
0,0047 |
0,0021 |
|
6 |
3000 |
0,0086 |
0,0029 |
0,0013 |
|
8 |
3000 |
0,0078 |
0,0020 |
0,0009 |
Таблица 4
Показатель скорости коррозии на активированной 5-%-й щавелевой кислотой поверхности стальной трубки в зависимости от времени выдержки в растворе ингибитора – силиката натрия с модулем 3
|
Время выдержки в растворе ингибитора, сутки |
Концентрация ингибитора, мг/л |
Масса железа, ушедшая с поверхности при активации, г |
Скорость коррозии, г/м2 ч |
Потери от коррозии на образце, мм/год |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1 |
3000 |
0,0078 |
0,0162 |
0,0070 |
|
2 |
3000 |
0,0076 |
0,0079 |
0,0036 |
|
4 |
3000 |
0,0072 |
0,0037 |
0,0016 |
|
6 |
3000 |
0,0065 |
0,0022 |
0,0010 |
|
8 |
3000 |
0,0040 |
0,0010 |
0,0004 |
Таблица 5
Показатель скорости коррозии на активированной 5-%-й соляной кислотой поверхности стальной трубки в зависимости от времени выдержки в растворе ингибитора-силиката натрия с модулем 3
|
Время выдержки в растворе ингибитора, сутки |
Концентрация ингибитора, мг/л |
Масса железа, ушедшая с поверхности при активации, г |
Скорость коррозии, г/м2 ч |
Потери от коррозии на образце, мм/год |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1 |
3000 |
0,024 |
0,0510 |
0,0230 |
|
2 |
3000 |
0,034 |
0,0360 |
0,0160 |
|
4 |
3000 |
0,017 |
0,0091 |
0,0042 |
|
6 |
3000 |
0,016 |
0,0056 |
0,0026 |
|
8 |
3000 |
0,015 |
0,0041 |
0,0019 |
Рис. 3. Зависимость скорости коррозии от времени выдержки в растворе ингибитора образцов, активированных различными кислотами: сульфаминовая (кривая 1), щавелевая (кривая 2), лимонная (кривая 3), соляная (кривая 4)
При анализе и сравнении показателей скорости коррозии и показателей потерь железа в мм/год на образцах, активированных различными кислотами и обработанных ингибитором с различным временем выдержки образцов в растворе ингибитора (табл. 2 и 5) установили, что: наибольшая скорость коррозии и наибольшие потери от коррозии наблюдаются на образцах, активированных соляной кислотой, а наименьшие – на образцах, активированных сульфаминовой кислотой (потерь железа с поверхности стальной трубки меньше в 6 раз, а скорость коррозии ниже в 5,8 раз). Показатели скорости коррозии и потери от коррозии в мм/год на образцах, активированных лимонной и щавелевой кислотами (табл. 2 и 3), имеют значения близкие к показателям скорости коррозии на образцах, обработанных сульфаминовой кислотой.
На рис. 3 приведена графическая зависимость скорости коррозии стальных образцов, активированных различными кислотами от времени выдержки в растворе ингибитора.
Как видно из кривых рисунка, скорость коррозии на стальных образцах, активированных сульфаминовой кислотой и обработанных в растворе ингибитора заметно ниже, чем на образцах, активированных другими кислотами (кривая 1).
Выводы
1. Установлены оптимальные условия и режимы процесса активации металлической поверхности кислотами.
2. Произведен выбор кислоты для активации поверхности образцов.
3. Проведены исследования сравнения показателей скорости коррозии на неактивированных и активированных поверхностях стальных образцов
4. Установлен оптимальный показатель модуля ингибитора для дальнейших исследований.