Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

РОЛЬ ПРОЦЕССА АКТИВАЦИИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ РАЗЛИЧНЫМИ КИСЛОТАМИ С ЦЕЛЬЮ СОЗДАНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ЗАЩИТНОЙ ПЛЕНКИ

Высоцкая Н.А. 1 Кабылбекова Б.Н. 1 Анарбаев А.А. 1 Спабекова Р.С. 1 Тастанбеков Б. 1
1 ЮКГУ «Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауэзова»
Проведены исследования по установлению оптимального режима активации поверхности стальных образцов минеральными и органическими кислотами с последующей обработкой поверхности образцов раствором ингибитора – силиката натрия (модуль 3) в течение различного времени обработки (от 1 до 10 суток) с целью создания эффективной защитной пленки и снижения скорости коррозии за счет высокого эффекта последействия созданной пленки.
активация поверхности
защитная пленка
эффект последействия
1. Акользин П.А. Предупреждение коррозии оборудования технического водо- и теплоснабжения. – М.: Металлургия, 1988. – 94 с.
2. Маргулова Т.Х., Мартынова О.И. Водные режимы тепловых и атомных электростанций. – М.: Высшая школа, 1987. – С.295–297.
3. Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии. – М.: Химия, 1977. – 349 с.

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).

vis1.tif

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).

vis2.tif

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

vis3.tif

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.


Библиографическая ссылка

Высоцкая Н.А., Кабылбекова Б.Н., Анарбаев А.А., Спабекова Р.С., Тастанбеков Б. РОЛЬ ПРОЦЕССА АКТИВАЦИИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ РАЗЛИЧНЫМИ КИСЛОТАМИ С ЦЕЛЬЮ СОЗДАНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ЗАЩИТНОЙ ПЛЕНКИ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 6-1. – С. 8-12;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=6832 (дата обращения: 19.04.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074