Состав для защиты от коррозии и биообрастания

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано в системах оборотного водоснабжения, на тепловых станциях и нефтехимических установках. Состав содержит, мг/л: фосфат полигексаметиленгуанидина 3-12, 1-гидроксиэтилендифосфоновую кислоту 3-12, воду - остальное. Технический результат: уменьшение образования наростов на теплообменной поверхности труб.

 

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано в системах оборотного водоснабжения, на тепловых станциях и нефтехимических установках.

В качестве ингибитора коррозии используют нитрат натрия, хроматы и бихроматы, бензоаты, силикаты, бораты, вольфраматы и другие соли щелочных, щелочноземельных или переходных металлов (Коррозия под действием теплоносителей, хладагентов и рабочих тел. Справочное руководство. Л.: Химия, 1988, с.82-98).

Однако эти соли оказывают ингибирующее действие только при определенных значениях концентрации, некоторые из них высокотоксичны, дороги, не оказывают угнетающего действия на процессы биообрастания. Смеси этих солей оказывают больший антикоррозирующий эффект, но также обладают недостатками индивидуальных солей.

Широкое распространение для борьбы с коррозией получили органические амины, органилфосфоновые кислоты и их производные, содержащие азотные и кислородные функциональные группы. Однако эти соединения, как правило, труднодоступны, дороги, для некоторых из них требуется длительная предварительная обработка до начала ингибирующего действия. Кроме того, большинство из этих соединений не только не препятствуют биообрастаниям, но и способствуют их развитию, являясь в то же время токсичными веществами для высших животных и человека (Д.С.Робинсон. Ингибиторы коррозии. Москва: Металлургия. 1983, 272 с.).

Известно техническое решение, в котором в качестве ингибитора коррозии используют триполифосфат натрия Na₃P₃O₁₀ (или фосфат и гексаметафосфат натрия) (П.А.Акользин. Предупреждение коррозии оборудования технического водо- и теплоснабжения. М.: Металлургия, 1988, с.50-51). Однако ингибиторы этой группы малоэффективны в растворах хлоридов и в статических условиях. Кроме того, фосфаты относятся к биогенным веществам и оказывают благоприятное воздействие появлению биообрастаний.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является применение в качестве ингибитора коррозии для систем оборотного водоснабжения фосфата полигексаметиленгуанидина (ПГМГ) (Патент РФ №2077169, кл. С 23 F 11/00, БИ №14, 1996 г.).

Однако известный состав не в полной мере предотвращает инкрустацию теплообменных поверхностей солями кальция при повышенных температурах.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением - уменьшение образования наростов на теплообменной поверхности труб.

Для достижения поставленной цели состав для защиты от коррозии, включающий фосфат ПГМГ и воду, дополнительно содержит 1-гидроксиэтилендифосфоновую кислоту при следующем соотношении компонентов, мг/л:

фосфат ПГМГ	3-12
1-гидроксиэтилендифосфоновая кислота	3-12
вода	остальное

Фосфат ПГМГ имеет следующую структуру:

n=5-120

Фосфат ПГМГ применяется в виде водного раствора в качестве эффективного фунгицида и антисептика, как флокулянт для очистки оборотных сточных вод, как адгезионная добавка в композиционных материалах, как аппрет при отделке шерсти и для замены цианида натрия в гальванотехнике (Химическая энциклопедия. Т.З. М.: Издательство "Большая Российская энциклопедия", 1992, с.1239).

При введении фосфата ПГМГ в состав эффективное ингибирующее воздействие наблюдается при концентрации 3-12 мг/л (по PO₄ ^3-) фосфатов-анионов (25-50 мг/л полимера).

Использование фосфата ПГМГ в концентрации ниже указанного предела дает существенно меньший ингибирующий эффект, а использование концентрации выше 12 мг/л (по PO₄ ^3-) хотя и дает увеличение ингибирующего действия, но незначительное, что является нецелесообразным с точки зрения экономии реагента.

1-гидроксиэтилендифосфоновая кислота является антикальцифицирующим средством и совместно с фосфатом ПГМГ образует синергетический комплекс, не позволяющий сорбироваться кальцию на стенках труб.

1-гидроксиэтиленфосфоновая кислота обладает выраженной антикальцифицирующей активностью при содержании в составе 3-12 мг/л.

При ее содержании в составе менее 3 мг/л наблюдается образование отложений на стенках трубы.

При содержании 1-гидроксиэтилендифосфоновой кислоты в составе более 12 мг/л не наблюдается значительного увеличения антикальцифицирующих свойств и ведет к удорожанию состава.

При взаимодействии фосфата ПГМГ и 1-гидроксиэтилендифосфоновой кислоты образуется синергетическая смесь, которая обладает фунгицидным и антисептическим действием, одновременно с ингибированием проявляет биоцидное действие и препятствует биообрастанию, предотвращает инкрустацию теплообменных поверхностей солями кальция.

Ингибирующее действие этой синергетической смеси наблюдается во всем интервале концентраций, то есть не происходит усиление коррозии при ее низких и высоких концентрациях. Это относится как к жесткой воде, так и к воде, содержащей ионы хлора.

Синергетическая смесь фосфата ПГМГ и 1-гидроксиэтилендифосфоновой кислоты является малотоксичным веществом по отношению к высшим животным и человеку (ЛД₅₀ 2500 мг/кг для мышей и крыс перорально).

Пример №1

Для испытаний была использована водопроводная вода, упаренная в 4 раза. Начальное солесодержание 0,150-0,200 г/л, содержание ионов Са²⁺ 25-40 мг/л. В качестве образцов служили пластинки из Ст.10 (74×20×4,7 мм), отшлифованные и обезжиренные с помощью толуола и этанола. Пластинки помещали в исследуемый раствор и выдерживали в нем при температуре 40-42°С в течение 30 сут при непрерывной продувке воздухом. Скорость коррозии рассчитывали по убыли веса пластинки после опыта и пересчитывали в мм/год. В отсутствии ингибитора скорость коррозии составила 0,41 мм/год.

При добавлении в раствор фосфата ПГМГ в количестве 10 мг/л (по PO₄ ^3-) и 13 мг/л 1-гидроксиэтилендифосфоновой кислоты скорость коррозии составила 0,05 мм/год.

Пример №2

В условиях примера №1, но при концентрации фосфата ПГМГ 5 мг/л (по PO₄ ^3-) и 1-гидроксиэтилендифосфоновой кислоты 10 мг/л скорость коррозии составила 0,05 мм/год.

Пример №3

В условиях примера №1, но при концентрации фосфата ПГМГ 8 мг/л (по РО₄ ^3-) и 1-гидроксиэтилендифосфоновой кислоты 8 мг/л скорость коррозии составила 0,06 мм/год.

Пример №4

В условиях примера №1, но при концентрации фосфата ПГМГ 12 мг/л (по РО₄ ^3-) и 1-гидроксиэтилендифосфоновой кислоты 12 мг/л скорость коррозии составила 0,04 мм/год.

Пример №5

В условиях примера №1, но при концентрации фосфата ПГМГ 3 мг/л (по PO₄ ^3-) и 1-гидроксиэтилендифосфоновой кислоты 3 мг/л скорость коррозии составила 0,08 мм/год.

Полученный антикоррозионный эффект подтвержден коррозионно-электрохимическими исследованиями методом хроно-вольт-амперометрии на потенциостате ПИ-50-1М с программатором ПР-8, самописцем ЛКД-004 и электрохимической ячейкой ЯЭС-2 с хлорсеребряным электродом сравнения и платиновым вспомогательным электродом. В качестве образцов использовали лопаточные электроды с поверхностью 1 см² из Ст.10. Подготовка образцов аналогична описанной в примере 1.

Введение в исследуемые растворы фосфата ПГМГ и 1-гидроксиэтилендифосфоновой кислоты показывает на преимущественное торможение парциального катодного процесса, а также увеличение анодной поляризации, что способствует увеличению поляризационного сопротивления на порядок. Исходя из этих данных, синергетическую смесь фосфата и 1-гидроксиэтилендифосфоновую кислоты можно классифицировать как пленкообразующий ингибитор смешанного анодно-катодного типа. Его защитное действие усиливается в присутствии ионов Са²⁺ и проявляется при содержании ионов Cl до 1 г/л.

Состав для защиты от коррозии и биообрастания, включающий фосфат полигексаметиленгуанидина и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 1-гидроксиэтилендифосфоновую кислоту при следующем соотношении компонентов, мг/л:

Фосфат полигексаметиленгуанидина	3-12
1-гидроксиэтилендифосфоновая кислота	3-12
Вода	Остальное