Способ удаления с металлических поверхностей из углеродистых нелегированных сталей накипно-коррозионных отложений



Способ удаления с металлических поверхностей из углеродистых нелегированных сталей накипно-коррозионных отложений
Способ удаления с металлических поверхностей из углеродистых нелегированных сталей накипно-коррозионных отложений
Способ удаления с металлических поверхностей из углеродистых нелегированных сталей накипно-коррозионных отложений
Способ удаления с металлических поверхностей из углеродистых нелегированных сталей накипно-коррозионных отложений

 


Владельцы патента RU 2581347:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" (RU)

Изобретение относится к области химической обработки металлов и может быть использовано для очистки металлических изделий разнообразной конфигурации, преимущественно, для осуществления очистных промывочных операций при ремонте или эксплуатации теплоэнергетического оборудования. Способ включает травление отложений очищающим раствором, имеющим pH 4-5 и содержащим г/л: 10-15 хлороводородной кислоты, 10-15 ортофосфорной кислоты, не менее 3-5 комплексона в виде этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) или 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФ), 0,5-1 ПКУ - продукта конденсации уротропина и этаноламина с хлористым бензином, 0,4-1 ализаринового масла, и остальное - вода. Изобретение обеспечивает эффективное удаление отложений с металлической поверхности и неизменность изначальных физико-химических свойств металлической поверхности, а также снижение коррозионных потерь и повышение экологической безопасности обработки. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области химической обработки металлов, в частности к способу очистки металлических поверхностей изделий из углеродистых нелегированных сталей от карбонатных и железооксидных отложений, предназначено преимущественно для осуществления очистных промывочных операций при ремонтах и/или в процессе эксплуатации теплоэнергетического оборудования, например, паровых и водогрейных котлов, теплообменных аппаратов, сильно загрязненных систем отопления, и может быть использовано также для очистки других металлических изделий разнообразной конфигурации.

Известен способ удаления накипно-коррозионных отложений при очистке теплоэнергетического оборудования (RU 2218533 С2, 2001 г.), основанный на последовательном применении сначала отработанных слабокислотных растворов с периодической подпиткой острой соляной кислотой при концентрации 20-28% с ингибиторами, затем водных 5-8% растворов щелочи с температурой 50-80°C. Способ предусматривает проведение отмывки очищаемой поверхности горячей средой с температурой 50-70°C до и после пассивации, осуществляемой 1% раствором соды или 2% раствором аммиака. Недостаток такого способа заключается в применении растворов соляной кислоты высокой концентрации и многостадийность процесса очистки, вызванная необходимостью нейтрализации отмывочного раствора, пассивации поверхности и промывки оборудования.

Известен способ удаления накипных отложений из теплообменного оборудования - системы водяного охлаждения тепловоза (RU 2449234 С2, 2010 г.), при котором сначала проводят тепловизионное обследование внутренних поверхностей системы, после чего выдерживают ее сначала под раствором 4% соляной кислоты, 1,5% уротропина, 0,5% силиката магния в течение часа с осуществлением многократной циркуляции раствора внутри системы, а после проведения промывки системы водой и нейтрализации остаточного раствора также в течение часа систему выдерживают под раствором (pH 2-3), содержащим 8,8% ортофосфорной кислоты, обеспечивая многократную циркуляцию раствора и завершая процесс очистки системы ее промывкой и нейтрализацией остаточного раствора. Этот способ характеризуется многостадийностью процесса и длительностью протяженности по времени, обусловленных использованием высокоагрессивных реакционных сред, и требует значительных экономических затрат, вследствие чего имеет ограниченную область применения.

Известны способы очистки металлических поверхностей от накипно-коррозионных отложений, в которых недостатки выше приведенных аналогов устранены за счет снижения концентрации минеральных кислот и повышения pH раствора введением в очищающий раствор комплексонов.

Так известен способ очистки внутренних поверхностей холодильников доменных печей от накипно-коррозионных отложений (RU 2154109 С1, 1999 г.), когда внутри очищаемого изделия прокачивают в течение 1-3 часов водный раствор, содержащий комплексон 24-26 кг/м3, аскорбиновую кислоту 1-3 кг/м3 и натриевые соли сульфосалициловой кислоты 1-44 кг/м3. Слив отработанного раствора в этом способе не требует дополнительной очистки и химической обработки, однако использование высоких концентраций дорогостоящих компонентов: комплексонов и натриевых солей сульфосалициловой кислоты следует отнести к недостатку этого аналога.

Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является способ очистки металлических поверхностей от накипно-коррозионных отложений, включающий травление отложений очищающим водным раствором, содержащем комплексон ОЭДФ, реакционную смесь с хлорводородной и щавелевой кислотами и этиленгликоль, при постоянных pH и температуре, и последующую промывку поверхности проточной водой (RU 2507312 С1, 2012 г.), при котором травление отложений ведут при температуре 50-80°C и pH 2-3 очищающего раствора, имеющего следующее соотношение компонентов: этиленгликоль 90-150 г/л, хлороводородная кислота 15-25 г/л, 1-гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ) 10-15 г/л, щавелевая кислота 15-25 г/л.

К недостаткам прототипа следует отнести повышенное содержание в составе очищающего раствора в качестве ПАВ токсичного вещества этиленгликоля в количествах, не допускающих возможность слива отработанного раствора без дополнительной очистки и химической обработки в канализацию. Кроме того, при длительном хранении отработанного раствора, содержащего соляную кислоту и этиленгликоль, неизбежно формирование полимерных смол, ухудшающих в дальнейшем качество очистки.

Задача, решаемая изобретением, направлена на устранение недостатков прототипа и разработку экологически безопасного способа удаления с металлических поверхностей из углеродистых нелегированных сталей накипно-коррозионных отложений, который позволит отказаться от больших количеств токсичного этиленгликоля с использованием в качестве ПАВ малоопасного ализаринового масла в минимальных количествах без потери эффективности, при появлении возможности слива отработанного раствора в канализацию.

Технический результат, получаемый при реализации изобретения, заключается в повышении экологической безопасности при сохранении эффективности удаления отложений без увеличения числа стадий проведения процесса очистки и экономических затрат на его осуществление.

Для достижения технического результата в способе удаления с металлических поверхностей из углеродистых нелегированных сталей накипно-коррозионных отложений на основе карбонатов кальция, железа, магния, оксидов и гидроксидов железа, включающем травление отложений очищающим раствором, содержащим комплексон и смесь кислот, содержащую хлороводородную кислоту, при постоянных pH и температуре, и последующую промывку поверхности проточной водой, согласно изобретению травление осуществляют в растворе, содержащем дополнительно ингибиторы кислотной коррозии: ПКУ - продукт конденсации уротропина и этаноламина с хлористым бензином - и ализариновое масло в слабокислой среде и ортофосфорную кислоту в смеси кислот и имеющем pH 4-5, при этом компоненты раствора берут при следующем соотношении, г/л:

хлороводородная кислота 10-15
ортофосфорная кислота 10-15
комплексон не менее 3-5
в виде этилендиаминтетрауксусной
кислоты (ЭДТА) или
1-гидроксиэтилидендифосфоновой
кислоты (ОЭДФ)
ПКУ 0,5-1
ализариновое масло 0,4-1
вода остальное

В частных случаях реализации изобретения травление проводят в ванне при перемешивании очищающего раствора или при прокачивании очищающего раствора внутри промывочного контура.

Использование в основе очищающего раствора реактивной смеси из соляной и ортофосфорной кислот способствует достижению эффективности удаления отложений, поскольку, как известно, скорость растворения отложений на поверхности углеродистых нелегированных сталей зависит от концентрации ионов водорода раствора, а присутствие в растворе комплексона (ЭДТА или ОЭДФ) вследствие образования растворимых хелатных комплексов состава CaHY- и CaHYo на поверхности стали позволяет сохранить достигаемый уровень эффективности удаления отложений в менее агрессивных условиях (при pH 4-5), благоприятных для проявления таких свойств ализаринового масла, как улучшение смачиваемости поверхности отложений и уменьшение поверхностного натяжения. Ализариновое масло к тому же оказывает ингибирующее действие на скорость коррозии углеродистых нелегированных сталей.

Известно, что в результате удаления отложений травлением очищающим раствором с использованием минеральных кислот и комплексонов, получается ювинильная стальная поверхность, которая обладает пониженной устойчивостью к действию агрессивных сред и подвержена разрушению. В предлагаемом способе для увеличения коррозионной стойкости поверхности в состав композиции введен в качестве ингибитора кислотной коррозии продукт конденсации уротропина и этаноламина с хлористым бензином - ПКУ, который даже в незначительных количествах (до 1%) создает блокировочный механизм и препятствует контакту ионов водорода с поверхностью стали.

Выбранный оптимальный диапазон рабочих температур 50-80°C благоприятствует протеканию этого процесса, т.к. процесс идет в кинетической области (энергия активации 70 кДж/моль). Дальнейшее повышение температуры нецелесообразно по причине увеличения себестоимости процесса.

Благодаря присутствию в композиции очищающего раствора ортофосфорной кислоты в предлагаемом способе наряду с удалением карбонатных отложений происходит и фосфатирование поверхности за счет образования пленки Ca3(PO4)2.

Пояснению сущности способа служат прилагаемые графики, где: на фиг. 1 представлен график зависимости логарифма скорости растворения кальцита от pH; на фиг. 2 - график зависимости скорости потери массы стали 10 от концентрации ЭДТА и ПКУ при pH 5; на фиг. 3 - график, иллюстрирующий влияние концентрации ализаринового масла на скорость коррозии стали 10, в дистиллированной воде; на фиг. 4 - график, иллюстрирующий влияние pH на скорость коррозии стали 10 в растворе, содержащем ализариновое масло; на фиг. 5 - изотерма поверхностного натяжения ализаринового масла.

Для осуществления способа с помощью технологического оборудования в резервуар (ванну) или внутрь очищаемого контура изделия подают отмывочную композицию при строгом соотношении реагентов, pH, температурном режиме для поддержания существования автокаталитических комплексонатных форм кальция (CaHY-, CaHYo), с возможностью принудительной прокачки, перемешивания (или без него) подаваемого раствора. Для обеспечения эффективного воздействия процесса травления отложений на основе карбонатов кальция, железа, магния, оксидов и гидроксидов железа, исходя из толщины отложений на очищаемой поверхности и в зависимости от вида отложений, назначают следующие конкретные параметры процесса из предусмотренных диапазонов:

- время травления - в течение 60 минут;

- pH раствора 4-5;

- температура раствора - 50-80°C;

- массовое соотношение реагентов, г/л:

хлороводородная кислота 10-15
ортофосфорная кислота 10-15
комплексон не менее 3-5
в виде этилендиаминтетрауксусной (ЭДТА) или
1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФ)
ПКУ 0,5-1
ализариновое масло 0,4-1
вода остальное

при соотношении (HCl:H3PO4) 1:1 по массе.

По окончанию процесса травления очищаемую поверхность промывают проточной водой.

В ходе проведенных исследований была проведена отмывка от накипно-коррозионных отложений конкретного изделия из стали 10. Травление было проведено при погружении изделия в ванну с очищающим раствором, содержащим 10 г/л хлороводородной и 10 г/л ортофосфорной кислот, 3 г/л ЭДТА, 0,5 г/л ПКУ, 0,4 ализаринового масла, при pH 4-5 и температуре 70°C и постоянном перемешивании раствора в течение часа.

В результате очищаемая стальная поверхность, подвергнутая воздействию указанной отмывочной композиции, после полного удаления отложений не изменила своих физико-химических параметров при одновременном повышении защитных свойств.

Установлено, что значение массового показателя коррозии стали ст. 10 при 70°C в приведенном выше растворе составило 1 г/м2ч. Без применения ПКУ и ализаринового масла значение скорости коррозии увеличивается до 25 г/м2ч.

Из графика (фиг. 1) следует, что интенсивное растворение кальцита (основного компонента отложений в теплоэнергетическом оборудовании) происходит в кислой среде. Использование комплексонов, в частности ЭДТА, позволяет также эффективно осуществлять процесс растворения в более щадящих условиях (pH 4-5).

Из графика (фиг. 2) следует, что добавки ингибитора кислотной коррозии ПКУ снижают величину скорости потери массы при коррозии в смеси соляной и фосфорной кислот, содержащей комплексоны.

Из графика (фиг. 3) видно, что с увеличением концентрации ализаринового масла скорость коррозии стали 10 резко снижается. Минимальная защитная концентрация для ализаринового масла составляет 0,4 г/л.

Ализариновое масло как эффективный ингибитор коррозии действует только в слабокислых, слабощелочных и нейтральных средах. Как известно, снижение pH, приводящее к образованию гидролизной формы ализаринового масла, уменьшает содержание исходной формы в растворе, что приводит к резкому возрастанию скорости коррозии.

Изменение защитного действия ализаринового масла в зависимости от pH представлено на графике (фиг. 4). Из графика видно, что ализариновое масло снижает скорость коррозии в интервале pH 4-5.

Из графика (фиг. 5) видно, что поверхностное натяжение при увеличении концентрации ализаринового масла снижается: при его концентрации от 0,4 г/л до 0.5 г/л наблюдается резкое уменьшение поверхностного натяжения с ростом концентрации ПАВ. Затем при концентрации масла от 0.5 г/л до 1 г/л наблюдается плавное снижение поверхностного натяжения, а начиная с концентрации 1 г/л, прибавление ПАВ изменяет поверхностное натяжение незначительно.

Отличительными особенностями способа, обеспечиваемыми наличием комплексонов, ингибитора кислотной коррозии и ПАВ, являются:

- возможность эффективного проведения процесса удаления отложений с углеродистых нелегированных сталей в интервале pH 4-5 при минимизации количества неорганических кислот и улучшении смачиваемости отложений добавками ализаринового масла;

- снижение рисков коррозионных потерь при использовании ПКУ;

- образование в процессе удаления отложений растворимых комплексов ЭДТА (или ОЭДФ) с ионами кальция, железа (II, III), магния, ускоряющих процесс очистки металлической поверхности.

1. Способ удаления с металлических поверхностей из углеродистых нелегированных сталей накипно-коррозионных отложений на основе карбонатов кальция, железа, магния, оксидов и гидроксидов железа, включающий травление отложений очищающим раствором, содержащем комплексон и смесь кислот, содержащую хлорводородную кислоту, при постоянных pH и температуре, и последующую промывку поверхности проточной водой, отличающийся тем, что травление осуществляют в растворе, содержащем дополнительно ингибиторы кислотной коррозии в виде продукта конденсации уротропина и этаноламина с хлористым бензином (ПКУ) и ализаринового масла в слабокислой среде, и ортофосфорную кислоту в смеси кислот и имеющем pH 4-5, при этом компоненты раствора берут при следующем соотношении, г/л:

хлороводородная кислота 10-15
ортофосфорная кислота 10-15
комплексон не менее 3-5
в виде этилендиаминтетрауксусной
кислоты (ЭДТА) или
1-гидроксиэтилидендифосфоновой
кислоты (ОЭДФ)
ПКУ 0,5-1
ализариновое масло 0,4-1
вода остальное

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что травление проводят в ванне при перемешивании очищающего раствора.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что травление проводят при прокачивании очищающего раствора внутри промывочного контура.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области термической обработки. Для сокращения потребления энергии при проведении непрерывного отжига стали и её травления осуществляют обработку стали, которую подвергают отжигу в печи (2) и травлению в травильной ванне (3), при этом отходящий газ травильной ванны (3) нагревают до рабочей температуры катализатора и подают на катализатор (5) для уменьшения концентрации оксидов азота, а отходящий газ, пропускаемый через катализатор (5), подают по меньшей мере в одну нагревательную горелку (20) печи (2) для отжига в качестве воздуха для горения.

Изобретение относится к области химической обработки металлов. Способ очистки металлических поверхностей от коррозионных отложений на основе оксидов и гидроксидов железа различного происхождения включает травление отложений раствором и последующую промывку поверхности проточной водой, при этом травление осуществляют в растворе, содержащем, г/л: этиленгликоль 90-150, хлороводородная кислота 15-25, 1-гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ) 10-15, щавелевая кислота 15-25, вода - остальное, при температуре 50-80°С и pH 2-3.
Изобретение относится к области химической обработки металлов, точнее к средствам для удаления коррозионных отложений на основе оксидов и гидроксидов железа различного происхождения с металлических поверхностей, в частности таких как углеродистая сталь, и предназначено, преимущественно, для использования в качестве промывочных композиций при эксплуатации теплоэнергетического оборудования.
Настоящее изобретение относится к кислотному очищающему средству для очистки поверхностей от минеральных отложений, включающему нитрат мочевины, отличающемуся тем, что содержит ингибиторы коррозии, такие как алкиларилсульфонаты, алкилсульфонаты, алкилсульфаты, алкилфосфаты, алкилфосфонаты, алкилсукцинаты натрия, или соответствующие им кислоты с алкильной группой C6-C14, при следующем соотношении компонентов (мас.%): азотная кислота в перерасчете на 100%-ную - не менее 45%, ингибиторы коррозии - 0,2-5%, вода - 10-15%, мочевина - остальное до 100%.

Изобретение относится к области эффективного удаления окалины, образующейся в процессе производства стального листа. .
Изобретение относится к очистке железосодержащих металлических деталей. .

Изобретение относится к удалению окалины с углеродистой стали и может быть использовано для промывок теплоэнергетического оборудования - паровых котлов и систем коммуникации.

Изобретение относится к области химической обработки металлов и может быть использовано для удаления оксидного слоя на нержавеющей стали после термической обработки, такой как сварка.
Изобретение относится к химической очистке поверхности металлов и может быть использовано для удаления окалины и ржавчины со сварных швов изделий из нержавеющей стали, а также придания им декоративного вида.

Изобретение относится к области металлургии, а более точно к способу протравливания нержавеющей стали. .

Изобретение относится к области химической обработки металлов. Способ очистки металлических поверхностей от коррозионных отложений на основе оксидов и гидроксидов железа различного происхождения включает травление отложений раствором и последующую промывку поверхности проточной водой, при этом травление осуществляют в растворе, содержащем, г/л: этиленгликоль 90-150, хлороводородная кислота 15-25, 1-гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ) 10-15, щавелевая кислота 15-25, вода - остальное, при температуре 50-80°С и pH 2-3.

Изобретение относится к исследованию структуры высокопрочных сталей. .

Изобретение относится к химической обработке металлов и может быть использовано при химической обработке металлических изделий для удаления оксидов и гидроксидов железа различного происхождения, а также для подготовки поверхности изделий к последующим технологическим операциям нанесения лакокрасочных покрытий.
Изобретение относится к очистке железосодержащих металлических деталей. .

Изобретение относится к удалению окалины с углеродистой стали и может быть использовано для промывок теплоэнергетического оборудования - паровых котлов и систем коммуникации.

Изобретение относится к области химической обработки металлов и может быть использовано для удаления оксидного слоя на нержавеющей стали после термической обработки, такой как сварка.

Изобретение относится к химической обработке поверхности металлических материалов, в частности к химической поверхностной обработке с использованием водных кислых растворов, и предназначено для повышения технологических свойств тонколистового проката малоуглеродистых сталей и изделий из него.
Изобретение относится к отделке металла, в частности к травлению листовой стали. .

Изобретение относится к химической обработке металлов, в частности к травлению поверхности углеродистой термообработанной стали с целью удаления окалины и защиты поверхности в металлургической промышленности, метизном производстве, машиностроении и других производствах.

Изобретение относится к химической обработке металлов и может быть использовано при химической обработке поверхности изделий из стали с целью удаления оксидов железа (окалины) и гидроксидов железа (ржавчины) различного происхождения, а также для подготовки поверхности стальных изделий к последующим технологическим операциям нанесения гальванических покрытий.

Изобретение относится к области атомной технологии и может быть использовано при проведении работ по дезактивации в процессе эксплуатации и при выводе из эксплуатации атомных станций и других радиационноопасных объектов. Способ дезактивации радиоактивно загрязненных металлических и неметаллических поверхностей путем размещения на дезактивируемой поверхности сорбента с дезактивирующим раствором, выдержки его на обрабатываемой поверхности в течение расчетного времени и удаления сорбента вместе с иммобилизированными в нем радионуклидами. Сорбент, насыщенный дезактивирующим раствором, размещают на дезактивируемой поверхности в составе композиционного материала, включающего контактирующий с обрабатываемой поверхностью влагопроницаемый материал, размещенный на нем сорбент, насыщенный дезактивирующим раствором, укрытый сверху водонепроницаемым материалом. Изобретение позволяет на порядок снизить время нанесения и удаления композиционного материала и, следовательно, сократить продолжительность пребывания рабочего персонала в зоне с повышенной мощностью дозы. 4 з.п. ф-лы, 9 пр., 10 табл.
Наверх