MD1534Z - Procedeu de protecţie a oţelului de coroziune în apă - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la domeniul protecţiei metalelor împotriva coroziunii în apă şi poate fi utilizată pentru inhibarea coroziunii în sisteme închise de conducte din oţel.Conform invenţiei, procedeul de protecţie a oţelului de coroziune în apă constă în introducerea combinată în mediul coroziv a dihidrazidei acidului malonic şi a carbohidrazidei, respectiv în concentraţie de 0,05…0,75 g/L şi 0,05...1,0 g/L.Rezultatul tehnic al invenţiei constă în reducerea vitezei de coroziune de până la 38 ori.

Description

Invenţia se referă la domeniul protecţiei metalelor împotriva coroziunii în apă şi poate fi utilizată pentru inhibarea coroziunii în sisteme închise de conducte din oţel.

Apa naturală sau tehnologică, care conţine ioni activi de clor şi sulfat, este un mediu relativ agresiv, în care coroziunea oţelului are loc la viteze mari (Паршутин В.В., Шолтоян Н.С., Сидельникова С.П., Володина Г.Ф. Ингибирование бороглюконатом кальция коррозии углеродистой стали Ст. 3 в воде. Коррозия в условиях естественной аэрации и принудительной конвекции. Электронная обработка материалов, 1999, nr. 5, p. 42-56). Astfel, în apele de apeduct din mun. Chişinău, care conţin, mg/l: Ca2+-42,5; Mg2+-19,5; HCO3 --97,6; SO4 2--203,7; CI--56,7 şi un conţinut total de săruri de 0,457 g/L, viteza de coroziune a oţelului după 8 ore de testare este mare, ajungând la 21 g/m2·zi. Cu creşterea timpului de expunere, viteza de coroziune se micşorează, de exemplu, până la 12 g/m2·zi la 24 ore, 6,6 g/m2·zi la 72 ore şi 4,0 g/m2·zi la 240 ore de testare, în urma formării pe suprafaţa supusă coroziunii a peliculei de oxid - hidroxid a produselor de coroziune, precum şi a calcitului CaCO3. Ionii de SO4 2- provoacă o coroziune generală, destul de uniformă. Cu toate acestea, pe suprafaţa interioară a ţevilor, ca urmare a prezenţei în apă a ionilor activi de clor, se pot forma fisuri, care în unele cazuri pot fi străpunse, ceea ce poate provoca situaţii de avarii. În plus, fierul la ionizare, migrând în apă, se acumulează în ea şi înrăutăţeşte calitatea apei.

Este cunoscută utilizarea hidrazinei H2N-NH2 în calitate de inhibitor de coroziune [1], acţiunea căreia se bazează pe legarea oxigenului dizolvat în apă şi, prin urmare reducerea activităţii corozive a apei: N2H4 + O2 → 2H2O + N2.

Cu toate acestea, acest inhibitor are dezavantaje semnificative. În primul rând, acţiunea hidrazinei se manifestă fie la temperaturi suficient de ridicate (80...100°C), fie la administrarea suplimentară a unor anumiţi catalizatori, de exemplu, cobalt, cupru sau mangan. În al doilea rând, hidrazina este toxică, lucrul cu ea cere multă precauţie, protecţie. Toate acestea complică mult exploatarea sistemelor de apă închise.

Este cunoscută utilizarea malonatului de sodiu NaOOCCH2COONa în calitate de inhibitor al coroziunii oţelului în apă, de asemenea ca inhibitor al coroziunii atmosferice a oţelurilor [2].

Dezavantajele acestui inhibitor constau în eficacitatea lui redusă şi în necesitatea de a fi utilizat în concentraţii sporite. De exemplu, concentraţia minimă de acţiune în apă distilată constituie pentru oţel (Ст. 20) 0,05 mol/L, adică 7,4 g/L.

Este cunoscută utilizarea carbohidrazidei (carbazidei)

în calitate de inhibitor al coroziunii oţelului în apă cu un conţinut de oxigen dizolvat de la 1 mL/L [3].

Dezavantajele acestui inhibitor constau în aceea că procesul de coroziune este inhibat neuniform în timp şi în consumul destul de rapid al inhibitorului în timpul exploatării. Totodată, pentru a mări eficacitatea lui este preferabil de utilizat carbohidrazida împreună cu catalizatori redox, de exemplu, cu hidrochinonă sau compuşi de cobalt.

Este cunoscută utilizarea carbohidrazidei în amestec cu sarea de amoniu a imidazolinei în calitate de inhibitor al coroziunii metalelor în apă [4]. Dezavantajul acestui inhibitor constă în utilzarea sării de imidazolină, un reagent relativ scump.

În calitate de cea mai apropiată soluţie de invenţia revendicată poate fi utilizarea în calitate de inhibitor de coroziune a dihidrazidei acidului adipic:

la o concentraţie de 0,05...1,0 g/L [5].

Dihidrazida acidului adipic este mai convenabil de utilizat decât hidrazina, deoarece nu este toxică. La aplicarea dihidrazidei acidului adipic se realizează o inhibare a coroziunii mai mare decât în cazul hidrazinei.

Un dezavantaj al acestui inhibitor constă în aceea că diminuarea semnificativă a pierderilor de la coroziune se observă doar la o utilizare în concentraţii mai mari de 0,25 g/L. Totodată se observă un decalaj mare a valorilor coeficientului de frânare γ, în funcţie de durata testării.

Problema soluţionată de invenţie constă în reducerea semnificativă a vitezei de coroziune a sistemelor închise de conducte de oţel prin care circulă apa, prin utilizarea unor hidrazide ieftine şi accesibile în calitate de inhibitori ai coroziunii.

Problema se soluţionează prin procedeul de protecţie a oţelului de coroziune în apă, care constă în introducerea combinată în mediul coroziv a dihidrazidei acidului malonic:

şi a carbohidrazidei, în concentraţie respectiv de 0,05...0,75 g/L şi 0,05...1,0 g/L.

Rezultatul tehnic al invenţiei constă în reducerea vitezei de coroziune de până la 38 ori în urma acţiunii sinergetice a componenţilor hidrazidici la o utilizare combinată, totodată se asigură o omogenitate în timp a diminuării coroziunii şi o majorare a termenului de exploatare a conductelor de oţel prin care circulă apa.

Avantajele invenţiei constau în faptul că inhibitorul de coroziune propus este constituit dintr-o combinaţie a doi componenţi hidrazidici ieftini şi accesibili, care acţionează sinergetic. Ca urmare, pierderile de coroziune se reduc semnificativ comparativ cu cele când se utilizează fiecare component separat.

Exemplul de realizare a invenţiei.

Testările de coroziune a mostrelor de oţel (Ст. 3) cu mărimea de 50×25×3 mm au fost efectuate la o imersiune completă în soluţie la aceeaşi adâncime şi cu asigurarea accesului de aer. Rugozitatea iniţială a mostrelor a fost efectuată prin şlefuire. Pierderile de coroziune au fost înregistrate gravimetric. Efectul acţiunii inhibitorului a fost determinat cantitativ prin viteza de coroziune k, g/m2·zi, şi prin valoarea coeficientului de frânare γ = k/k1, unde k1 şi k - viteza de coroziune a metalului, în prezenţa inhibitorului şi respectiv în absenţa ultimului. Coeficientul dat indică de câte ori este redusă viteza de coroziune în rezultatul acţiunii inhibitorului.

Influenţa concentraţiei inhibitorului, a componeţilor săi separat, a timpului de testare asupra vitezei de coroziune k, precum şi a coeficientului de frânare γ, sunt prezentate în tabelele 1-3.

Din datele din tabelul 1 se observă că cel mai mare efect se atinge la o utilizare a dihidrazidei acidului malonic în concentraţii de 0,25...0,75 g/L. Astfel, atunci când concentraţia inhibitorului este de 0,05 g/L şi durata de testare de 8 şi 240 ore, vitezele de coroziune se reduc respectiv de 3,3 şi 4,2 ori. La o concentraţie de inhibitor de 0,25 g/L şi o durată de testare de 8 şi 240 ore, coeficientul de frânare constituie 4,6 şi 4,1 respectiv, iar la concentraţia de 0,5 g/L şi durată testărilor de 24 şi 72 ore, viteza de coroziune scade respectiv de 5,7 şi 5,32 ori.

Este necesar de remarcat că decalajul valorilor coeficientului de frânare nu este mare, în funcţie de durata testărilor. Acest fapt indică asupra omogenităţii de inhibare a coroziunii în timp.

Cantitatea de inhibitor introdusă în mediul coroziv joacă un rol crucial. Limita inferioară este egală cu concentraţia de 0,05 g/L, deoarece la concentraţii mai mici de inhibitor în mediul coroziv pierderile de coroziune se reduc nesemnificativ.

Limita superioară a concentraţiei inhibitorului constituie 0,75 g/L, deoarece la o majorare ulterioară a concentraţiei inhibitorului pierderile de la coroziune cresc neînsemnat, dar în schimb creşte costul legat de inhibitor.

Tabelul 1

Influenţa concentraţiei dihidrazidei acidului malonic asupra parametrilor procesului de coroziune în apă a oţelului Ст. 3

Concentraţia de inhibitor, g/L Timpul de testare τ, ore Viteza de coroziune k, g/m2·zi Coeficientul de frânare, γ 0 8 24 72 240 21,0 12,0 6,6 4,0 - - - - 0,05 8 24 72 240 6,36 2,93 1,65 0,95 3,3 4,1 4,0 4,2 0,1 8 24 72 240 6,07 2,76 1,58 0,93 3,5 4,4 4,2 4,3 0,25 8 24 72 240 4,62 2,46 1,45 0,97 4,6 4,9 4,6 4,1 0,5 8 24 72 240 4,67 2,11 1,24 0,8 4,5 5,7 5,32 5,0 0,75 8 24 72 240 4,88 2,22 1,29 0,78 4,3 5,4 5,12 5,1

Este necesar de menţionat că, deşi se manifestă o omogenitate mai mare de diminuare a coroziunii în timp comparativ cu analogul proxim, coeficientul de frânare nu atinge valori mari.

Activitatea de inhibitor al coroziunii a carbohidrazidei este indicată în tabelul 2.

Din datele prezentate reiese că efectul maxim al diminuării coroziunii se atinge la utilizarea concentraţiei carbohidrazidei de 0,1...1,0 g/L. De exemplu, la concentraţia inhibitorului de 0,5 g/L la durata testării de 24 şi 72 ore, vitezele de coroziune se micşorează respectiv de 13 şi 6,8 ori, iar la concentraţia de 0,25 g/L - respectiv de 10,6 şi 7,7 ori. La o concentraţie a inhibitorului de 0,75 g/L pentru aceleaşi perioade de timp vitezele de coroziune se micşorează respectiv de 10,1 şi 6,4 ori, iar la concentraţia de 1,0 g/L - respectiv de 9,5 şi 6,2 ori.

Concentraţia utilizată de inhibitor în mediul de coroziune joacă un rol decisiv. Limita de jos a concentraţiei este de 0,05 g/L, deoarece la un conţinut mai mic de inhibitor pierderile de la coroziuine se micşorează nesemnificativ. Limita superioară de concentraţie a inhibitorului poate fi considerată 1,0 g/L - la o mărire în continuare a concentraţiei de inhibitor pierderile de la coroziune se micşorează foarte puţin, totodată creşte costul pentru inhibitor.

Tabelul 2

Influenţa concentraţiei carbohidrazidei asupra parametrilor procesului

de coroziune în apă a oţelului Ст. 3

Concentraţia de inhibitor, g/L Timpul de testare τ, ore, Viteza de coroziune k, g/m2·zi Coeficientul de frânare, γ 0,05 8 24 72 240 4,2 2,0 1,3 0,9 5,0 6,0 5,1 4,44 0,1 8 24 72 240 4,0 1,8 1,2 0,9 5,25 6,7 5,5 4,44 0,25 8 24 72 240 2,0 1,6 2,0 0,8 10,5 7,5 3,3 5,0 0,5 8 24 72 240 1,6 1,8 1,4 0,91 13,1 6,7 4,7 4,4 0,75 8 24 72 240 2,1 1,9 1,47 0,95 10,0 6,3 4,5 4,2 1,0 8 24 72 240 2,2 1,94 1,5 1,0 9,55 6,2 4,4 4,0

În plus, din tabel rezultă că, deşi nu s-a atins o valoare maximală a efectului analogului proxim de γ=31,6 (0,25 g/L, 24 ore de testare), carbohidrazida suprimă în general coroziunea într-o măsură mai mare şi mai omogen în timp, comparativ cu analogul proxim.

S-a depistat că utilizarea combinată de inhibitori permite de a reduce semnificativ pierderile de la coroziune şi la un decalaj mic de valori în timp comparativ cu analogul proxim (vezi tabelul 3).

Din datele obţinute reiese că inhibitorul revendicat este cu mult mai efectiv decât analogul proxim sau fiecare component hidrazidic utilizat separat, datorită manifestării unui efect sinergetic la interacţiunea componentelor hidrazidice în combinaţie. De exemplu, la o concentraţie a dihidrazidei acidului malonic de 0,5 g/L şi a carbazidei de 0,75 g/L şi duratei de testare de 240 ore, viteza de coroziune se reduce de 38,1 ori. Trebuie de menţionat şi faptul că la utilizarea inhibitorului revendicat, coeficientul de frânare γ creşte cu durata de testare, pe când la analogul proxim se observă o tendinţă opusă, care diminuiază eficacitatea ultimului la utilizarea în sistemele extinse de conducte de oţel.

Tabelul 3

Influenţa utilizării combinate a carbohidrazidei şi a dihidrazidei acidului malonic, asupra parametrilor procesului de coroziune în apă a oţelului Ст. 3

Concentraţia dihidrazidei acidului malonic, g/L Concentraţia de carbohidrazidă, g/L Timpul de testare τ, ore, Viteza de coroziune k, g/m2·zi Coeficientul de frânare, γ 0 0 8 24 72 240 21,0 12,0 6,6 4,0 - - - - 0,05 0,05 8 24 72 240 3,5 1,71 0,92 0,53 6,0 7,0 7,2 7,55 0,1 8 24 72 240 2,96 1,62 0,83 0,47 7,1 7,4 7,95 8,5 0,25 8 24 72 240 1,75 0,92 0,475 0,265 12,0 13,05 13,9 15,1 0,5 8 24 72 240 1,31 0,71 0,38 0,22 16,0 16,9 17,4 18,2 0,75 8 24 72 240 1,49 0,8 0,43 0,25 14,1 15,0 15,35 16,0 1,0 8 24 72 240 1,54 0,83 0,45 0,26 13,6 14,46 14,7 15,4 0,1 0,05 8 24 72 240 3,18 1,62 0,81 0,42 6,6 7,4 8,15 9,52 0,1 8 24 72 240 2,53 1,32 0,63 0,36 8,3 9,1 10,48 11,1 0,25 8 24 72 240 1,48 0,8 0,364 0,211 14,2 15,0 18,13 19,0 0,5 8 24 72 240 1,23 0,57 0,35 0,208 17,1 21,05 18,86 19,23 0,75 8 24 72 240 1,14 0,632 0,333 0,187 18,4 19,0 19,8 21,4 1,0 8 24 72 240 1,16 0,642 0,35 0,20 18,1 18,7 18,86 20,0 0,25 0,05 8 24 72 240 2,96 1,52 0,78 0,41 7,1 7,9 8,46 9,76 0,1 8 24 72 240 2,41 1,26 0,63 0,34 8,7 9,5 10,5 11,76 0,25 8 24 72 240 1,10 0,59 0,314 0,181 19,1 20,34 21,0 22,1 0,5 8 24 72 240 1,08 0,58 0,31 0,178 19,44 20,7 21,3 22,5 0,75 8 24 72 240 0,995 0,55 0,292 0,173 21,1 21,8 22,6 23,1 1,0 8 24 72 240 1,01 0,563 0,3 0,179 20,8 21,3 22,0 22,34 0,5 0,05 8 24 72 240 2,63 1,41 0,73 0,385 8,0 8,5 9,05 10,4 0,1 8 24 72 240 2,143 1,154 0,595 0,317 9,8 10,4 11,1 12,6 0,25 8 24 72 240 1,0 0,538 0,274 0,153 21,0 22,3 24,1 26,14 0,5 8 24 72 240 0,747 0,382 0,188 0,109 28,1 31,4 35,1 36,7 0,75 8 24 72 240 0,724 0,374 0,182 0,105 29,0 32,1 36,26 38,1 1,0 8 24 72 240 0,739 0,385 0,185 0,109 28,4 31,17 35,68 36,7 0,75 0,05 8 24 72 240 2,5 1,38 0,71 0,367 8,4 8,7 9,3 10,9 0,1 8 24 72 240 2,08 1,165 0,61 0,364 10,1 10,3 10,8 11,0 0,25 8 24 72 240 1,005 0,55 0,277 0,156 20,9 21,8 23,83 25,64 0,5 8 24 72 240 0,742 0,388 0,185 0,108 28,3 30,93 35,7 37,0 0,75 8 24 72 240 0,732 0,376 0,184 0,107 28,7 31,9 35,87 37,4 1,0 8 24 72 240 0,753 0,383 0,19 0,111 27,9 31,33 34,74 36,04

În concluzie, se propune un procedeu eficient şi accesibil de protecţie a oţelurilor de coroziune în apă, fapt ce permite de a micşora viteza de coroziune de până la 38 ori.

1. Розенфельд И. Л. Ингибиторы коррозии. М., 1977, p. 249-252

2. Алцыбеева А. А., Левин С. З. Ингибиторы коррозии металлов. Л., Химия, 1968, p. 152

3. US 4269717 A 1981.05.26

4. CN 104073808 A 2014.10.01

5. MD 359 Y 2011.04.30

Claims (1)

1. Procedeu de protecţie a oţelului de coroziune în apă, care constă în introducerea combinată în mediul coroziv a dihidrazidei acidului malonic şi a carbohidrazidei, respectiv în concentraţie de 0,05...0,75 g/L şi 0,05...1,0 g/L.