MD1754Z - Procedeu de protecţie a oţelului de coroziune în apă - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la domeniul protecţiei metalelor contra coroziunii în apă şi poate fi utilizată pentru a inhiba coroziunea în sistemele închise de conducte din oţel.Procedeul de protecţie a oţelului de coroziune în apă constă în introducerea combinată sau succesivă în mediul apos, care este în contact cu suprafeţele de oţel, a unui compus cu formula [FeSr2(SalH)2(Sal)2(NO3)(DMA)4], unde SalH- este monoanionul de salicilat, Sal2- - dianionul de salicilat, iar DMA - dimetilacetamida, şi a furacilinei, respectiv în concentraţii de 0,05...0,75 şi 0,05...0,2 g/L.Rezultatul tehnic constă în reducerea semnificativă a pierderilor de coroziune de până la 17 ori şi suprimarea uniformă a coroziunii în timp.

Description

Invenţia se referă la domeniul protecţiei metalelor contra coroziunii în apă şi poate fi utilizată pentru a inhiba coroziunea în sistemele închise de conducte din oţel.

Este cunoscut faptul, că apa naturală sau cea tratată, care conţine ioni activi de clorură şi sulfat, este un mediu destul de agresiv, în care coroziunea oţelului are loc într-un ritm sporit. Astfel, în apa din apeductul oraşului Chişinău, care conţine, mg/L: Ca2+ - 42,5, Mg2+ - 19,5, HCO3 - - 97,6, SO4 2- - 203,7, Cl- - 56,7, cu un conţinut total de săruri de 0,457 g/L, viteza de coroziune a oţelului cu carbon la 8 ore de testare este ridicată, ajungând la 21 g/m2·zi. Odată cu creşterea timpului de expunere, rata de coroziune scade (de exemplu, la 12 g/m2·zi la 24 de ore, 6,6 g/m2·zi la 72 de ore şi 4,0 g/m2·zi la 240 de ore de testare) datorită formării pe suprafaţa de corodare a peliculei de oxid-hidroxid a produselor de coroziune, precum şi a calcitului CaCO3. Deşi ionii de SO4 2- provoacă o coroziune generală, destul de uniformă, pe suprafaţa interioară a conductelor se pot forma adâncituri din cauza prezenţei ionilor activi de clor în apă. În unele cazuri acestea pot fi străpunse, ceea ce poate cauza avarii în sistemele de conducte. Mai mult decât atât, fierul ionizat, trecând în apă şi acumulându-se acolo, înrăutăţeşte calitatea apei (Паршутин В. В., Шолтоян Н. С., Сидельникова С. П., Володина Г. Ф. Ингибирование бороглюконатом кальция коррозии углеродистой стали Ст. 3 в воде. I. Коррозия в условиях естественной аэрации и принудительной конвекции. Электронная обработка материалов, 1999, №5, p. 42-56).

Se cunoaşte utilizarea acidului salicilic (o-hidroxibenzoic) în calitate de inhibitor al coroziunii fierului şi oţelului-carbon în acidul sulfuric [1]. Astfel, la coroziunea fierului în acidul de sulfuric de 2,2 H la 20°C şi la concentraţia inhibitorului de 1,6% (16 g/L) gradul de protecţie constituie 19%, iar la coroziunea oţelului-carbon în acid de 15% şi concentraţia inhibitorului de 5% (50 g/L) gradul de protecţie constituie 66,5%.

Totuşi, concentraţiile inhibitorilor sunt destul de mari, iar gradul de protecţie al metalului corodat nu este suficient.

Este cunoscut că acidul acetilsalicilic la o concentraţie de 60 mg/L reduce viteza de coroziune a oţelului de 2 ori [2]. Cu toate acestea, această reducere nu este suficientă pentru micşorarea coroziunii.

O alegere mai bună în calitate de inhibitor al coroziunii oţelului în apă este utilizarea salicilatului de sodiu [3]. El serveşte ca un inhibitor al coroziunei destul de efectiv, deşi puţin mai slab decât benzoatul de sodiu utilizat pe scară largă, care asigură o protecţie pe o gamă mai largă de temperaturi şi valori ale pH-ului.

Dezavantajul acestui inhibitor constă în aceea că sunt necesare concentraţii suficient de mari. Astfel, concentraţia minimă de protecţie a salicilatului de sodiu pentru oţel-10 în apă distilată este aproape 0,13 g/L, iar în apa de robinet - de 8 g/L. Mai mult decât atât, cu cât e mai mare conţinutul de carbon în oţel, cu atât e mai mare concentraţia minimă de protecţie. Astfel, pentru protecţia oţelului instrumental У8 în apă distilată, concentraţia necesară este de aproape 1,3 g/L, iar în apa de robinet - 128 g/L.

Cea mai apropiată soluţie este procedeul cu utilizarea complexului heterotrinuclear, [FeSr2(SalH)2(Sal)2(NO3)(DMA)4]n în baza acidului salicic în calitate de inhibitor al coroziunii oţelului în apă, la concentraţii de 0,05...0,75 g/L, unde SalH- reprezintă monoanionul de salicilat, Sal2- - dianionul de salicilat, iar DMA - dimetilacetamida [4].

Dezavantajele acestui procedeu sunt valorile relativ scăzute ale coeficientului de frânare γ, precum şi neuniformitatea gradului de suprimare a coroziunii în timp. O scădere deosebit de accentuată a valorilor γ se observă odată cu creşterea timpului de testare până la 240 de ore.

Problema pe care o soluţionează invenţia constă în elaborarea unui procedeu care ar asigura o reducere semnificativă a pierderilor la coroziune a oţelului în sistemele închise de conducte prin care circulă apa cu utilizarea în calitate de inhibitor al coroziunii a unui amestec în baza unui compus salicilat heterotrinuclear de FeSr2.

Problema se soluţionează prin procedeul de protecţie contra coroziunii în apă al sistemelor închise de conducte din oţel, care prevede introducerea combinată sau succesivă a doi inhibitori în mediul apos ce contactează cu suprafeţele de oţel, totodată în calitate de inhibitori se utilizează salicilatul heterotrinuclear de FeSr2 la concentraţii de 0,05...0,75 g/L şi furacilina C6H6N4O4 în concentraţii de 0,05...0,2 g/L.

Salicilatul heterotrinuclear are formula [FeSr2(SalH)2(Sal)2(NO3)(DMA)4], unde SalH- este monoanionul de salicilat, Sal2-- dianionul de salicilat, iar DMA - dimetilacetamida, fiind cunoscută obţinerea lui (Горинчой В. В., Туртэ К. И., Симонов Ю. А., Шова С. Г., Линковский Я., Шофранский В. Н. Гетероядерные {Fe-Ba, Fe-Sr} салицилатные комплексы. Синтез, строение и физико-химические свойства. Координационная химия, 2009, v. 35, № 4, p. 283-290).

Furacilina sau nitrofuralul este un produs comercial utilizat în calitate de remediu antimicrobian şi reprezintă semicarbazona 5-nitrofurfuralului:

Rezultatul tehnic al invenţiei prezintă o reducere semnificativă a pierderilor de coroziune de până la 17 ori şi suprimarea uniformă a coroziunii în timp, datorită efectului sinergic al interacţiunii componentelor incluse în amestecul inhibitor format din salicilatul heterotrinuclear de FeSr2 şi furacilină.

Avantajele invenţiei constau în faptul că în procedeul propus de protecţie a oţelurilor de coroziune în apă se utilizează o combinaţie a doi compuşi accesibili, care acţionează sinergetic.

Exemplu de realizare a invenţiei

Testarea coroziunii probelor de oţel St. 3 cu dimensiunea de 50×25×3 mm a fost efectuată prin scufundarea lor completă, la aceeaşi adâncime, în prezenţa aerului. În prealabil, suprafaţa probelor a fost supusă şlefuirii. Pierderile de masă în urma coroziunii au fost înregistrate gravimetric. Efectul acţionării inhibitorului a fost apreciat prin rata de coroziune k, (g/(m2·24 ore)) şi valoarea coeficientului de frânare γ = k/k1, unde k, k1 - ratele de coroziune a metalului, respectiv fără/cu utilizarea inhibitorului. Acest coeficient indică cu cât se micşorează rata de coroziune în rezultatul acţionării inhibitorului.

Influenţa concentraţiei componenţilor inhibitorului şi timpul testării asupra parametrilor procesului de coroziune a oţelului (St. 3) în apă sunt prezentate în tabelele de mai jos.

Tabelul 1

Influenţa complexului salicilat heteronuclear asupra parametrilor procesului de coroziune a oţelului St. 3 în apă

Concentraţia de inhibitor, g/L Timpul de testare, τ, ore Rata de coroziune, k, g/m2· 24 ore Coeficientul de frânare, γ 0 8 24 72 240 21,0 12,0 6,6 4,0 - - - - 0,05 8 24 72 240 3,8 2,1 1,4 0,85 5,5 5,7 4,7 4,7 0,1 8 24 72 240 3,0 1,67 0,89 0,65 7,0 7,2 7,4 6,15 0,25 8 24 72 240 2,85 1,5 0,86 0,78 7,4 8,0 7,7 5,13 0,5 8 24 72 240 2,1 1,08 0,62 0,7 10,0 11,1 10,65 5,7 0,75 8 24 72 240 2,05 1,0 0,6 0,68 10,24 12,0 11,0 5,9

Din datele tabelului 1 reiese că valorile γ nu depăşesc valoarea 12 la o concentraţie de 0,75 g/L şi 24 de ore de testare. În acelaşi timp, la toate concentraţiile (în special 0,25…0,75 g/L), se observă o scădere bruscă a valorilor coeficientului de frânare după 240 de ore de testare, ceea ce indică o epuizare rapidă a inhibitorului şi o scădere ulterioară a protecţiei anticorozive.

Tabelul 2

Influenţa furacilinei asupra procesului de coroziune a oţelului St. 3 în apă

Concentraţia de furacilină, g/L Timpul de testare, τ, ore Rata de coroziune, k, g/m2· 24 ore Coeficientul de frânare, γ 0 8 24 72 240 21,0 12,0 6,6 4,0 - - - - 0,05 8 24 72 240 7,24 3,43 1,74 1,0 2,9 3,5 3,8 4,0 0,1 8 24 72 240 5,68 2,5 1,4 0,8 3,7 4,8 4,7 5,0 0,2 8 24 72 240 4,67 2,35 1,37 0,77 4,5 5,1 4,82 5,2

Din datele din tabelul 2 reiese că valorile maximale ale coeficientului de frânare se ating la concentraţia furacilinei de 0,2 g/L şi nu depăşesc valoarea de 5,2 la 240 de ore de testare. Totodată, în majoritatea cazurilor se observă o amplificare a acţiunii furacilinei asupra procesului de coroziune odată cu creşterea duratei de testare. Valoarea dată este maximală şi este condiţionată de limita de solubilitate a furacilinei în apă.

Tabelul 3

Influenţa acţiunii combinate a salicilatului heterotrinuclear de FeSr2 şi a furacilinei asupra procesului de coroziune a oţelului St. 3 în apă

Concentraţia salicilatului heterotrinuclear, g/L Concentraţia furacilinei, g/L Timpul de testare, ore Rata de coroziune, k, g/m2· 24 ore 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 3,23 1,76 0,971 0,563 6,5 6,8 6,8 7,1 0,1 8 24 72 240 3,0 1,62 0,868 0,5 7,0 7,4 7,6 8,0 0,2 8 24 72 240 2,88 1,54 0,805 0,455 7,3 7,8 8,2 8,8 0,1 0,05 8 24 72 240 2,69 1,43 0,725 0,421 7,8 8,4 9,1 9,5 0,1 8 24 72 240 2,47 1,29 0,68 0,385 8,5 9,3 9,7 10,4 0,2 8 24 72 240 2,36 1,26 0,653 0,367 8,9 9,5 10,1 10,9 0,25 0,05 8 24 72 240 2,19 1,101 0,574 0,331 9,6 10,9 11,5 12,1 0,1 8 24 72 240 2,02 1,0 0,52 0,308 10,4 12,0 12,7 13,0 0,2 8 24 72 240 1,963 0,992 0,512 0,303 10,7 12,1 12,9 13,2 0,5 0,05 8 24 72 240 1,641 0,968 0,482 0,286 12,8 12,4 13,7 14,0 0,1 8 24 72 240 1,556 0,851 0,443 0,268 13,5 14,1 14,9 14,9 0,2 8 24 72 240 1,429 0,755 0,407 0,244 14,7 15,9 16,2 16,4 0,75 0,05 8 24 72 240 1,603 0,857 0,455 0,272 13,1 14,0 14,5 14,7 0,1 8 24 72 240 1,5 0,822 0,44 0,263 14,0 14,6 15,0 15,2 0,2 8 24 72 240 1,364 0,715 0,388 0,239 15,4 16,8 17,0 16,74

Datele din tabelul 3 demonstrează faptul că utilizarea unui amestec din aceşti compuşi, pe de o parte, creşte valorile coeficientului de frânare în comparaţie cu analogul proxim şi, pe de altă parte, permite creşterea gradului de protecţie a oţelului cu creşterea duratei de testare. Mai mult, acest efect se observă la toate concentraţiile de furacilină. Limita sa superioară este de 0,2 g/L, condiţionată de limita de solubilitate în apă a furacilinei.

Astfel, a fost elaborat un procedeu efectiv de combatere a coroziunii oţelului în apă, care permite reducerea semnificativă a pierderilor de coroziune în conductele închise din oţel.

1. Алцыбеева А.И., Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов. Л.: Химия, 1968, р. 55

2. Прокофьева Г.Н., Путильский В.В., Винарчик Я. Об увеличении срока службы оборудования в замкнутых системах водоснабжения. Вестник Киевского Политехнического Института, 1981, №18, р. 52-53

3. Богатырева Е.В., Балезин С.А. Салицилат натрия как замедлитель коррозии стали в нейтральных средах. Журнал прикладной химии, 1959, №5 (32), р. 1071-1076

4. MD 4321 B1 2015.01.31

Claims (1)

1. Procedeu de protecţie a oţelului de coroziune în apă, care constă în introducerea combinată sau succesivă în mediul apos, care este în contact cu suprafeţele de oţel, a unui compus cu formula [FeSr2(SalH)2(Sal)2(NO3)(DMA)4], unde SalH- este monoanionul de salicilat, Sal2- - dianionul de salicilat, iar DMA - dimetilacetamida, şi a furacilinei, respectiv în concentraţii de 0,05...0,75 şi 0,05...0,2 g/L.