Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАСТВОРЕНИЯ НАКИПНО-КОРРОЗИОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Изобретение относится к технологии химической очистки внутренних полостей теплообменного оборудования (теплообменных контуров) и может быть использовано для очистки систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания или других агрегатов от накипно-коррозионных отложений.

Из уровня техники известен способ химической очистки внутренних полостей теплообменного оборудования (в частности, систем охлаждения тепловоза), включающий опрессовку полости водой, промывку контура раствором промывочного реагента, содержащего 4,0% соляной кислоты, 1,5% уротропина, 0,5% силиката магния при температуре 60°C с периодической сменой направления движения потока, промывку контура водой, нейтрализацию остаточного раствора, промывку полости раствором (рН 2,0-3,0), содержащим 8,8% ортофосфорной кислоты, при смене направления промывки, и нейтрализацию остаточного раствора (RU №2449244, опубл. 20.08.2011).

Недостатками данного способа являются его сложность и недостаточная эффективность, использование соляной кислоты, которая вызывает сильную коррозию.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту прототипом является способ химической очистки внутренних полостей теплообменного оборудования от накипно-коррозионных отложений (RU №2532867, опубл. 10.11.2014) раствором промывочного реагента, в состав которого включены компоненты в следующем соотношении, мас. %: сульфаминовая кислота - 2-5, динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты - 1-1,5, ингибитор коррозии - 0,1-0,2, вода - остальное.

К недостаткам прототипа относится то, что раствор для очистки внутренних полостей теплообменного оборудования содержит динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты. Этот комплексон практически не поддается разложению в живой природе [S. Metsarinae, T. Tuhkanen, R. Aksela. Photodegradanion of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and ethylenediamine disuccinic acid (EDDS) within natural UV radiation range // Chemosphere. 45 (2001). P. 949-955; V.M. Nikolskiy, L.N. Tolkacheva, A.A. Yakovlev, Y.M. Khalyapina, Т.I. Smirnova. Decrease in Environmental Pollution by Complexones as Factor of Biodiversity Preservation // European Researcher, 2013, Vol. (63), №11-2, P. 2675-2680] и накапливается в мировом океане, вызывая растворение отложений токсичных металлов с переходом их в раствор в виде стабильных и часто липидорастворимых комплексонатов, что приводит к отравлению планктона, рыб, птиц и высших животных. В Европе в сточных и поверхностных водах содержится ЭДТА уже до 35 мг/л [М.Е.Т. Sillanpaa, Т.А. Kurniawan, W.-H. Lo // Chemosphere, 2011, V. 83, №11, P. 1443], а в грунтовых водах США этот комплексон присутствует в количестве до 72 мг/л [В. Nowack, J.M. VanBriesen // ACS Symposium Series 910. - N.Y.: Washington, DC. - 2005. P. 1].

Задачей изобретения является разработка способа, позволяющего осуществлять процесс очистки внутренних полостей теплообменного оборудования (теплообменных контуров) и систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания или других агрегатов от накипно-коррозионных отложений без применения реагентов, оказывающих негативное воздействие на природную среду.

Данная задача решается за счет того, что способ растворения накипно-коррозионных отложений включает промывку обрабатываемой полости раствором промывочного реагента при его температуре 50-80°C и периодическую смену направления движения потока через полость, последующую нейтрализацию раствора промывочного реагента, содержащего вместо этилендиаминтетрауксусной кислоты экологически безопасный комплексон (ЭБК), щелочным раствором (гидроксид лития, гидроксид натрия, гидроксид калия, аммиачная вода) и противокоррозионную обработку полости путем ее промывки пассивирующим раствором. В качестве промывочного реагента может быть использован раствор, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас. %: сульфаминовая кислота - 2-5; ЭБК {этилендиаминдиянтарная кислота (ЭДДЯК) или гексаметилендиаминдиянтарная кислота (ГМДДЯК), или иминодиянтарная кислота (ИДЯК)} - 1-1,5; ингибитор коррозии - 0,1-0,2; вода - остальное.

ЭБК обеспечивают умягчение используемой воды в течение всего процесса промывки путем образования с ионами кальция и магния комплексных соединений. Информация о комплексообразовании ЭДДЯК с ионами кальция и магния приведена в [И.П. Горелов, В.А. Бабич. Комплексообразование щелочно-земельных элементов с этилендиаминдиянтарной кислотой // Журнал неорганической химии, 1971, 16, 4, 902], с ГМДДЯК [В.М. Никольский, М.В. Симонова, А.А. Яковлев. Новый комплексон 1,6-гесаметилендиамин-N,N′-диянтарная кислота / IV Международная конференция РХО им. Д.И. Менделеева, тез. докладов, т. 1, 2012, Москва, С. 260], с ИДЯК [Е.Д. Малахаев, В.М. Никольский, И.П. Горелов. Синтез и комплексообразующие свойства комплексонов, производных дикарбоновых кислот // Журнал общей химии, 1978, 48, 11, 2601].

В отличие от этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), используемой в качестве лиганда в прототипе, заявляемый состав основан на использовании ЭБК, которые содержат в своем составе фрагменты янтарной кислоты. И это важно, так как комплексоны, производные янтарной кислоты, при попадании в окружающую среду быстро разлагаются под действием света на составляющие их безвредные усвояемые аминокислоты [H. Hyvonen. M. Orama, H. Saarinen, R. Aksela. Studies on biodegradable chelating ligands: complexation of iminodisuccinic acid (ISA) with Cu(II), Zn(II), Mn(II) and Fe(III) ions in aqueous solutions // Green Chemistry, 2003, 5, 410; Л.Н. Толкачева, В.М. Никольский. Константы образования и состав комплексов Ga³⁺ и In³⁺ с иминодиянтарной кислотой в водных растворах по данным потенциометрии // Журнал физической химии, 2013, 87, 9, 1513].

В отличие от неразлагаемых в живой природе классических комплексонов типа ЭДТА [Позняк А.Л., Стельмашок В.Е., Стоплянская Л.В. Синтез и фотодекарбоксилирование дициано-(этилендиаминтетраацетато]кобальта (III)-иона. Координационная химия. Т. 17. Вып. 2. 1991. С. 188-191) предлагаемые комплексоны являются экологически безопасными, т.к. в условиях природных сбросов разлагаются на составляющие аминокислоты и не загрязняют окружающую среду [Sirpa Metsarinne, Tuula Tuhkanen, Reijo Aksela. Photodegradation of hylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and ethylenediamine disuccinic acid (EDDS) within natural UV radiation range. Chemosphere, 45. 2001. Р. 949-955].

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является растворение накипно-коррозионных отложений экологически безопасным способом.

В качестве промывочного раствора в заявленном изобретении используют раствор, содержащий следующие компоненты, мас. %:

сульфаминовая кислота - 2-5,

ЭБК - 1-1,5,

ингибитор коррозии - 0,1-0,2,

вода - остальное.

В качестве ингибитора коррозии может быть использован, например, ингибитор «КИ-1» (раствор, содержащий примерно 25% катапина и 25% уротропина).

Для осуществления промывки систему (обрабатываемую полость) заполняют технической водой и нагревают воду до температуры 50-80°C. При циркуляции воды добавляют ингибитор коррозии (например, «КИ-1») в количестве 0,1-0,2 мас. %. Через 10 минут добавляют ЭБК в количестве от 1 до 1,5 мас. %. Через 30-60 минут в раствор добавляют 2-5 мас. % сульфаминовой кислоты. Приготовленный моющий раствор должен иметь уровень рН от 0,5 до 4,5. Затем обеспечивают циркуляцию раствора по системе в течение 2-6 часов при давлении раствора 0,25-0,28 МПа и смене его направления движения через обрабатываемую полость каждые 30-40 минут. При этом каждые 30 минут производят отбор пробы моющего раствора для измерения уровня рН измерителем концентрации ионов водорода в растворах. В случае небольшого сокращения кислотности раствора производят добавку сульфаминовой кислоты в рабочий раствор для доведения рН до необходимого уровня. В случае резкого сокращения уровня кислотности за небольшой промежуток времени следует провести несколько последовательных повторяющихся стадий кислотной промывки, включая все этапы, кроме пассивации, которая проводится только при полном завершении всего процесса промывки.

Критерием для окончания промывки является прекращение изменения уровня рН в течение 30 минут.

Нейтрализация моющего раствора

Нейтрализацию производят щелочным раствором (гидроксид лития, гидроксид натрия, гидроксид калия, аммиачная вода) до уровня рН 6,0-9,0. Нейтрализованный раствор сливают и промывают систему технической водой.

Пассивация внутренних поверхностей теплообменного оборудования

Используемый для пассивации раствор содержит, например, следующие компоненты: от 0,05 до 0,1 мас. % дигидрокверцетина и 0,1-0,2 мас. % силиката натрия. Данный состав обеспечивает снижение риска появления накипно-коррозионных отложений на поверхности металлических изделий при дальнейшей эксплуатации. Однако для проведения данного этапа очистки могут быть использованы и другие подходящие для этого пассивирующие растворы, которые широко известны из уровня техники. Процесс осуществляют в течение 30-60 минут при температуре раствора от 20 до 40°C, после чего полость промывают технической водой до полного осветления раствора.

Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом показано в Таблице 1.

Возможность осуществления заявляемого изобретения подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Для осуществления промывки емкость наполняют технической водой и нагревают до температуры 50-80°C. При циркуляции воды добавляют ингибитор коррозии в количестве 0,1-0,2 мас. %. Через 10 минут, вместо динатриевой соли ЭДТА добавляется ЭДДЯК в количестве от 1 до 1,5 мас. %. Через 30-60 минут в раствор добавляют 2-5 мас. % сульфаминовой кислоты. Приготовленный моющий раствор должен иметь уровень рН от 0,5 до 4,5.

Полученным составом обрабатывают внутренние полости теплообменного оборудования (в частности, систем охлаждения тепловоза), в результате чего достигается их наиболее эффективная обработка в реверсивном режиме промывки. Кроме того, используемый моющий раствор содержит в качестве экологически безопасного компонента литиевую соль ЭДДЯК, что решает проблему утилизации отработанного раствора после его нейтрализации, поскольку он может быть слит в канализацию.

Пример 2. Для осуществления промывки емкость наполняют технической водой и нагревают до температуры 50-80°C. При циркуляции воды добавляют ингибитор коррозии в количестве 0,1-0,2 мас. %. Через 10 минут, вместо динатриевой соли ЭДТА добавляется ЭДДЯК в количестве от 1 до 1,5 мас. %. Через 30-60 минут в раствор добавляют 2-5 мас. % сульфаминовой кислоты. Приготовленный моющий раствор должен иметь уровень рН от 0,5 до 4,5.

Полученным составом обрабатывают внутренние полости теплообменного оборудования (в частности, систем охлаждения тепловоза), в результате чего достигается их наиболее эффективная обработка в реверсивном режиме промывки. Кроме того, используемый моющий раствор содержит в качестве экологически безопасного компонента натриевую соль ЭДДЯК, что решает проблему утилизации отработанного раствора после его нейтрализации, поскольку он может быть слит в канализацию.

Пример 3. Для осуществления промывки емкость наполняют технической водой и нагревают до температуры 50-80°C. При циркуляции воды добавляют ингибитор коррозии в количестве 0,1-0,2 мас. %. Через 10 минут, вместо динатриевой соли ЭДТА добавляется ЭДДЯК в количестве от 1 до 1,5 мас. %. Через 30-60 минут в раствор добавляют 2-5 мас. % сульфаминовой кислоты. Приготовленный моющий раствор должен иметь уровень рН от 0,5 до 4,5.

Полученным составом обрабатывают внутренние полости теплообменного оборудования (в частности, систем охлаждения тепловоза), в результате чего достигается их наиболее эффективная обработка в реверсивном режиме промывки. Кроме того, используемый моющий раствор содержит в качестве экологически безопасного компонента калиевую соль ЭДДЯК, что решает проблему утилизации отработанного раствора после его нейтрализации, поскольку он может быть слит в канализацию.

Пример 4. Для осуществления промывки емкость наполняют технической водой и нагревают до температуры 50-80°C. При циркуляции воды добавляют ингибитор коррозии в количестве 0,1-0,2 мас. %. Через 10 минут, вместо динатриевой соли ЭДТА добавляется ЭДДЯК в количестве от 1 до 1,5 мас. %. Через 30-60 минут в раствор добавляют 2-5 мас. % сульфаминовой кислоты. Приготовленный моющий раствор должен иметь уровень рН от 0,5 до 4,5.

Полученным составом обрабатывают внутренние полости теплообменного оборудования (в частности, систем охлаждения тепловоза), в результате чего достигается их наиболее эффективная обработка в реверсивном режиме промывки. Кроме того, используемый моющий раствор содержит в качестве экологически безопасного компонента аммонийную соль ЭДДЯК, что решает проблему утилизации отработанного раствора после его нейтрализации, поскольку он может быть слит в канализацию.

Пример 5. Для осуществления промывки емкость наполняют технической водой и нагревают до температуры 50-80°C. При циркуляции воды добавляют ингибитор коррозии в количестве 0,1-0,2 мас. %. Через 10 минут, вместо динатриевой соли ЭДТА добавляется ГМДДЯК в количестве от 1 до 1,5 мас. %. Через 30-60 минут в раствор добавляют 2-5 мас. % сульфаминовой кислоты. Приготовленный моющий раствор должен иметь уровень рН от 0,5 до 4,5.

Полученным составом обрабатывают внутренние полости теплообменного оборудования (в частности, систем охлаждения тепловоза), в результате чего достигается их наиболее эффективная обработка в реверсивном режиме промывки. Кроме того, используемый моющий раствор содержит в качестве экологически безопасного компонента литиевую соль ЭДДЯК, что решает проблему утилизации отработанного раствора после его нейтрализации, поскольку он может быть слит в канализацию.

Пример 6. Для осуществления промывки емкость наполняют технической водой и нагревают до температуры 50-80°C. При циркуляции воды добавляют ингибитор коррозии в количестве 0,1-0,2 мас. %. Через 10 минут, вместо динатриевой соли ЭДТА добавляется ГМДДЯК в количестве от 1 до 1,5 мас. %. Через 30-60 минут в раствор добавляют 2-5 мас. % сульфаминовой кислоты. Приготовленный моющий раствор должен иметь уровень рН от 0,5 до 4,5.

Полученным составом обрабатывают внутренние полости теплообменного оборудования (в частности, систем охлаждения тепловоза), в результате чего достигается их наиболее эффективная обработка в реверсивном режиме промывки. Кроме того, используемый моющий раствор содержит в качестве экологически безопасного компонента натриевую соль ЭДДЯК, что решает проблему утилизации отработанного раствора после его нейтрализации, поскольку он может быть слит в канализацию.

Пример 7. Для осуществления промывки емкость наполняют технической водой и нагревают до температуры 50-80°C. При циркуляции воды добавляют ингибитор коррозии в количестве 0,1-0,2 мас. %. Через 10 минут, вместо динатриевой соли ЭДТА добавляется ГМДДЯК в количестве от 1 до 1,5 мас. %. Через 30-60 минут в раствор добавляют 2-5 мас. % сульфаминовой кислоты. Приготовленный моющий раствор должен иметь уровень рН от 0,5 до 4,5.

Полученным составом обрабатывают внутренние полости теплообменного оборудования (в частности, систем охлаждения тепловоза), в результате чего достигается их наиболее эффективная обработка в реверсивном режиме промывки. Кроме того, используемый моющий раствор содержит в качестве экологически безопасного компонента калиевую соль ЭДДЯК, что решает проблему утилизации отработанного раствора после его нейтрализации, поскольку он может быть слит в канализацию.

Пример 8. Для осуществления промывки емкость наполняют технической водой и нагревают до температуры 50-80°C. При циркуляции воды добавляют ингибитор коррозии в количестве 0,1-0,2 мас. %. Через 10 минут, вместо динатриевой соли ЭДТА добавляется ГМДДЯК в количестве от 1 до 1,5 мас. %. Через 30-60 минут в раствор добавляют 2-5 мас. % сульфаминовой кислоты. Приготовленный моющий раствор должен иметь уровень рН от 0,5 до 4,5.

Полученным составом обрабатывают внутренние полости теплообменного оборудования (в частности, систем охлаждения тепловоза), в результате чего достигается их наиболее эффективная обработка в реверсивном режиме промывки. Кроме того, используемый моющий раствор содержит в качестве экологически безопасного компонента аммонийную соль ЭДДЯК, что решает проблему утилизации отработанного раствора после его нейтрализации, поскольку он может быть слит в канализацию.

Пример 9. Для осуществления промывки емкость наполняют технической водой и нагревают до температуры 50-80°C. При циркуляции воды добавляют ингибитор коррозии в количестве 0,1-0,2 мас. %. Через 10 минут, вместо динатриевой соли ЭДТА добавляется ИДЯК в количестве от 1 до 1,5 мас. %. Через 30-60 минут в раствор добавляют 2-5 мас. % сульфаминовой кислоты. Приготовленный моющий раствор должен иметь уровень рН от 0,5 до 4,5.

Полученным составом обрабатывают внутренние полости теплообменного оборудования (в частности, систем охлаждения тепловоза), в результате чего достигается их наиболее эффективная обработка в реверсивном режиме промывки. Кроме того, используемый моющий раствор содержит в качестве экологически безопасного компонента литиевую соль ЭДДЯК, что решает проблему утилизации отработанного раствора после его нейтрализации, поскольку он может быть слит в канализацию.

Пример 10. Для осуществления промывки емкость наполняют технической водой и нагревают до температуры 50-80°C. При циркуляции воды добавляют ингибитор коррозии в количестве 0,1-0,2 мас. %. Через 10 минут, вместо динатриевой соли ЭДТА добавляется ИДЯК в количестве от 1 до 1,5 мас. %. Через 30-60 минут в раствор добавляют 2-5 мас. % сульфаминовой кислоты. Приготовленный моющий раствор должен иметь уровень рН от 0,5 до 4,5.

Полученным составом обрабатывают внутренние полости теплообменного оборудования (в частности, систем охлаждения тепловоза), в результате чего достигается их наиболее эффективная обработка в реверсивном режиме промывки. Кроме того, используемый моющий раствор содержит в качестве экологически безопасного компонента натриевую соль ЭДДЯК, что решает проблему утилизации отработанного раствора после его нейтрализации, поскольку он может быть слит в канализацию.

Пример 11. Для осуществления промывки емкость наполняют технической водой и нагревают до температуры 50-80°C. При циркуляции воды добавляют ингибитор коррозии в количестве 0,1-0,2 мас. %. Через 10 минут, вместо динатриевой соли ЭДТА добавляется ИДЯК в количестве от 1 до 1,5 мас. %. Через 30-60 минут в раствор добавляют 2-5 мас. % сульфаминовой кислоты. Приготовленный моющий раствор должен иметь уровень рН от 0,5 до 4,5.

Полученным составом обрабатывают внутренние полости теплообменного оборудования (в частности, систем охлаждения тепловоза), в результате чего достигается их наиболее эффективная обработка в реверсивном режиме промывки. Кроме того, используемый моющий раствор содержит в качестве экологически безопасного компонента калиевую соль ЭДДЯК, что решает проблему утилизации отработанного раствора после его нейтрализации, поскольку он может быть слит в канализацию.

Пример 12. Для осуществления промывки емкость наполняют технической водой и нагревают до температуры 50-80°C. При циркуляции воды добавляют ингибитор коррозии в количестве 0,1-0,2 мас. %. Через 10 минут, вместо динатриевой соли ЭДТА добавляется ИДЯК в количестве от 1 до 1,5 мас. %. Через 30-60 минут в раствор добавляют 2-5 мас. % сульфаминовой кислоты. Приготовленный моющий раствор должен иметь уровень рН от 0,5 до 4,5.

Полученным составом обрабатывают внутренние полости теплообменного оборудования (в частности, систем охлаждения тепловоза), в результате чего достигается их наиболее эффективная обработка в реверсивном режиме промывки. Кроме того, используемый моющий раствор содержит в качестве экологически безопасного компонента аммонийную соль ЭДДЯК, что решает проблему утилизации отработанного раствора после его нейтрализации, поскольку он может быть слит в канализацию.