Результат интеллектуальной деятельности: Ингибитор коррозии и накипеобразования для обработки воды теплосетей и других теплофикационных систем

Область техники

Изобретение относится к химическим средствам ингибирования коррозии и солеотложения (накипеобразования) на обогреваемых металлических поверхностях, контактирующих с водной средой, и может быть использовано в тепловых сетях, в том числе с открытым водоразбором, а также применительно к другим сходным объектам различных отраслей промышленности.

Уровень техники

К ингибиторам коррозии и накипеобразования для систем теплоснабжения, в особенности с открытым водоразбором, предъявляются жесткие требования, определяемые прежде всего санитарно-гигиеническими нормами на питьевую воду (Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. / Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПиН 2.1.4.1074-01 с изменениями от 7 апреля 2009 г., 25 февраля, 28 июня 2010 г. [1]). В соответствии с этими нормами ингибиторы коррозии и накипеобразования не должны быть токсичными и не должны влиять на запах, привкус и цветность воды. Другая группа требований определяется условиями работы открытой и закрытой теплосети: ингибиторы должны сохранять эффективность при температурах воды до 150°С, при значительных концентрациях в воде сульфатов и хлоридов и при больших концентрациях кислорода. Ингибиторы должны защищать от коррозии углеродистую сталь и не вызывать коррозию цветных металлов.

Известны ингибиторы накипеобразования, в которых действующим веществом являются фосфорорганические кислоты, в частности оксиэтилендифосфоновая кислота (ОЭДФК), или ее цинковый комплекс (ZnОДЭФ) (О применении цинкового комплекса ОЭДФ в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения, / С.А. Потапов, Б.Н. Дрикер, Н.В. Цирульникова // Энергосбережение и водоподготовка, №3(30), 2004, стр. 57-60 [2]). Недостатком ингибиторов [2] является то, что ОЭДФК и ZnОДЭФ способны ингибировать только кальциевокарбонатное накипеобразование, но не ингибируют отложения сульфатов и соединений железа. При наличии в воде соединений железа выше 0,5 мг/кг эффективность ее существенно снижается, а при использовании в системах горячего водоснабжения доза ограничивается предельно допустимой концентрацией (ПДК) и зачастую является недостаточной для эффективного торможения процессов накипеобразования.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявляемому техническому решению является ингибитор совмещенно коррозии и накипеобразования, в состав которого входит нитрилотрисметиленфосфонатоцинкат (ZnНТФ) (Патент RU 2528540, C23F 11/167, 2014 [3]).

Защитное действие ZnНТФ, как индивидуального вещества в значительной степени ограничено физико-химическими свойствами воды, а также температурным и гидродинамическим режимами работы систем теплоснабжения. Нитрилотрисметиленфосфонатоцинкат наиболее эффективен только при концентрации не менее 30 мг/л. Вместе с тем, этот ингибитор не изменяет потенциал питтингообразования, следовательно, существует возможность дестабилизации пассивного состояния железа агрессивными анионами (Применение фосфорсодержащих комплексонов и комплексонатов в качестве ингибиторов коррозии металлов / С.Н. Степин и др. // Вестник Казанского Технологического Университета, №13, 2012, с. 88-98, [4]).

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности защиты теплосетей от коррозии и накипеобразования со стороны водной среды, а техническим результатом - создание химического реагента многофункционального действия с комбинацией компонентов, обеспечивающей эффективность ингибирования кислородной и электрохимической коррозии углеродистой стали, а также накипеобразования при соблюдении всех санитарно-эпидемиологических и технологических норм, предъявляевых по отношению к воде в теплосетях с закрытым и открытым водоразбором.

Решение указанной задачи путем достижения указанного технического результата обеспечивается тем, что ингибитор коррозии и накипеобразования для обработки воды теплосетей, представляющий собой реагент на основе фосфорсодержащих органических соединений,

согласно патентуемому изобретению,

содержит фосфонбутантрикарбоновую кислоту, аминотриметиленфосфоновую кислоту, оксиэтилендифосфоновую кислоту, полимер 2-метилпроп-2-еновой кислоты, метил-2-метилпроп-2-еноата, сополимер 2-метилпроп-2-еновой кислоты, 2-метилпроп-2-енамида, натрий пиросернистокислый, гидроксид натрия при следующем соотношении перечисленных компонентов в масс. % фосфонбутантрикарбоновую кислоту - в диапазоне 0,5…25,0; аминотриметиленфосфоновую кислоту - в диапазоне 0,5…10,0; оксиэтилендифосфоновую кислоту - в диапазоне 0,5…15,0; полимер 2-метилпроп-2-еновой кислоты - в диапазоне 0,5…10,0; метил-2-метилпроп-2-еноата - в диапазоне 0,5…10,0; сополимер 2-метилпроп-2-еновой кислоты - в диапазоне 0,1…8,0; 2-метилпроп-2-енамида - в диапазоне 0,1…8,0; натрий пиросернистокислый - в диапазоне 0,5…25; гидроксид натрия - в диапазоне 0,5…5,0; остальное до 100% - вода.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения и указанным техническим результатом подтверждается приведенными ниже результатами лабораторных испытаний заявляемого реагента.

Осуществление изобретения

Проверка эффективности заявляемого реагента в сравнении с известными ингибиторами коррозии и накипеобразования для тепловых сетей проводились в лабораторных условиях в соответствии с требованиями отраслевого стандарта (Методические указания по определению марки и оптимальной концентрации антинакипина для обработки подпиточной и сетевой воды систем теплоснабжения / РД 153-34.0-37.533-2001 [5]). Результаты измерений представлены в таблицах 1, 2, 3.

При обработке результатов осмотра образцовых пластинок в таблицах 1 и 2 в графе «максимальный размер кристаллитов» записывалась дробь, в числителе которой указывался часто встречающийся размер крупных кристаллитов, а в знаменателе - самый большой единичный кристаллит. Если рядом с цифрой стоит обозначение «ср», то этот единичный кристаллит состоит из сросшихся более мелких кристаллитов (обычно в виде изогнутой цепочки).

В таблицах 1, 2 в графах 4-8, где указано количество кристаллитов определенного размера для подпиточной воды без применения реагентов, приведено количество кристаллитов разных размеров в осмотренных полях, а для подпиточной воды с применением реагентов, приведены три цифры: левая цифра - это минимальное количество кристаллитов данного размера в осмотренных полях, правая цифра - максимальное и в середине - среднее значение количества кристаллитов данного типоразмера в осмотренных полях.

Результаты исследования скорости коррозии углеродистой стали при температуре 90-95°С для среднего значения количества кристаллитов приведены в таблице 3.

Результаты лабораторных исследований на соответствие реагента в применяемой концентрации требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 [6] приведены в таблице 4.

Как видно из приведенных таблиц, заявляемый новый реагент при той же концентрации в обрабатываемой воде обладает по сравнению с ближайшим аналогом значительно более высокими показателями эффективности ингибирования коррозии и накипеобразования, находясь по токсичности в существенно далеких пределах норм ПДК. При этом испытания по коррозионному воздействию на исследуемые образцы проводилось в отношении как кислородной, так и электрохимической коррозии. В практических условиях эксплуатации концентрация вводимого в подпиточную воду реагента должна определяться аналогичными лабораторными испытаниями, исходя из качества обрабатываемой воды. Рекомендуемые пределы значений указанных концентраций составляют 3-10 мг/л.

Промышленная применимость

Заявляемое изобретение отвечает условию «промышленная применимость». Сущность соответствующего технического решения раскрыта в формуле и описании достаточно ясно, а используемые компоненты химического состава реагента сами по себе известны и доступны для коммерческого приобретения в промышленных масштабах.