Результат интеллектуальной деятельности: Ингибитор коррозии и накипеобразования для применения в системах оборотного охлаждения электростанций или других промышленных предприятий

Область техники

Изобретение относится к составам химических средств для ингибирования коррозии и солеотложения (накипеобразования) в системах оборотного охлаждения электростанций, стоки которых направляются в водоемы имеющие рыбохозяйственное назначение либо в объекты хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Также изобретение применимо к другим сходным объектам различных отраслей промышленности.

Уровень техники

В последнее время в энергетике и в других отраслях промышленности для защиты оборудования от накипи и коррозионных процессов наиболее широкое применение получили смесевые реагенты многофункционального назначения. В большинстве случаев сброс продувочных вод обрабатываемых систем ведется непосредственно в различные водные объекты для которых существуют нормативы с указанием перечня предельно допустимых концентраций вредных веществ (приказ Министерства сельского хозяйства РФ от 13.12.2016 года №552 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения [1], ГН 2.1.5.1315-03: предельно допустимые концентрации (пдк) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования [2]). В связи с ужесточающимися требованиями к экологическому контролю в целом, компоненты смесевых ингибиторов коррозии и накипеобразования должны соответствовать указанным нормам ([1], [2]). Другим обязательным требованием к современным многофункциональным ингибиторам является высокая степень защиты от солеоотложения и коррозии углеродистой стали и медьсодержащих сплавов.

Известны ингибиторы накипеобразования, в которых действующим веществом являются фосфорорганические кислоты, в частности оксиэтилендифосфоновая кислота (ОЭДФК), или ее цинковый комплекс ZnOДЭФ) (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 [3]). Недостатком ингибиторов [3] являются высокий расход ОЭДФ и содержание соединений цинка, отнесенных к категории санитарно-токсикологического действия. Также данные ингибиторы не обеспечивают достаточной защиты медьсодержащих сплавов от коррозии.

Известен ингибитор коррозии и накипеобразования (Патент КНР 102198982, C02F 5/14, оп. 27.03.2013 [4]), содержащий 15-30% масс. 2-фосфонобутан-1,2,4-трикарбоновой кислоты и/или 5-20% масс. гидроксилфосфоноуксусной кислоты, 10-30% масс. аминтриметиленфосфоновой кислоты и/или 5-10% масс. 1-гидроксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты и/или 10-20% масс. полиакриловой кислоты и/или 5-20% масс. полималеиновой кислоты и 1-2% бензотриазола и/или 10-20% масс. сополимера фосфонкарбоксильной кислоты. Использование такого ингибитора [4] несмотря на применение фосфонатов, не позволяет в достаточной степени предотвратить защиту от коррозии и снизить содержание фосфат-иона в обрабатываемой воде.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявляемому техническому решению является ингибитор, включающий фосфонаты щелочных металлов, фосфонокарбоксильные кислоты и водорастворимые полимеры, при этом в качестве фосфонатов щелочных металлов используются оксиэтилидендифосфонаты, и/или нитрилотриметилфосфонаты, и/или аминометиленфосфонаты, и/или метилендифосфонаты, и/или гексаметилендиаминтетраметиленфосфонаты щелочных металлов. Дополнительно содержит до 5 мас. % бензотриазола и/или толилтриазола. (Патент RU 2580685, C23F 11/173, C02F 5/04, 2016 [5]).

Применение ингибитора [5] обеспечивает нормативное содержание фосфат иона в сбросных водах, однако не обеспечивает соблюдения норм ПДК по [1], [2], что делает невозможным его применение на объектах, стоки которых направляются в водоемы имеющие рыбохозяйственное назначение либо в объекты хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности защиты технологического оборудования от коррозии и накипеобразования со стороны водной среды, а техническим результатом - создание химического реагента многофункционального действия с комбинациями компонентов, обеспечивающими эффективность ингибирования коррозии углеродистой стали и медьсодержащих сплавов, а также предотвращение накипеобразования при соблюдении всех санитарно-эпидемиологических и технологических норм, предъявляемых по отношению к объектам хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, а также к объектам имеющим рыбохозяйственное значение.

Решение указанной задачи путем достижения указанного технического результата обеспечивается тем, что ингибитор коррозии и накипеобразования для применения в системах оборотного охлаждения электростанций или других промышленных предприятий, представляющий собой реагент на основе фосфорсодержащих органических соединений, полимеров и триазолов содержит нижеперечисленные компоненты в мас. %:

триполифосфат натрия и/или гексаметафосфат натрия 1-5;

1-гидроксиэтилендифосфоновая кислота: 20-35;

полимер проп-2-еновой кислоты с 2-гидроксипропил-проп-2-еноатом и проп-2-еноатом натрия и/или сополимер акрилата натрия и акрил амида: 10-30;

1,2,4-триазол и/или 1,2,3,- бензотриазол и/или толилтриазол: 0,5-2;

остальное до 100 мас. % вода.

Предлагаемый ингибитор позволяет обеспечивать высокую антикоррозионную защиту технологического оборудования, изготовленного из стали и латуни, предотвращать отложение солей в процессе эксплуатации водных охлаждающих систем, при этом наличие для каждого компонента смеси нормируемых ПДК в различных водах позволяет вести экологический контроль за их содержанием в продувочных водах предприятия соблюдая тем самым в полной мере все природоохранные законодательные акты РФ.

Высокая эффективность защиты от коррозии и солеотложений с использованием предложенного состава связана с оптимальным составом и введением определенной концентрации водорастворимых полимеров.

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 проводилась на стенде, моделирующем работу оборотного цикла. Использованный для испытаний стенд является действующей моделью вентиляторной градирни. В состав стенда входят градирня, циркуляционный насос, ротаметр, трубчатые электронагреватели (ТЭН), система определения скорости коррозии. Испытания проводились при температуре 50-60°С, расходе воды через змеевик 1,2-1,3 м³/ч, коэффициенте упаривания 2,5 в течение 20 дней для каждого состава при различных альтернативных комбинациях компонентов. Составы ингибитора коррозии и накипеобразования представлены в таблице 1.

Определение антикоррозионных свойств заявленного ингибитора проводилось на образцах из углеродистой стали (Ст3) в соответствии с ГОСТ 9.502-82 и латуни марки Л-63. Для расчета скорости коррозии использовали гравиметрический метод анализа. Подготовку образцов до испытаний и обработку их после испытаний проводят согласно ГОСТ 9-905-82. Для получения каждого значения (включая контрольный, без добавления ингибитора) скорости коррозии гравиметрическим методом использовали три образца. Скорость коррозии оценивали количественно по глубинному показателю П, мм/год, рассчитанному по формулам:

где Δm - убыль массы металла за время испытания; S - общая поверхность испытуемого образца (м²); τ - продолжительность испытания (часы).

Скорость накипеобразования (скорость образования отложений в единицу времени), г/(м²*ч) рассчитывается по формуле:

где Δm - прибыль массы (колличество отложений), S - площадь поверхности образца (м²), τ - продолжительность испытания (часы).

Эффективность ингибирования в % рассчитывалась по отношению к контрольному образцу (без применения ингибитора).

Полученные в результате анализа экспериментальных данных результаты по эффективности защиты металлов от коррозии и накипеобразования при дозе реагента 10 мг/л представлены в таблице №2.

Анализ полученных результатов показывает, что заявляемый реагент проявляет высокую эффективность в отношении накипеобразования и ингибирования коррозии стали и латуни. При этом скорость коррозии, скорость накипеобразования и эффективность ингибирования стали и латуни менялись незначительно при тестировании всех возможных альтернативных комбинаций перечисленных компонентов 1 го и 2 го составов, как это показано в таблице №2, в которой приведены диапазоны значений от наименьших до наибольших скоростей коррозии, скоростей накипеобразования и эффективности ингибирования, полученных в результе анализа экспериментальных данных для всех альтернативных комбинаций перечисленных компонентов в указанных мас. % содержаниях для 1 го и 2 го составов.

Результаты лабораторных исследований на соответствие реагента в применяемых концентрациях требованиям приказа Министерства сельского хозяйства РФ №552 [1] и ГН 2.1.5.1315-03 [2] приведены в таблице №3.

По токсикологическим и экологическим характеристикам заявляемый реагент полностью соответствует требованиям законодательных актов РФ. В практических условиях эксплуатации концентрация вводимого в подпиточную воду реагента должна определяться исходя из качества обрабатываемой воды. Рекомендуемые пределы применяемых 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.