Технологические особенности защиты внутренней поверхности стальных труб водоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технологические особенности защиты внутренней поверхности стальных труб водоснабжения

В настоящее время для Казахстана, как и для стран СНГ в целом, весьма актуальна проблема коррозии металлоконструкций и оборудования, контактирующих с нейтральными водными средами. При этом скорость внутренней коррозии трубопроводов составляет от 0,2-0,8 мм/год, без использования защитных мероприятий срок их службы составляет менее 10-12 лет.

Для типовых конструкционных сталей без защиты скорость коррозии составляет 0,2-0,5 мм/год. Главным ускорителем коррозии сталей является вода, запускающая механизм электрохимического разрушения, где вторым электродом становится большинство примесей (загрязнений, лигатур и т.д.) на поверхности и в структуре стали. Другим ускорителем процесса являются механические напряжения в металле всех видов, начиная с границ кристаллов микроструктуры стали [1].

Одним из наиболее экономичных и технологичных методов борьбы с внутренней коррозией стальных водоводов является антикоррозионная обработка воды специальными реагентами - ингибиторами [2].

Однако, большинство известных ингибиторов коррозии защищают металлы либо только в воде, либо только во влажной атмосфере. Поэтому проблемы коррозии резко обостряются в ситуациях, когда вода лишь частично покрывает поверхность металла, например, при эксплуатации емкостного оборудования и ванн, частично заполненных водой; при проведении операций по очистке металлической поверхности; при выпадении росы на поверхность изделия, при хранении и транспортировке и т.д.

Катодные ингибиторы тормозят катодный процесс. К их числу относятся различные травильные присадки, добавляемые в количестве 1 - 2% в кислоты для снятия окалины без разрушения основного металла.

Летучие ингибиторы, такие как нитрат натрия NaNO₂, применяют для пропитки бумаги, в которую заворачивают детали, подлежащие хранению или транспортировке. Испаряясь, они насыщают окружающее детали пространства, создавая защитную газовую среду. Летучие ингибиторы отличаются высокой эффективностью. Стальные изделия, завернутые в бумагу, обработанную NaNO₂, в условиях относительной влажности 85% не ржавеют в течение 5 лет. Преимуществом летучих ингибиторов является отказ от применения защитных покрытий, удобство расконсервации и постоянная готовность деталей к немедленному использованию без дополнительной обработки [3].

Несмотря на значительные потребности внутреннего рынка нашей республики в ингибиторах коррозии, отечественное производство данных реагентов в Казахстане отсутствует, а потребители (нефтепромыслы, хозяйственно-питьевое, промышленное водоснабжение) используют в основном импортные продукты. Одним из основных компонентов импортируемых ингибиторов являются хорошо растворимые полифосфаты натрия и композиции на их основе. Однако натриевые фосфаты при низких концентрациях способны ускорять коррозионный процесс в водах с малым солесодержанием. В водах же с высоким содержанием сульфат- и хлорид-ионов применение данных реагентов становится неэффективным из-за их повышенного расхода.

Исходя из изложенного весьма актуальной является задача создания технологических основ получения и применения новых ингибирующих композиций на основе полимерных фосфатов, существенно снижающих скорость коррозионных процессов, протекающих на внутренней поверхности стальных водоводов. С целью создания эффективной технологии антикоррозионной обработки воды реагентами, разрешенными к применению также и в питьевом водоснабжении, проведены исследования по разработке и оптимизации составов ингибирующих силикополифосфатных композиций.

Анализ полученных результатов, отраженных в таблице 1, показал, что развитие коррозионного процесса шло менее интенсивно, о чем свидетельствует и скорость коррозии стали - 0,54 мг/см²?сут. После испытаний, как и в случае полифосфата, поверхность образцов была покрыта крупными бляшками рыжего цвета высотой до 3 мм, под которыми наблюдали обширные язвы, свидетельствующие о развитии локальной коррозии.

Таблица 1. Весовые изменения и коррозионная стойкость стальных образцов в растворах силикополифосфатных композиций

Обработка воды силикополифосфатными композициями тормозит процесс внутренней коррозии, скорость которого минимальна в растворе, содержащем 1 мг/л полифосфата и 10 мг/л метасиликата натрия - 0,18 мг/см2?сут. Результаты наблюдения - на внутренней поверхности образцов образуется желтовато-серая защитная пленка, после механического удаления которой локальная коррозия отсутствует.

При снижении концентраций в смеси как силиката, так и полифосфата увеличивается скорость общей коррозии, которая рассчитана по потере массы образцов за время испытаний, и появляется локальная коррозия, как и в случае применения индивидуальных ингибиторов. Для объяснения полученных результатов был предложен следующий механизм процесса внутренней коррозии стальных водоводов при малых концентрациях силикополифосфатных ингибирующих композиций.

Известно, что в чистой воде при температурах ниже 25?С, основным продуктом коррозии в начальной стадии окисления является аморфный гидроксид железа (II), обладающий высокими защитными свойствами. В присутствии растворенного в воде кислорода данный продукт коррозии быстро «стареет» и превращается в различные кристаллические формы железоокисных соединений, состав которых зависит от гидродинамики потока и гидрохимической характеристики воды. Все вновь образующиеся кристаллические железоокисные соединения достаточно пористы, не препятствуют диффузии растворенного в воде кислорода к поверхности металла, т.е. его дальнейшему окислению [4].

При антикоррозионной обработке воды силикополифосфатной композицией возможна адсорбция метасиликат- и полифосфатных анионов аморфным гидроксидом железа. При этом в результате хемосорбционного взаимодействия может образовываться новый защитный слой, содержащий помимо гидроксида, фосфаты и ферросиликаты, что и подтверждается результатами ИК-спектроскопического и химического анализов. При малых концентрациях составляющих ингибирующей композиции процесс адсорбции силикат- и фосфатионов происходит не по всей поверхности, в результате чего возникают микрогальванические элементы, приводящие к развитию локальной коррозии и ускорению коррозионных процессов в целом, что и подтверждается данными эксперимента.

Антикоррозионная обработка воды смесью состава «1,0мг/л NaPO3 + 10,0 мг/л Na2SiO3» приводит к сдвигу стандартного потенциала исследуемого образца (-0,410В) в катодную область до значений -0,585В, который в течение всего периода испытаний остается постоянным. Снижение концентрации компонентов в 2 раза (смесь состава «0,5мг/л NaPO3 + 5,0 мг/л Na2SiO3») способствует тому, что в первые 48 часов потенциал сдвигается в катодную область до значений -0,540В, а затем начинает смещаться в анодную область, что свидетельствует о протекании анодного процесса растворения металла, что и приводит к увеличению скорости коррозии образца.

Таким образом, проведенные исследования позволили предложить оптимальный состав силикополифосфатной композиции для антикоррозионной обработки воды, транспортируемой стальными водоводами при строгом соблюдении заданного режима дозирования компонентов, так как любое отклонение может привести к снижению эффективности предложенной технологии.

Литература

коррозия стальной водовод фосфат

1. Семенова И. В. Коррозия и защита от коррозии. М.: Физматлит, 2002. 424 с.

2. Сагинжан А. С., Капралова В. И., Кубекова Ш. Н., Темиргалиева И. А. Синтез и исследование свойств новых кристаллических силикофосфатных ингибиторов коррозии металлов для водных сред // Известия МОН РК. Серия химическая, 2010. № 6. С. 57-59.

3. Галкин М. Л. Снижение коррозионной активности воды и скорости осадко- и накипеобразования как фактор эффективности и надежности работы оборудования // Химическая техника, 2009. № 1. С. 8-9.

4. Геннель Г. С., Галкин М. П. Ингибирование коррозии изделий из черных сталей // Конструктор. Машиностроитель, 2007. № 2. С. 22-23.

5. Хайдарова Г. Р. Ингибиторы коррозии для защиты нефтепромыслового оборудования // Современные проблемы науки и образования, 2014. № 6.

Размещено на Allbest.ru