СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ СОЛЕОТЛОЖЕНИЙ И КОРРОЗИИ В СИСТЕМАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
METHOD OF PREVENTING SCALING AND CORROSION IN WATER SUPPLY SYSTEMS

Изобретение относится к способам предотвращения отложений и коррозии и может быть использовано в системах оборотного водоснабжения, отопления, горячего водоснабжения.
Известен способ ингибирования солевых отложений в промышленных системах водоснабжения, отопления с использованием реагента ИОМС [Сравнительная оценка эффективности отечественных и импортных ингибиторов солеотложений / Б.Н.Дрикер, А.Л.Ваньков // «Энергосбережение и водоподготовка», №1, 2000, 55-59].
Однако этот способ неэффективен для ингибирования коррозии конструкционных сталей, а также при использовании одновременно с окисляющимися биоцидами, типа гипохлорита натрия, в присутствии которых происходит частичное разрушение органофосфонатов, входящих в состав ИОМС, и, как следствие, потеря эффективности.
3
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ ингибирования солевых отложений с использованием 2-фосфонобутан-1,2,4-трикарбоновой кислоты [Chemistry of organophosphonate scale growth inhibitors: 3. Physicochemical aspects of 2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylate (PBTC) and its effect on СаСО crystal growth / Konstantinos D.Demadis, Panos Lykoudis // Bioinorganic chemistry and applications. 2005. №3-4. С.15-17].
2-фосфонобутан-1,2,4-трикарбоновая кислота (ФБТК) устойчива к действию биоцидов, но недостаточно эффективна при использовании в качестве ингибитора солеотложений и ингибитора коррозии конструкционных сталей.
Задачей данного изобретения является разработка ингибитора многоцелевого назначения, устойчивого к действию биоцидов.
Поставленная задача достигается тем, что предложен способ предотвращения солеотложений и коррозии в системах водоснабжения путем введения в обрабатываемую воду смеси 2-фосфонобутан-1,2,4-трикарбоновой кислоты и ингибитора отложений минеральных солей при массовом соотношении 1:9-1:1 соответственно.
Реагент ИОМС представляет собой смесь комплексонов, содержащих аминоалкилфосфоновые группы следующего состава: натриевая соль нитрилтриметиленфосфоновой кислоты и натриевая соль метилиминобисметиленфосфоновой кислоты, выпускаемый в промышленности химическим комбинатом «Нитон» по ТУ 2415-013-59945303-2009. Кроме того, в качестве ингибиторов отложений минеральных солей могут использоваться для этих целей оксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФК) - широко применяется в теплоэнергетике, ПАФ-13 (соли полифминометиленфосфоновой кислоты), применяемый в нефтяной промышленности.
2-фосфонобутан-1,2,4-трикарбоновая кислота (ФБТК) имеет структурную формулу:
Заявленное изобретение иллюстрируется следующими примерами, проведенными с целью изучения ингибирующих свойств по предотвращению солеотложений и коррозии.
Пример 1
В «умягченную» воду машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) ОАО «Северского трубного завода» состава: жесткость общая 0,1 мг-экв/л, щелочность 1,9 мг-экв/л, железо общее 0,81 мг/л, сульфаты 82 мг/л, хлориды14,2 мг/л, взвешенные вещества 4 мг/л, гипохлорит натрия (биоцид) 10 мг/л, рН=7,4 вводили композицию из ИОМС и ФБТК при массовом соотношении от 1:0 до 0:1 в количестве 10 мг/л. Скорость коррозии измеряли притемпературе 20°С при перемешивании (1,2 м/сек) в непроточной ячейке двухэлектродными зондами, изготовленными из конструкционной стали - ст. 3 - коррозиметром «Эксперт - 004». Коэффициент торможения рассчитывали по формуле
<mrow><mi>K</mi><mo>=</mo><msub><mi>a</mi><mn>0</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>a</mi><mi>j</mi></msub><mo>,</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
где К - коэффициент торможения;
0
a - скорость коррозии в контрольном опыте (без реагента);
j
a - скорость коррозии с реагентом.
Ошибка измерения составляет не более 10%.
Данные представлены в табл.1.
Из данных, представленных в табл. 1, видно, что композиция при массовом соотношении ФБТК:ИОМС 1:9-1:1 существенно снижает величину скорости коррозии. При этом в заявляемых соотношениях присутствующий в составе воды окисляющийся биоцид - гипохлорит натрия - отрицательно не сказывается на ингибирующих свойствах заявляемой композиции. Отсутствие в составе ФБТК (соотношение ФБТК:ИОМС=0:1) отрицательно сказывается на ингибирование процессов коррозии в присутствии гипохлорита натрия. Изменение соотношения ФБТК:ИОМС до 7:3 и до 1:12 также отрицательно сказывается на ингибирующих свойствах композиции (п.3 и п.8 табл.1).
Пример 2
«Техническая» вода (объемом 500 мл) ОАО «Челябинского цинкового завода» состава: жесткость общая 4,1 мг-экв/л, жесткость кальциевая 2,2 мг-экв/л, щелочность 2,6 мг-экв/л, железо 0,25 мг/л, марганец 0,02 мг/л, рН=8,2, окисляемость перманганатная 6 мг/л, окисляющийся биоцид - дибромнитрилпропионамид - 10 мг/л и композиции ФБТК:ИОМС=1:0-0:1, взятых в количестве 5 мг/л, кипятили в колбах с обратным холодильником в течение 2 часов. Эффективность оценивали по количеству отложений, образовавшихся на внутренней поверхности колб. Отложения растворяли в кислоте, нейтрализовали щелочью. Количество отложений определяли по стандартной методике комплексонометрическим методом.
Эффективность ингибирования солеотложений рассчитывали по формуле:
<mrow><mi>Э</mi><mi>%</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>а</mi><mi>к</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>а</mi><mi>р</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>а</mi><mi>к</mi></msub></mrow></mfrac><mo>×</mo><mn>100</mn><mi>%</mi><mo>,</mo><mtext>                     (2)</mtext></mrow>
к
где а - количество отложений в контрольном опыте, мг;
р
а - количество отложений с реагентом, мг.
Данные представлены в таблице 2.
Из данных, представленных в табл.2, видно, что композиция в массовом соотношении ФБТК:ИОМС=1:9-1:1 более эффективна и в качестве ингибитора солеотложений. Если в случае ингибирования коррозии конструкционных сталей, высокую ингибирующую способность можно объяснить синергетическим действием композиции, то в случае ингибирования солеотложений присутствие в составе композиции ФБТК препятствует окислению компонентов, входящих в состав ИОМС до ортофосфатов в присутствии окисляющего биоцида дибромнитрилпропионамид. Косвенным свидетельством этого является наличие в составе отложений в отсутствие или недостаточном количестве ФБТК, наряду с карбонатом кальция, фосфата кальция в количестве до 20% от общей массы осадка. Отсутствие в составе ФБТК (соотношение ФБТК:ИОМС=0:1) отрицательно сказывается на ингибирование процессов солеотложений в присутствии дибромнитрилпропионамида. Изменение соотношения ФБТК:ИОМС до 7:3 и ФБТК:ИОМС до 1:12 также отрицательно сказывается на ингибирующих свойствах композиции (п.3 и п.8 табл.2).
Пример 3
В «умягченную» воду машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) ОАО «Северского трубного завода» состава: жесткость общая 0,1 мг-экв/л, щелочность 1,9 мг-экв/л, железо общее 0,81 мг/л, сульфаты 82 мг/л, хлориды 14,2 мг/л, взвешенные вещества 4 мг/л, гипохлорит натрия (биоцид) 10 мг/л, рН=7,4 вводили композицию из ОЭДФК и ФБТК при массовом соотношении от 1:0 до 0:1 в количестве 10 мг/л. Скорость коррозии измеряли при температуре 20°С при перемешивании (1,2 м/сек) в непроточной ячейке двухэлектродными зондами, изготовленными из конструкционной стали - ст.3 коррозиметром «Эксперт - 004».
Данные представлены в табл.3.
Из данных, представленных в табл.3, видно, что композиция при массовом соотношении ФБТК:ОЭДФК 1:9-1:1 существенно снижает величину скорости коррозии. При этом присутствие окисляющегося биоцида - гипохлорита натрия - отрицательно не сказывается на ингибирующих свойствах композиции в заявляемых соотношениях.
Пример 4
«Техническая» вода (объемом 500 мл) ОАО «Челябинского цинкового завода» состава: жесткость общая 4,1 мг-экв/л, жесткость кальциевая 2,2 мг-экв/л, щелочность 2,6 мг-экв/л, железо 0,25 мг/л, марганец 0,02 мг/л, рН=8,2, окисляемостъ перманганатная 6 мг/л, окисляющийся биоцид-дибромнитрилпропионамид 10 мг/л и композиции ФБТК:ОЭДФК=1:0-0:1, взятых в количестве 5 мг/л, кипятили в колбах с обратным холодильником в течение 2 часов. Эффективность оценивали по количеству отложений, образовавшихся на внутренней поверхности колб. Отложения растворяли в кислоте, нейтрализовали щелочью. Количество отложений определяли по стандартной методике комплексонометрическим методом.
Данные представлены в табл.4.
Из данных, представленных в табл.4, видно, что композиция в массовом соотношении ФБТК:ОЭДФК=1:9-1:1 более эффективна и в качестве ингибитора солеотложений. Если в случае ингибирования коррозии конструкционных сталей, высокую ингибирующую способность можно объяснить синергетическим действием композиции, то в случае ингибирования солеотложений присутствие в составе композиции ФБТК препятствует окислению ОЭДФК до ортофосфатов в присутствии биоцида.
Пример 5
В «умягченную» воду машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) ОАО «Северского трубного завода» состава: жесткость общая 0,1 мг-экв/л, щелочность 1,9 мг-экв/л, железо общее 0,81 мг/л, сульфаты 82 мг/л, хлориды 14,2 мг/л, взвешенные вещества 4 мг/л, гипохлорит натрия (биоцид) 10 мг/л, рН=7,4 вводили композицию из ПАФ-13 и ФБТК при массовом соотношении от 1:0 до 0:1 в количестве 10 мг/л. Скорость коррозии измеряли при температуре 20°С при перемешивании (1,2 м/сек) в непроточной ячейке двухэлектродными зондами, изготовленными из конструкционной стали - ст.3 коррозиметром «Эксперт-004».
Данные представлены в табл.5.
Из данных, представленных в табл.5, видно, что композиция при массовом соотношении ФБТК:ПАФ-13 1:9-1:1 существенно снижает величину скорости коррозии. При этом присутствие окисляющегося биоцида - гипохлорита натрия отрицательно не сказывается на ингибирующих свойствах композиции в заявляемых соотношениях.
Пример 6
«Техническая» вода (объемом 500 мл) ОАО «Челябинского цинкового завода» состава: жесткость общая 4,1 мг-экв/л, жесткость кальциевая 2,2 мг-экв/л, щелочность 2,6 мг-экв/л, железо 0,25 мг/л, марганец 0,02 мг/л, рН=8,2, окисляемость перманганатная 6 мг/л, окисляющийся биоцид-дибромнитрилпропионамид 10 мг/л - и композиции ФБТК:ПАФ-13=1:0-0:1, взятых в количестве 5 мг/л, кипятили в колбах с обратным холодильником в течение 2 часов. Эффективность оценивали по количеству отложений, образовавшихся на внутренней поверхности колб. Отложения растворяли в кислоте, нейтрализовали щелочью. Количество отложений определяли по стандартной методике комплексонометрическим методом.
Данные представлены в табл.6.
Из данных, представленных в табл.6, видно, что композиция в массовом соотношении ФБТК:ПАФ-13=1:9-1:1 более эффективна и в качестве ингибитора солеотложений. Если в случае ингибирования коррозии конструкционных сталей, высокую ингибирующую способность можно объяснить синергетическим действием композиции, то в случае ингибирования солеотложений присутствие в составе композиции ФБТК препятствует окислению компонентов, входящих в состав ПАФ-13, до ортофосфатов в присутствии биоцида.
Как видно из представленных данных, заявляемый способ позволяетосуществить эффективное ингибирование коррозии и солеотложений в системах водоснабжения в присутствии окисляющихся биоцидов.
Таблица 1
Скорость коррозии в присутствии биоцида
№ п/п
Композиция
Массовое соотношение
Скорость коррозии, мкм/год
Коэффициент торможения
1
Контрольный
-
202
-
2
ФБТК:ИОМС
0:1
170
1,2
(аналог)
3
ФБТК:ИОМС
1:0
132
1,5
(прототип)
4
ФБТК:ИОМС
1:12
165
1,2
(контроль)
5
ФБТК:ИОМС
1:9
12
16,8
(по изобретению)
6
ФБТК:ИОМС
3:7
23
8,8
(по изобретению)
7
ФБТК:ИОМС
1:1
22
9,2
(по изобретению)
8
ФБТК:ИОМС
7:3
135
1,5
(контроль)
Таблица 2
Влияние композиций на ингибирование солеотложений
№ п/п
Композиция
Массовое соотношение
Количество отложений, мг
Эффективность,%
1
Контроль
-
18,3
0,0
2
ФБТК:ИОМС
0:1
5,4
70,5
(аналог)
3
ФБТК:ИОМС
1:0
3,2
82,5
(прототип)
4
ФБТК:ИОМС
1:12
5,4
70,5
(контроль)
5
ФБТК:ИОМС
1:9
0,7
96,2
(по изобретению)
6
ФБТК:ИОМС
3:7
0,5
97,3
(по изобретению)
7
ФБТК:ИОМС
1:1
1,4
92,3
(по изобретению)
8
ФБТК:ИОМС
7:3
3,4
81,4
(контроль)
Таблица 3
Скорость коррозии в присутствии биоцида
№ п/п
Композиция
Массовое соотношение
Скорость коррозии, мкм/год
Коэффициент торможения
1
Контрольный
-
202
-
2
ФБТК:ОЭДФК
0:1
168
1,2
(прототип)
3
ФБТК:ОЭДФК
1:0
132
1,5
(прототип)
4
ФБТК:ОЭДФК
1:9
48
4,2
(по изобретению)
5
ФБТК:ОЭДФК
3:7
53
3,8
(по изобретению)
6
ФБТК:ОЭДФК
1:1
52
3,9
(по изобретению)
7
ФБТК:ОЭДФК
7:3
140
1,4
(по изобретению)
Таблица 4
Влияние композиций на ингибирование солеотложений
№ п/п
Композиция
Массовое соотношение
Количество отложений, мг
Эффективность, %
1
Контроль
-
18,3
0,0
2
ФБТК:ОЭДФК
0:1
16,7
8,7
(аналог)
3
ФБТК:ОЭДФК
1:0
5.0
72,7
(прототип)
4
ФБТК:ОЭДФК
1:9
2,5
86,3
(по изобретению)
5
ФБТК:ОЭДФК
3:7
2,3
87,4
(по изобретению)
6
ФБТК:ОЭДФК
1:1
3,2
82,5
(по изобретению)
7
ФБТК:ОЭДФК
7:3
5,2
71,6
(по изобретению)
Таблица 5
Скорость коррозии в присутствии биоцида
№ п/п
Композиция
Массовое соотношение
Скорость коррозии, мкм/год
Коэффициент торможения
1
Контрольный
-
202
-
2
ФБТК:ПАФ-13
0:1
122
1,6
(прототип)
3
ФБТК:ПАФ-13
1:0
132
1,5
(прототип)
4
ФБТК:ПАФ-13
1:9
38
5,3
(по изобретению)
5
ФБТК:ПАФ-13
3:7
43
4,7
(по изобретению)
6
ФБТК:ПАФ-13
1:1
49
4,1
(по изобретению)
7
ФБТК:ПАФ-13
7:3
110
1,8
(по изобретению)
Таблица 6
Влияние композиций на ингибирование солеотложений
№ п/п
Композиция
Массовое соотношение
Количество отложений, мг
Эффективность, %
1
Контроль
-
18,3
0,0
2
ФБТК:ПАФ-13
0:1
12,7
30,6
(аналог)
3
ФБТК:ПАФ-13
1:0
5,0
72,7
(прототип)
4
ФБТК:ПАФ-13
1:9
2,4
86,8
(по изобретению)
5
ФБТК:ПАФ-13
3:7
2,2
87,9
(по изобретению)
6
ФБТК:ПАФ-13
1:1
2,9
84,2
(по изобретению)
7
ФБТК:ПАФ-13
7:3
5,0
72,7
(по изобретению)