ВОДОРАСТВОРИМЫЙ ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ
WATER-SOLUBLE METALS CORROSION INHIBITOR

Изобретение относится к составам для ингибирования коррозии и солеотложений в теплообменном оборудовании систем технического водоснабжения бытового и промышленного назначения, выполненном из низкоуглеродистых сталей.
Известен водорастворимый ингибитор коррозии металлов, включающий, мас.%: фосфаты этаноламинов или продуктов аминирования дихлорэтана аммиаков 45,0-75,0 и ортофосфорную кислоту 25,0-55,0 (RU 1327579, кл. C23F 11/08, 11/16, 10.09.1995).
Недостатком известного ингибитора является то, что входящие в его состав фосфаты при контакте с жесткой водой выпадают в осадок и образуют отложения на теплопередающих поверхностях оборудования систем водоснабжения.
Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является водорастворимый ингибитор коррозии металлов, содержащий, мас.%: триполифосфат натрия 83,4, хлорид хрома 8,3 и аминокислоты или их соли 8,3 (Алцыбеева А.И., Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов. - Л: Химия, 1968. - С.119).
Недостатком данного ингибитора является его относительно низкая защитная эффективность от коррозии (85-87%) и солеотложений (80-84%). Кроме того, данный состав малоэффективен при защите теплообменного оборудования от коррозионно-механического разрушения в статических условиях.
Техническим результатом изобретения является создание ингибитора, позволяющего повысить эффективность защиты от коррозии и отложения солей, а также для защиты от коррозионно-механического разрушения теплообменного оборудования из черных металлов.
Данный результат достигается тем, что водорастворимый ингибитор коррозии, включающий триполифосфат натрия и азотсодержащее соединение, в качестве азотсодержащего соединения содержит борат этаноламина при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Триполифосфат натрия (ТПФ)
10,0-20,0
Борат этаноламина
80,0-90,0
Отличительной особенностью предложенного технического решения является то, что при сочетании бората этаноламина и ТПФ возникает синергетический эффект усиления моющих, защитных и водовытесняющих свойств ингибитора.
Введение ТПФ и бората при других количественных соотношениях, кроме заявленных, не позволяет достигнуть синергетического эффекта усиления защитных свойств.
5
3
10
Триполифосфат натрия формулы NaРО является продуктом переработки термической ортофосфорной кислоты и имеет следующие физико-химические показатели (ГОСТ 13493-86 с изменениями 1, 2, 3):
массовая доля пятиокиси фосфора, % не менее
56,5
массовая доля триполифосфата натрия, % не менее
92,0
массовая доля первой формы триполифосфата натрия, % не более
10,0
массовая доля железа, % не более
0,02
массовая доля нерастворимых в воде веществ, % не более
0,13
рН 1% водного раствора
9,7±0,3
Бораты атаноламинов (БЭА) представляют собой продукты взаимодействия борной кислоты с моно-, ди- или триэтаноламином.
Борат моноэтаноламина (БМЭА) получают по следующей схеме:
2
2
2
3
3
2
2
2
2
HNCHCHOH+НВО→НNCHСНОВ(ОН)
Борат диэтаноламина (БДЭА) получают по схеме:
2
2
2
3
3
2
2
2
HN(СНCHOH)+НВО→HN(СНCHO)ВОН
Борат триэтаноламина (БТЭА) получают по схеме:
2
2
3
3
3
2
2
3
N(СНCHOH)+НВО→(СНCHO)В
Технология получения БЭА заключается в следующем.
В колбу, снабженную механической мешалкой, термометром и насадкой Дина-Старка, загружают 2 моля ЭА (121 г МЭА, 210 г ДЭА или 298 г ТЭА). После нагревания ЭА до 100-110°С в колбу вводят 62 г (1 моль) борной кислоты и проводят реакцию конденсации при температуре 160-180°С до прекращения выделения воды. После охлаждения до 70-80°С в полученный продукт добавляют 132 г воды. Бораты этаноламинов представляют собой прозрачные светло-желтые растворы с рН 10-11 и аминным числом 185-195 мг HCl/г.
Технология приготовления ингибитора заключается в следующем.
Борат этаноламина (БМЭА, БДЭА или БТЭА) и ТПФ смешивают в заявленном соотношении компонентов до получения однородного состава. Рабочая концентрация полученного ингибитора в воде составляет 1-2 мас.%.
Составы образцов предложенного водорастворимого ингибитора коррозии (ВИК) представлены в табл.1.
2
2
2
4
Коррозионные испытания и испытания на коррозионно-усталостную прочность образцов низкоуглеродистой стали марки Ст 3 кп проводили в искусственной воде на основе оборотной промышленной воды следующего состава, мг/л: CaCl - 294,8; NaCl - 36,0; NaSO - 391,4; NaOH - 38,0.
Коррозионные испытания выполняли с помощью потенциостата П-5848 на вращающемся дисковом электроде из стали Ст 3 кп при скорости движения воды 1 м/с, температуре 20°С и концентрации ингибитора 2,0 мас.%. (табл.2).
Испытания на коррозионно-усталостное разрушение производили по ГОСТ 12860-67 при нагрузке 330 МПа, температуре >20°С и концентрации ингибитора 2,0 мас.% (табл.3).
3
-
2+
Антинакипные свойства определяли в ультратермостате в стальных тиглях при 60°С и времени выдержки 5 ч. Испытания проводили в природной грунтовой воде с общей жесткостью 14,8 мг-экв/л, содержащей НСО  - 5,2 мг-экв/л и Са - 9,6 мг-экв/л (табл.4).
Использование предложенного ингибитора коррозии позволит надежно защитить теплообменники из низкоуглеродистых сталей систем оборотного технического водоснабжения от коррозии и солеотложений.
Таблица 1
Составы предложенного ингибитора
Компоненты
Содержание компонентов по примерам, мас.%
1
2
3
4
5
ТПФ
10,0
15,0
20,0
9,0
21,0
БМЭА
90,0
91,0
БДЭА
85,0
89,0
БТЭА
80,0
Таблица 2
Результаты коррозионных испытаний предложенного ингибитора
Показатель
Вода, содержащая предложенный ВИК по примерам
Вода, содержащая ВИК по прототипу
Вода без ВИК
1
2
3
4
5
Скорость коррозии стали Ст 3 кп, мА/см<sup>2</sup>
0,34
0,33
0,35
0,42
0,45
0,50
3,47
Степень защиты от коррозии стали Ст 3 кп, %
93
95
94
87
85
87
-
Таблица 3
Влияние предложенного ингибитора на коррозионно-усталостное разрушение стали Ст 3 кп
Показатель
Вода, содержащая предложенный ВИК по примерам
Вода, содержащая ВИК по прототипу
Вода без ВИК
1
2
3
4
5
Число циклов N·10<sup>5</sup>
1,73
1,75
1,74
1,58
1,62
1,38
1,05
Степень защиты от коррозионно-усталостного разрушения, %
92
94
93
78
81
44
-
Таблица 4
Степень защиты Z (%) от накипеобразования в природной грунтовой воде при 60°С
Среда, концентрация ингибитора, мас.%
Общая жесткость, мг-экв/л
НСО<sub>3</sub> <sup>-</sup> мг-экв/л
Са<sup>2+</sup> мг-экв/л
Z
Исходная вода
14,8
9,6
5,2
-
Прототип
0,5
10,0
6,4
3,6
80
1,0
11,6
7,9
3,7
83
2,0
12,4
8,0
4,4
84
Предложенный ингибитор
0,5
9,6
5,6
4,0
85
1,0
12,8
8,4
4,4
96
2,0
14,8
9,8
5,0
100