СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОРРОЗИОННОЙ АКТИВНОСТИ ГЛИКОЛЕЙ В ТЕПЛООБМЕННОМ ОБОРУДОВАНИИ
METHOD FOR DETERMINING THE CORROSION ACTIVITY OF GLYCOLS IN HEAT EXCHANGE EQUIPMENT

Изобретение относится к области исследований коррозионных процессов и может быть использовано при определении скорости коррозии стали и коррозионной активности гликолей в теплообменном оборудовании.
Из области теплообменного оборудования известно, что при эксплуатации систем обогрева и охлаждения, используемые в качестве теплоносителя гликоли и водногликолевые растворы претерпевают ухудшение свойств, что связано с их температурной деградацией. Повышается коррозионная активность гликолей, сопровождающаяся уменьшением рН среды в результате образования из гликолей органических кислот при воздействии кислорода, а также образованием кислых продуктов в результате термодеструкции гликолей. При этом, за счет образования коррозионных отложений на теплообменном оборудовании при эксплуатации гликолевых систем отмечается снижение их производительности до 30%, а также увеличение расходов на техническое обслуживание и ремонт.
Известен способ исследования коррозии внутренних поверхностей трубопроводов и цилиндрических сосудов [патент РФ №2300093, G01N 17/00, опубл. 27.05.2007 бюл. №15], включающий введение, размещение, выдерживание образца-свидетеля в коррозионно-агрессивной среде, его извлечение и исследование гравиметрическим методом.
Недостатком известного способа является высокая трудоемкость способа, так как для обеспечения постоянства условий эксперимента требуется одновременное размещение вблизи внутренних поверхностей трубопроводов и цилиндрических сосудов серии образцов-свидетелей, извлекаемых и исследуемых поочередно в течение всего срока эксплуатации трубопроводов и сосудов.
Известен способ измерения скорости коррозии металлов и сплавов [патент РФ №2185612, G01N 17/00, опубл. 20.07.2002, бюл. №20], включающий размещении образца в коррозионной среде, измерении потенциала коррозии, наложении на образец постоянного потенциала, равного потенциалу коррозии, изменении скорости сопряженной катодной реакции за счет изменения скорости обтекания образца коррозионной средой при постоянной концентрации деполяризатора, выдержке образца в коррозионной среде до установившегося значения тока, измерении этого значения тока, установлении приложенного к образцу потенциала величиной равной -0,55 В НВЭ и измерении установившегося значения предельных токов при измененном и исходном режимах обтекания образца коррозионной средой, определении по трем измеренным значениям токов расчетным путем тока коррозии, по величине которого судят о скорости коррозии образца.
Известен способ определения скорости коррозии и устройство для его реализации [патент РФ №2159929, G01N 17/00, опубл. 27.11.2000, бюл. №33], включающий измерение поляризационного сопротивления Rpb двух электродов, выполненных из одного основного металла, измерение поляризационного сопротивления Rpo двух электродов, выполненных из разнородных металлов, одним из которых является основной металл - вспомогательный электрод, вторым - контролируемый металл - рабочий электрод.
Известен способ измерения скорости коррозии металлов и сплавов [патент РФ №2094773, G01N 17/00, опубл. 27.10.1997], включающий размещение образца в коррозионной среде, измерение потенциала коррозии, изменение содержания деполяризатора в среде, наложение на образец постоянного потенциала, равного потенциалу коррозии, выдержку образца при этом потенциале до установившегося значения тока и определение величины этого тока, по которой судят о величине коррозии, причем выдержку образца при потенциале коррозии и изменение содержания деполяризатора производят одновременно, а содержание деполяризатора изменяют частично на требуемую величину, при этом изменение содержания деполяризатора производят в сторону уменьшения или увеличения.
Недостатками указанных способов является невозможность определения коррозионной активности гликолей в теплообменном оборудовании, не являющихся электролитами.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и взятым за прототип является способ определения коррозионной активности топлив для реактивных двигателей [патент РФ №2378640, G01N 17/00, опубл. 10.01.2010, бюл. №1], включающий взаимодействие в реакционной емкости специально подготовленной контрольной пластины и анализируемого топлива при температуре 150°С в течение 3 ч, в процессе которого фиксируют текущие значения электрического сопротивления контрольной пластины Ri, строят графическую зависимость изменения электрического сопротивления по времени Ri=f(τi), определяют мгновенные скорости изменения электрического сопротивления контрольной пластины, из которых выбирают максимальное значение этой скорости Vmax, по которой определяют момент времени τVmax, соответствующий максимальной скорости, и по графической зависимости Ri=f(τi) находят значение электрического сопротивления RVmax для этого момента времени, в качестве информационного показателя коррозионной активности топлив используют разность между RVmax и начальным значением электрического сопротивления Rнач, сравнивают полученную величину с максимально допустимым значением, за которое принимают 200 Ом, и при значении информационного показателя более 200 Ом топливо для реактивных двигателей считают коррозионно-активным.
Основными недостатками известного способа определения коррозионной активности топлив для реактивных двигателей являются:
1) Высокая трудоемкость и длительность определения коррозионной активности среды, требующая размещения специально подготовленной контрольной пластины и анализируемого топлива в реакционной емкости и снятия текущих значений электрического сопротивления контрольной пластины при температуре 150°С в течение 3 ч.
2) Недостаточная достоверность способа в силу отсутствия учета процессов поляризации контрольной пластины, при которой ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента происходят в разных процессах актах, и скорость этих процессов зависит от потенциала металла. Процессы электрохимической коррозии контролируются не только температурой, концентрацией реагирующих веществ, природой и составом сплава и другими параметрами, но и потенциалом металлической поверхности.
3) Сложность стандартизации испытаний, невозможность обеспечения одинаковой предварительной подготовки поверхности всех исследуемых металлических образцов.
Задачей изобретения является создание способа определения коррозионной активности гликолей в теплообменном оборудовании, устраняющего недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости и длительности определения коррозионной активности гликолевых сред, а также повышение его достоверности.
Поставленная задача и технический результат достигаются за счет того, что в способе определения коррозионной активности гликолей в теплообменном оборудовании, включающем взаимодействие в реакционной емкости гликоля и рабочего электрода, выполненного из марки стали теплообменного оборудования, при этом ячейка дополнительно содержит вспомогательный графитовый электрод и электрод сравнения, к электроду сравнения и рабочему электроду подключают вольтметр, вспомогательный графитовый и рабочий электроды через амперметр подключают к источнику постоянного тока с возможностью регулировки выходного тока и смены полярности электрических выводов, последовательно выполняют анодную и катодную поляризацию рабочего электрода с дискретным повышением выходного тока источника постоянного тока, строят потенциостатическим методом вольтамперные графики катодной и анодной поляризации, по углу между графиками анодной и катодной поляризации, определяют коррозионную активность гликоля.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, 2, 3, 4. На фиг. 1 показана схема измерительной установки: 1 - проба водного раствора гликоля; 2 - ячейка; 3 - электрод сравнения; 4 - вспомогательный графитовый электрод; 5 - рабочий электрод; 6 - вольтметр; 7 - амперметр; 8 - источник постоянного тока. На фиг. 2 показана поляризационная диаграмма: 9 - графики поляризации; 10 - угол между графиками поляризации. На фиг. 3 показана поляризационная диаграмма для случая низкой коррозионной активности водного раствора гликоля. На фиг. 4 показана поляризационная диаграмма для случая высокой коррозионной активности водного раствора гликоля.
Изобретение реализуется следующим образом.
Пробу водного раствора гликоля 1 (фиг. 1) помещают в химическую ячейку 2, дополнительно оснащенную неполяризующимся электродом сравнения 3, графитовым вспомогательным электродом 4 и стальным рабочим электродом 5. К электроду сравнения 3 и рабочему электроду 5 электрически подключают вольтметр 6. Вспомогательный графитовый электрод 4 и рабочий электрод 5, через амперметр 7 электрически подключают к источнику постоянного тока 8 с возможностью регулировки выходного тока и смены полярности электрических выводов.
Последовательно выполняют анодную и катодную поляризацию рабочего электрода 5 с дискретным повышением выходного тока источника постоянного тока 8.
На каждом этапе повышения выходного тока источника постоянного тока 8 фиксируют показания вольтметра 6 и амперметра 7, в результате измерений получают поляризационную диаграмму (фиг. 2) в координатах «поляризационный потенциал - десятичный логарифм тока поляризации», включающую два графика анодной и катодной поляризации 9 в виде прямолинейных отрезков.
В зависимости от угла 10 (фиг. 2) между графиками катодной и анодной поляризации 9, определяют коррозионную активность водного раствора гликоля 1 (фиг. 1). Чем меньше угол 10 в диапазоне от 180° до 30°, тем выше коррозионная активность водного раствора гликоля 1.
Пример.
Отбирают в достаточном объеме пробу водного раствора гликоля 1 (фиг. 1) и помещают ее в химическую стеклянную ячейку 2. Выполняют нагрев помещенной в ячейку 2 пробы водного раствора гликоля 1 до заданной (рабочей) температуры. В ячейку 2 с водным раствором гликоля 1 помещают хлорсеребряный электрод сравнения 3, вспомогательный графитовый электрод 4, а также рабочий электрод 5, выполненный из стали, аналогичной используемой в теплообменном оборудовании (на фиг. не показано).
Выполняют подключение контрольно-измерительного оборудования: вольтметр 6, обеспечивающий измерение разности потенциалов между рабочим электродом 5 и электродом сравнения 3; амперметр 7, обеспечивающий измерение силы тока в цепи «вспомогательный графитовый электрод 4 - рабочий электрод 5»; внешний источник постоянного тока 8, один из выводов которого подключается к вспомогательному графитовому электроду 4, второй - к рабочему электроду 5. Внешний источник постоянного тока 8 должен обеспечивать смену полярности выводов, а также возможность плавной регулировки тока в широком диапазоне.
После стабилизации показаний вольтметра 6, выполняют последовательную поляризацию рабочего электрода 5 в режимах анодной и катодной поляризации. В первом режиме вспомогательный графитовый электрод 4 является катодом, рабочий электрод 5 - анодом. Во втором режиме вспомогательный графитовый электрод 4 является анодом, рабочий электрод 5 - катодом. В процессе поляризации выполняют последовательное увеличение силы тока с фиксацией показаний вольтметра 6 и амперметра 7 на каждом шаге повышения тока.
В результате получают поляризационную диаграмму (фиг. 2) в координатах «поляризационный потенциал - десятичный логарифм тока поляризации», включающую два графика анодной и катодной поляризации 9 в виде прямолинейных отрезков.
В зависимости от угла 10 (фиг. 2) между графиками анодной и катодной поляризации 9 определяют коррозионную активность водного раствора гликоля 1. В том случае, если угол между графиками анодной и катодной поляризации 9 близок к 180° (фиг. 3), водный раствор гликоля 1 химически инертен, и его коррозионная активность низкая. В случае, если угол между графиками анодной и катодной поляризации превышает 60° (фиг. 4), водный раствор гликоля 1 представляет собой электролит и его коррозионная активность достаточная для ускоренной коррозионной повреждаемости теплообменного оборудования (на фиг. не показано).
Снижение трудоемкости и длительности определения коррозионной активности гликолевых сред достигается за счет отсутствия необходимости нагрева исследуемой среды до 150°, а также ее взаимодействия с контрольной пластиной в течении 3 ч., с целью получения анализируемых информационных показателей.
Повышение достоверности определения коррозионной активности гликолевых сред достигается за счет учета процессов поляризации рабочего электрода, при которой ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента происходят в разных процессах, и скорость этих процессов зависит от потенциала металла.