Захист металів від корозії за допомогою інгібіторів

 

Інгібітори за хімічних складом поділяють на неорганічні та органічні, а за природою – на іонні, що дисоціюють у розчинах з утворенням відповідних іонів (наприклад, катіонний – катапін, аніонний – тіосечовина), та молекулярні (уротропін), які не розпадаються на іони [11].

Катодні інгібітори гальмують окремі стадії катодного процесу. Так, продукти катодної реакції (зокрема гідроксид-іони) можуть зменшувати швидкість руйнування металу внаслідок утворення на його поверхні важкорозчинних плівок гідроксидів особливо у нейтральних та слаболужних середовища [4].

Анодні інгібітори є небезпечними, оскільки при їх недостатній концентрації метал може не перейти до пасивного стану, особливо в присутності іонів-активаторів, і тоді швидкість корозії зростає.

Катодно-анодні інгібітори (наприклад, КІ у розчинах кислот) гальмують водночас анодний і катодний процеси внаслідок утворення на поверхні металу адсорбційного шару без зміни механізму розчинення металу.

Механізм дії та тип інгібітору визначають з аналізу діаграм Еванса [12].

Органічні інгібітори (високомолекулярні спирти, аміни, аміди) знижують швидкість корозії апаратури у кислих середовищах за рахунок адсорбції на поверхні металу й уповільнення розряду гідроген-іонів.

Для протикорозійного захисту виробів з металів і сплавів, що експлуатують на повітрі, застосовують інгібітори атмосферної корозії (контактні та леткі). Контактні інгібітори – натрій нітрат (ІІІ) і бензоат – захищають чорні метали, хром, нікель, цинк, а гексаметилендиамін хромат – чорні та кольорові метали. Їх використовують для консервації деталей і вузлів обладнання та механізмів шляхом нанесення на деталі або введенням до складу масел і мастил [11].

Леткі інгібітори – дициклогексиламін нітрат (ІІІ), циклогексиламін карбонат та інші – захищають від корозії вироби з чавуну, сталі, нікелю, хрому,алюмінію, фосфатовані та оксидовані метали. Їх можна використовувати у вигляді порошку або наносити на пакувальний папір, картон, тканини зі водноспиртового розчину [12].

Захист обладнання від корозії електрохімічними

Методами

 

Швидкість електрохімічної корозії можна значно знизити, якщо металеву конструкцію поляризувати. Залежно від виду поляризації розрізняють катодний та анодний захист.

Катодний захист можна застосовувати у всіх випадках, коли це економічно вигідно і можливо встановити системи електропостачання.

Катодну поляризацію здійснюють підключенням металоконструкції до негативного полюсу джерела постійного струму (захист зовнішнім струмом) або до металу, що має більш електронегативний електродний потенціал (протекторний захист). У другому випадку немає потреби у зовнішньому джерелі струму [2].

Катодний захист з використанням поляризації від зовнішнього джерела струму застосовують для обладнання з вуглецевих, низько- і високолегованих, високохромистих сталей, олова, цинку, мідних і мідно-нікелевих сплавів, алюмінію і його сплавів, свинцю, титану і його сплавів. Зазвичай це підземні споруди (трубопроводи і кабелі різних призначень, фундаменти, бурове устаткування), обладнання, яке контактує з морською водою (корпуси суден, металеві частини берегових споруд, морських бурових платформ), внутрішні поверхні апаратів і резервуарів хімічної промисловості. Часто катодний захист застосовують одночасно з нанесенням захисних покриттів [9].

Застосовують катодний захист зовнішнім струмом і до конструкцій, які мають значні пошкодження. Завдяки цьому можна призупинити їхнє подальше руйнування.

Катодний захист зовнішнім струмом недоцільний в умовах атмосферної корозії, в пароподібному середовищі, в органічних розчинниках, адже в таких випадках корозійне середовище не має достатньої електропровідності [3].

Катодним методом можна захищати великі за розмірами металеві поверхні, які можуть бути неізольованими, в середовищах з різним питомим опором. При цьому доступне регулювання поляризуючого струму та підтримування потрібного значення потенціалу шляхом зміни напруги.

Анодний захист застосовують за експлуатації обладнання, виготовленого з матеріалів, які легко пасивуються, – вуглецевих, низьколегованих нержавіючих сталей, титану, високолегованих сплавів на основі заліза, і яке експлуатують в електропровідних середовищах. Анодний захист доцільний у випадку його застосування до обладнання, виготовленого з різнорідних пасивуючих матеріалів, наприклад нержавіючих сталей різного складу, зварних з'єднань [1].

Матеріал катоду для анодного захисту залежить від характеристик середовища. Використовують такі матеріали, як: Pt, Ta, Pb, Ni, платинована латунь, високолеговані нержавіючі сталі тощо. Схему розташування катодів проектують індивідуально для кожного конкретного випадку захисту [5].

Основною умовою можливості застосування анодного захисту є наявність протяжної області стійкої пасивності металу при густині струму розчинення металу не більше (1,5 - 6,0) · 10^-1А/м² [10].

Для успішного застосування анодного захисту об'єкт повинен відповідати таким вимогам:

а) матеріал апарату повинен пасивуватися в технологічному середовищі;

б) конструкція апарату не повинна мати заклепок, з мінімальною кількістю щілин і повітряних кишень, зварювання має бути якісним;

в) катод і електрод порівняння повинні постійно перебувати в розчині [7].

Для анодного захисту найбільш придатні апарати циліндричної форми, а також теплообмінники [2].

Метод анодного захисту має відносно обмежене застосування, оскільки пасивування ефективне, в основному, в окиснювальних середовищах за відсутності активних депасивуючих іонів, наприклад іонів хлору для заліза і нержавіючих сталей. Крім того, анодний захист потенційно небезпечний: у разі перерви подачі струму можливе активування металу і його інтенсивне анодне розчинення. Тому такий захист вимагає ретельної системи контролю [1].

Швидкість корозії при анодному захисті ніколи не зменшується до нуля, хоча може бути і дуже невеликою. Проте захисна густина струму тут значно нижча, а споживання електроенергії невелика.

Ще одна перевага анодного захисту – висока розсіююча здатність, тобто можливість захисту на більш віддаленій від катоду відстані і в електрично екранованих ділянках [4].

 

Враховуючи характеристику корозійного середовища та конструкційні особливості обладнання, проектуємо такі заходи захисту цеху випаровування електролітичних лугів:

1) випарні апарати, центрифугу, теплообмінники і насоси захистити методом раціонального конструювання і підбору матеріалів;

2) ємності для електролітичних лугів та готової продукції захистити за допомогою лакофарбових покриттів та протекторним методом;

3) трубопровід промислової води захистити катодним методом;

4) для кристалізатора розробити анодний захист, який є ефективним у такому середовищі.

 

3. ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРІАЛІВ, ЯКІ ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ У СИСТЕМІ ПРОТИКОРОЗІЙНОГО ЗАХИСТУ

Оскільки обладнання цеху випаровування електролітичних лугів постійно працює в агресивному середовищі (розчинах NaОН і NaСІ) при різних температурах, для його виготовлення рекомендується застосовувати нержавіючі сталі.

Для виготовлення випарних апаратів, теплообмінника і циркуляційних холодильників використовуємо леговану нікелем сталь 08Х22Н6Т. Таку ж сталь використовуємо для виготовлення фільтрів для концентрованого розчину їдкого натру разом з ресиверами, тонкостінних внутрішніх пристроїв барометричного конденсатора, абсорбера.

Центрифугу, теплообмінники виготовляють із сталі 12Х18Н10Т. З цієї ж сталі виготовляють кристалізатор.

Всі насоси виготовляють з сталі 10Х21Н5Т.

Для виготовлення крупногабаритного ємнісного обладнання, ємності для електролугів, баку для готової продукції, а також збірників проміжних ємностей використовуємо звичайну сталь.

Трубопровід промислової води проектуємо із сталі 10Х21Н5Т.

Для захисту трубопроводу вибираємо анодний заземлювач АК-3, що складається з залізокремнієвого електроду і коксової засипки з інгібітором, запакованих в стальний кожух.

Електрод виготовлений з залізокремнієвого сплаву С17, який має такий хімічний склад:вуглець (С) - 0,3-0,5%; кремній (Sі) - 16-18%; манган (Мn) - 0,3-0,8%; фосфор (Р)<0,1%; сірка (S)<0,1%.

Для захисту ємностей для електролугів і готової продукції використовуємо магнієвий протектор, покритий перфорованим полімерним покриттям. Протектор має такий хімічний склад: алюміній (АІ) - 5-6%; цинк (Zn) - 2-4%; манган(Мn) - 0,25-0,6%, решта магній(Мg).

При захисті кристалізатора використовуються титанові аноди, покриті мангану діоксидом та оксидносрібні електроди порівняння. Робоча поверхня електроду порівняння виготовлена з срібного дроту.

Для захисту ємності для електролугів та баку готової продукції використовуємо лакофарбові покриття, що складаються з двох шарів грунтівки ХС-068 і трьох шарів емалі ХС-710.

Плівкоутворюючою основою грунтівки ХС-068 є співполімер вінілхлориду з вінілацетатом. Розчинником є суміш 12% бутилацетату, 26% ацетону і 62% толуолу. Колір грунтівки червоно-коричневий. Плівкоутворюючою основою для емалі ХС-710 є співполімер вінілхлориду з вініліденхлоридом. Розчинником є Р-4, колір емалі сірий.

 

Для роботи обладнання в лужних середовищах застосовують нержавіючі сталі – хромовані ОХ17Т; 15Х25Т; хромонікелеві 08Х22Н6Т; 12Х18Н10Т; 10Х21Н5Тл [6].

 

 

3. ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ ПРОТИКОРОЗІЙНОГО ЗАХИСТУ

 

Обладнання цеху випаровування електролітичних лугів експлуатують в умовах агресивного середовища. Воно постійно контактує з розчинами NaOH та NaCl. Процеси відбуваються за підвищених температур. За таких умов основним конструкційним матеріалом для обладнання цеху є нержавіючі сталі.

Випарні апарати та теплообмінники за вище названих умов експлуатації виготовляють з економнолегованої нікелем сталі 08Х22Н6Т. Таку ж сталь використовують для виготовлення центрифуги. Відстійну центрифугу та кристалізатор виготовляють зі сталі 12Х18Н 10Т, насоси – зі сталі 10Х21Н5Тл. Такі конструкційні матеріали є стійкими у виробничому розчині електролугу за різних температур [5].

Для здешевлення апаратурного обладнання виробництва великогабаритне ємнісне обладнання, ємності для електролугів, бак для готової продукції, збірники проміжних ємностей можна виготовляти зі сталі В Ст. З сп. Таке обладнання захищаємо магнієвим протектором (Al 5 - 6 %, Zn 2 - 4 %, Mn 0,25 - 0,6 %, решта – Mg), покритим перфорованим полімером [6].

Захист за допомогою протекторів доцільно поєднати із лакофарбовими покриттями, які складаються з двох шарів ґрунтівки ХС - 068 і трьох шарів емалі ХС - 710. Плівкоутворюючою основою ґрунтівки ХС - 068 є співполімер вінілхлориду з вінілацетатом, в'язкість ґрунтівки при пневматичному розпиленні 16 - 18с. Розчинником є суміш 12 % бутилацетату, 26 % ацетону і

62 % толуолу. Колір ґрунтівки – червоно-коричневий. Плівкоутворюючою основою для емалі ХС - 710 є співполімер вінілхлориду з вініліденхлоридом, в'язкість емалі при пневматичному розпиленні 14 - 16с. Розчинником є Р-4, колір емалі сірий [6].

Покриття, стійкі до впливу розчинів NаОН (до 25 %) при нагріванні до температури 400 К, готують на основі епоксидних сполук. В таких умовах використовують також покриття на основі перхлорвінілових, фурило-фенолацетатних та органосилікатних смол: грунтівка ХС - 068, емаль ХС - 710.

В умовах високої агресивності середовища, можна використовувати: Йотакоут універсальний, Хардтоп AS, розчинник ЕР, розчинник №10, розчинник №17 [16].

Йотакоут універсальний – покриття на основі епоксидної смоли з високим сухим залишком. Його застосовують як ґрунтівку та як кінцеве верхнє покриття, наносять з великою товщиною плівки, має абразивну стійкість. Колір алюмінієвий [15].

Хардтоп AS – двокомпонентне поліуретанове верхнє покриття, характеризується блиском і стійкістю кольору. Його використовують як верхнє покриття для епоксидних або епоксидно-мастикових систем, для досягнення міцного високоякісного блискучого верхнього покриття, стійкого до атмосферної дії. Затвердіння може відбуватися за низьких температур [15].

Трубопровід технічної води проектуємо зі сталі В Ст. З кп.

Станція катодного захисту типу В-ОПЕК-0,6-24 забезпечує такі параметри випрямленого струму:

- напруга 6 В;

- сила струму 12 А.

Анодом вибираємо конструкцію, яка складається із шести вертикально розміщених труб (довжина кожної 4 м), виготовлених із вживаної сталі, з’єднаних між собою горизонтальною магістраллю (довжина 20 м). Таку конструкцію встановлюємо на глибині 0,8 м від поверхні ґрунту. Електрод порівняння – мідносульфатний типу ЕСМІОН-2П.

Для анодного захисту кристалізатора обираємо перетворювач типу П-201, вихідні сигнали якого 0 - 5 мА, 0 - 100 мВ. Електрод порівняння – хлорсрібний типу ЕСр-10401 [17].

 

4. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ЗАПРОЕКТОВАНИХ МЕТОДІВ ЗАХИСТУ ОБЛАДНАННЯ