Скорость коррозии металла в соляной кислоте
Обновлено: 04.10.2024
Аппаратурное оформление технологических процессов с использованием солянокислых сред встречает большие затруднения из-за отсутствия конструкционных материалов с достаточной коррозионной стойкостью. Применение в химической технологии низких температур (ниже 0° С) поставило вопрос об изучении коррозионных свойств металлов и сплавов в этих условиях. Следует отметить, что таких исследований в агрессивных средах проведено крайне мало.
Изучение коррозионных свойств металлов и сплавов проводили при помощи общепринятого весового метода. Образцы материалов, размером 20x20x3 мм, отшлифованные и обезжиренные, помещали в стеклянные сосуды с раствором соляной кислоты емк. 250 мл и термостатировали в холодильнике «Днепр». Это позволяло проводить опыты при устойчивой температуре, равной —2° С. Загружали сосуды только по достижении раствором указанной температуры. Электрохимические исследования проводили потенциостатическим методом. Для поддержания постоянной температуры электролитическую ячейку термостатировали. Рабочая поверхность электрода составляла 0,5 см 2 . Потенциостатическую кривую снимали постепенным переходом из катодной области в анодную, при этом предварительно измеряли стационарный потенциал металла. Ниже даны значения потенциалов по отношению к нормальному водородному электроду.
Результаты и их обсуждение
Скорость коррозии никель-молибденовых сплавов и некоторых металлов в растворах соляной кислоты при низкой температуре представлена в таблице.
Из таблицы видно, что при низкой температуре в растворах соляной кислоты все изученные металлы и сплавы, за исключением стали Х18Н12МЗТ, обладают высокой коррозионной стойкостью. Скорость коррозии Та, Nb, Мо, Zr, Ti, сплавов НИМО-28, и НИХМО-20-10 в широкой области концентраций кислоты и во времени остается постоянной. При более высокой температуре скорости коррозии сплавов НИМО-28 и НИХМО значительно возрастают. Так, например, при 80° С в 15%-ном растворе НС1 эти сплавы растворяются со скоростями, превышающими 0,5 г/м 2 • час.
Из кривых анодной поляризации (рис. 1) видно, что минимальная скорость коррозии никель-молибденового сплава НИМО-28 в растворах соляной кислоты достигается при потенциалах от —0,20 до +0,25 в, в дальнейшем скорость коррозии увеличивается и мало зависит от изменения потенциала. Для молибдена небольшая область пассивного состояния фиксируется при потенциалах от +0,3 в до +0,6 в. Пассивное состояние на никеле не достигается даже при высоких плотностях анодного тока. Из этого можно сделать вывод о том, что повышенная коррозионная стойкость никель-молибденового сплава НИМО-28 в растворах соляной кислоты определяется областью потенциалов, близких к стационарному потенциалу сплава. В этой области потенциалов
на поверхности сплава образуется защитная пленка Н2Мо04 (или МоОС12), трудно растворимая в соляной кислоте и обладающая электронной проводимостью. Эффективность протекания анодных процессов на сплаве НИМО-28 может также понижаться
вследствие повышения термодинамической устойчивости сплава в результате обогащения его поверхности молибденом; более анодная фаза — никель — при этом легко растворяется.
Введение хрома в никель-молибденовые сплавы придает им склонность пассивироваться в растворах соляной кислоты. В этих условиях хром в широкой области потенциалов (от —0,05 до +1,2 в) находится в пассивном состоянии. С уве-
личением содержания хрома способность сплавов пассивироваться возрастает. Сплав НИХМО-20-10 в разбавленных (ниже 10%) растворах соляной кислоты легко пассивируется
в широкой области потенциалов, без перехода в активное состояние. С увеличением концентрации кислоты на анодных поляризационных кривых фиксируется петля анодного растворения сплава. Область активного растворения сплава с увеличением концентрации соляной кислоты и особенно при повышении
Автор: Администрация
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Коррозия цинка
Коррозия цинка – разрушение металла под воздействием агрессивной коррозионной среды.
Для процесса Zn 2+ + 2e → Zn стандартный электродный потенциал цинка составляет -0,76 В.
Температура плавления цинка - 419,6 °C.
Плотность цинка - 7,133 г/см 2 .
Коррозия цинка может проходить как с водородной, так и кислородной деполяризацией.
Максимальная устойчивость цинка и цинковых покрытий отмечается в интервале рН 9 – 11. При более низких или высоких значениях коррозия цинка значительно увеличивается.
Коррозия цинка в воде
Коррозия цинка в воде наблюдается при температуре выше 55 °C. С повышением температуры скорость коррозии увеличивается, максимум наблюдается при температуре 70 °C. После этого разрушение металла проходит очень медленно. Это связано с образованием в воде на поверхности цинка продуктов коррозии. При температурах до 55 °C и выше 90 – 95 °C продукты коррозии обладают достаточно высокими защитными свойствами, образуя на поверхности плотную сплошную пленку. Максимальная скорость коррозии цинка объясняется образованием рыхлой пленки, состоящей с Zn(OH)2, которая не имеет хороших защитных свойств, т.к. легко отслаивается.
В нейтральных растворах коррозия цинка проходит с кислородной деполяризацией.
В морской воде цинковое покрытие стали можно назвать достаточно эффективным. За год расходуется около 0,03 мм цинка. Срок службы цинкового покрытия, толщиной 0,13 мм составляет около 4 – 5 лет, что достаточно много для такой агрессивной среды. Для алюминия и его сплавов, находящихся в морской воде, цинк является протектором.
Для уменьшения скорости коррозии цинка в водной среде применяют следующие ингибиторы: кремненатриевую и двухромовонатриевую соль, гексаметафосфат натрия, ланолин, буру.
Атмосферная коррозия цинка
Коррозия цинка в атмосферных условиях не протекает. Это связано с образованием на поверхности тонкой защитной пленки основного оксида цинка – ZnO. Достаточно высокой коррозионной стойкостью отличается цинк, находясь и в морской атмосфере. Поверхность покрывается гидроксидом цинка и его основными углекислыми солями. Находясь в морской атмосфере цинковое покрытие, толщиной 0, 03 мм хорошо защищает поверхность изделия на протяжении восьми лет.
Промышленная атмосфера (с примесями SO2, SO3, HCl) негативно сказывается на коррозионную стойкость цинка. Срок службы цинкового покрытия такой же толщины ограничивается четырьмя годами. Сельская атмосфера особого негативного влияния не оказывает, срок службы – около 11 лет.
Коррозия цинка в кислотах
Как цинк обычной чистоты, так и его оксид корродируют при контакте с кислотами. Очень чистый цинк с растворами кислот и щелочей не реагирует даже при повышении температуры. Реакция начинается только при добавлении сульфата меди (CuSO4). Коррозия цинка также наблюдается в растворах щелочных, кислых солей.
В кислотах и подкисленных средах коррозия цинка проходит с водородной деполяризацией, т.е. выделением водорода.
Коррозия цинка в соляной кислоте протекает интенсивно, с образованием хлорида цинка и выделением водорода по реакции:
Одним из направлений применения соляной кислоты является именно получение хлорида цинка.
Коррозия цинка в серной кислоте также протекает довольно интенсивно, с образованием сульфата цинка и выделением водорода по реакции:
Коррозия цинка в щелочах
Цинк активно реагирует со щелочами, образую гидроксоцинкаты.
Интенсивно проходит коррозия цинка при контакте с раствором аммиака:
При этом образуется аммиачный комплекс [Zn(NH3)4](OH)2.
При контакте цинка с металлом, имеющим более электроположительный потенциал, скорость коррозии цинка значительно возрастает. Цинк используют как протектор для более благородных металлов.
Хотя цинк и является достаточно коррозионностойким металлом – он не нашел применения в пищевой промышленности, т.к. при контакте с кислыми пищевыми продуктами образует токсичные соли.
Коррозия алюминия
Коррозия алюминия – разрушение металла под влиянием окружающей среды.
Для реакции Al 3+ +3e → Al стандартный электродный потенциал алюминия составляет -1,66 В.
Температура плавления алюминия - 660 °C.
Плотность алюминия - 2,6989 г/см 3 (при нормальных условиях).
Алюминий, хоть и является активным металлом, отличается достаточно хорошими коррозионными свойствами. Это можно объяснить способностью пассивироваться во многих агрессивных средах.
Коррозионная стойкость алюминия зависит от многих факторов: чистоты металла, коррозионной среды, концентрации агрессивных примесей в среде, температуры и т.д. Сильное влияние оказывает рН растворов. Оксид алюминия на поверхности металла образуется только в интервале рН от 3 до 9!
Очень сильно влияет на коррозионную стойкость Al его чистота. Для изготовления химических агрегатов, оборудования используют только металл высокой чистоты (без примесей), например алюминий марки АВ1 и АВ2.
Коррозия алюминия не наблюдается только в тех средах, где на поверхности металла образуется защитная оксидная пленка.
При нагревании алюминий может реагировать с некоторыми неметаллами:
2Al + N2 → 2AlN – взаимодействие алюминия и азота с образованием нитрида алюминия;
4Al + 3С → Al4С3 – реакция взаимодействия алюминия с углеродом с образованием карбида алюминия;
2Al + 3S → Al2S3 – взаимодействие алюминия и серы с образованием сульфида алюминия.
Коррозия алюминия на воздухе (атмосферная коррозия алюминия)
Алюминий при взаимодействии с воздухом переходит в пассивное состояние. При соприкосновении чистого металла с воздухом на поверхности алюминия мгновенно появляется тонкая защитная пленка оксида алюминия. Далее рост пленки замедляется. Формула оксида алюминия – Al2O3 либо Al2O3•H2O.
Реакция взаимодействия алюминия с кислородом:
Толщина этой оксидной пленки составляет от 5 до 100 нм (в зависимости от условий эксплуатации). Оксид алюминия обладает хорошим сцеплением с поверхностью, удовлетворяет условию сплошности оксидных пленок. При хранении на складе, толщина оксида алюминия на поверхности металла составляет около 0,01 – 0,02 мкм. При взаимодействии с сухим кислородом – 0,02 – 0,04 мкм. При термической обработке алюминия толщина оксидной пленки может достигать 0,1 мкм.
Алюминий достаточно стоек как на чистом сельском воздухе, так и находясь в промышленной атмосфере (содержащей пары серы, сероводород, газообразный аммиак, сухой хлороводород и т.п.). Т.к. на коррозию алюминия в газовых средах не оказывают никакого влияния сернистые соединения – его применяют для изготовления установок переработки сернистой нефти, аппаратов вулканизации каучука.
Коррозия алюминия в воде
Коррозия алюминия почти не наблюдается при взаимодействии с чистой пресной, дистиллированной водой. Повышение температуры до 180 °С особого воздействия не оказывает. Горячий водяной пар на коррозию алюминия влияния также не оказывает. Если в воду, даже при комнатной температуре, добавить немного щелочи – скорость коррозии алюминия в такой среде немного увеличится.
Взаимодействие чистого алюминия (не покрытого оксидной пленкой) с водой можно описать при помощи уравнения реакции:
При взаимодействии с морской водой чистый алюминий начинает корродировать, т.к. чувствителен к растворенным солям. Для эксплуатации алюминия в морской воде в его состав вводят небольшое количество магния и кремния. Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов, при воздействии морской воды, значительно снижается, если в состав метала будет входить медь.
Коррозия алюминия в кислотах
С повышением чистоты алюминия его стойкость в кислотах увеличивается.
Коррозия алюминия в серной кислоте
Для алюминия и его сплавов очень опасна серная кислота (обладает окислительными свойствами) средних концентраций. Реакция с разбавленной серной кислотой описывается уравнением:
Концентрированная холодная серная кислота не оказывает никакого влияния. А при нагревании алюминий корродирует:
При этом образуется растворимая соль – сульфат алюминия.
Al стоек в олеуме (дымящая серная кислота) при температурах до 200 °С. Благодаря этому его используют для производства хлорсульфоновой кислоты (HSO3Cl) и олеума.
Коррозия алюминия в соляной кислоте
В соляной кислоте алюминий или его сплавы быстро растворяются (особенно при повышении температуры). Уравнение коррозии:
Аналогично действуют растворы бромистоводородной (HBr), плавиковой (HF) кислот.
Коррозия алюминия в азотной кислоте
Концентрированный раствор азотной кислоты отличается высокими окислительными свойствами. Алюминий в азотной кислоте при нормальной температуре исключительно стоек (стойкость выше, чем у нержавеющей стали 12Х18Н9). Его даже используют для производства концентрированной азотной кислоты методом прямого синтеза
При нагревании коррозия алюминия в азотной кислоте проходит по реакции:
Коррозия алюминия в уксусной кислоте
Алюминий обладает достаточно высокой стойкостью к воздействию уксусной кислоты любых концентраций, но только если температура не превышает 65 °С. Его используют для производства формальдегида и уксусной к-ты. При более высоких температурах алюминий растворяется (исключение составляют концентрации кислоты 98 – 99,8%).
В бромовой, слабых растворах хромовой (до10%), фосфорной (до 1%) кислотах при комнатной температуре алюминий устойчив.
Слабое влияние на алюминий и его сплавы оказывают лимонная, масляная, яблочная, винная, пропионовая кислоты, вино, фруктовые соки.
Щавелевая, муравьиная, хлорорганические кислоты разрушают металл.
На коррозионную стойкость алюминия очень сильно влияет парообразная и капельножидкая ртуть. После недолгого контакта металл и его сплавы интенсивно корродируют, образуя амальгамы.
Коррозия алюминия в щелочах
Щелочи легко растворяют защитную оксидную пленку на поверхности алюминия, он начинает реагировать с водой, в результате чего металл растворяется с выделением водорода (коррозия алюминия с водородной деполяризацией).
Коррозия металлов в кислотах
Коррозия металла в кислотах – это его разрушение при взаимодействии с концентрированными или разведенными кислотами. Часто такие разрушения встречаются на химических производствах и других сферах деятельности человека. Слабые кислотные растворы могут создавать даже некоторые продукты питания, и непокрытый металл, соприкасающийся с ними, будет коррозировать. То, как себя поведет металлический предмет при контакте с кислотой, зависит от его способности пассивироваться. Процесс коррозии металлов в кислотах проходит с выделением водорода.
Рассмотрим более подробно случаи коррозии металла в кислотах разного происхождения.
Коррозия металлов в соляной кислоте
Соляная кислота является очень агрессивной по отношению к металлам. В большей степени это обуславливается содержанием в ней ионов Cl - . Даже коррозионно-стойкие стали подвергаются разрушению, когда концентрация кислоты выше среднего. Если же раствор достаточно сильно разбавлен, такие стали коррозии не подвергаются.
Коррозия никеля в серной кислоте не протекает даже в случаях, когда достигается температура кипения. В присутствии трехвалентного железа, хлоридов, других окислителей никель и его сплавы начинают разрушаться.
Низколегированная аустенитная сталь при комнатной температуре и концентрации соляной кислоты в 0,2 – 1% подвергается коррозии со скоростью 24 г/(м 2 •сут).
Коррозия металлов в органических кислотах
Самой сильной среди органических кислот является уксусная. В яблочной, бензойной, пикриновой, олеиновой, винной, стеариновой кислотах даже при больших температурах (выше 100°С) коррозионно-стойкие стали отличаются высокой устойчивостью. При контакте металлов с муравьиной кислотой образуются питтинги (особенно при увеличении температуры). Глубина их даже больше, чем в уксусной кислоте.
В органических кислотах высокой устойчивостью обладает алюминий, т.к. на его поверхности присутствует защитная пленка труднорастворимых окислов.
Щавелевая, себациновая, лимонная и молочная кислоты вызывают коррозию сталей только при больших концентрациях. В них устойчивы хромистые стали с добавками молибдена.
Коррозия металлов в азотной кислоте
Азотная кислота обладает агрессивным воздействием по отношению ко многим металлам. Малоуглеродистые стали не обладают достаточной устойчивостью в растворах азотной кислоты. Кроме того, при повышении концентрации HNO3 до 35 – 40% (при данных концентрациях сталь переходит в пассивное состояние) коррозия малоуглеродистых сталей в азотной кислоте увеличивается. При концентрации азотной кислоты близкой к 100% пассивное состояние нарушается. Азотная кислота является окислителем. При коррозии железа катодными деполяризаторами являются молекулы азотной кислоты и нитрат-ионы. Устойчивость в азотной кислоте хромистых сталей повышается, если в их состав вводить никель и молибден. Коррозионное разрушение сталей в азотной кислоте происходит по границам зерен. На алюминий слабое влияние оказывают пары азотной кислоты или растворы с концентрацией более 80%. При нормальной температуре алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью в азотной кислоте. Скорость коррозии алюминия в азотной кислоте возрастает при постоянном перемешивании и присутствии в растворе хлорид-ионов.
Коррозия металлов в серной кислоте
При концентрации серной кислоты около 50 – 55% поверхность железа переходит в пассивное состояние. Далее с повышением температуры и концентрации серной кислоты поверхность железа становится активной (наблюдается коррозия железа в серной кислоте).
В растворах серной кислоты, как и в других кислотах, на скорость коррозии железа большое влияние оказывает природа анионов. Это связано с торможением катодного и анодного процессов и их адсорбцией на поверхности металла.
Я.М. Колотыркин развил представления, что на анодное растворение железа оказывают влияние анионы. Это связано с образование комплекса:
Из вышеперечисленных уравнений понятно, что скорость анодного процесса возрастает с увеличением концентрации ионов HSO4 - и SO4 2- . С поверхности железа сульфат ионы вытесняются хлорид ионами, но до определенной концентрации ионов хлора, скорость протекания анодного процесса замедляется.
В 95 – 98% серной кислоте при нормальной температуре хорошей устойчивостью обладают хромистые стали (с содержанием хрома около 17%) с небольшой добавкой молибдена или без него. В таких условиях (при большой концентрации серной кислоты) стоек также алюминий и углеродистые стали. Чистый алюминий (99,5%) более устойчив в серной кислоте, чем его сплавы, в состав которых не входит медь. Скорость коррозии алюминия в серной кислоте (и его сплавов) при повышении температуры с 20°С до 98°С увеличивается с 8 до 24 г/(м 2 •сут). Коррозионно-стойкие стали в 5-ти или 20-% растворе при температуре кипения серной кислоты устойчивы только в присутствии ингибиторов коррозии.
При обычной температуре в серной кислоте коррозия меди практически не наблюдается. А при повышении температуры до 100°С процесс разрушения интенсифицируется. В 25% растворе серной кислоты, повышенном давлении и температуре близкой к 200°С медь быстро разрушается.
Латунь не обладает коррозионной стойкостью в растворах серной кислоты любых концентраций даже при комнатной температуре. Устойчивость латуней к разрушению в серной кислоте можно только повысить введением в раствор 30% соли CuSO4•5H2O.
Коррозия металлов в фосфорной кислоте
Наибольшей стойкостью к коррозии в фосфорной кислоте отличаются молибденовые стали. Алюминий и его сплавы (в состав которых не входит медь, магний) устойчивы в фосфорной кислоте. При обычной температуре не поддаются также разрушениям хромоникелевые аустенитные стали (в растворах фосфорной кислоты любой концентрации). В концентрированной технической фосфорной кислоте при температуре не выше 50°С стойки малоуглеродистые стали. Если сталь с 17% хрома поместить в раствор фосфорной кислоты, концентрацией от 1 до 10%, то она будет обладать высокой устойчивостью даже при температуре кипения.
Медь практически не подвергается коррозии в фосфорной кислоте при температуре от 20 до 95°С. Но если в систему вводить окислитель и повышать температуру – скорость коррозии меди в фосфорной кислоте значительно увеличивается. Бронзы и латуни в фосфорной кислоте ведут себя аналогично.
Коррозия металлов во фтористоводородной кислоте
Чугун, малоуглеродистая сталь и железо во фтористоводородной кислоте быстро разрушаются. В 10-% фтористоводородной кислоте при нормальной температуре обладают хорошей устойчивостью хромистые стали (с содержанием хрома 17%). В 20-% кислоте при температуре до 50°С устойчивы аустенитные высоколегированные стали. Латуни не разрушаются в 40-60-% фтористоводородной кислоте при 20°С. Магниевые сплавы устойчивы при температурах до 65°С в 45-% растворе.
Предупреждение коррозии оборудования теплоснабжения
Высокое защитное действие указанные ингибиторы проявляют при температуре промывочного раствора ~80°С. С повышением температуры защитное действие их заметно снижается: этим и определяется, в частности, выбор оптимальной температуры промывочного раствора (60±5°С).
Обработка композициями на основе комплексонов также обеспечивает перевод оксидов железа в устойчивые, хорошо растворимые в воде комплексы. Смесь комплексона (этилендиаминтетрауксусной кислоты — ЭДТК или ее динатриевой соли — трилона Б) с лимонной кислотой (5 г/кг) и восстановителем (0,5 г/кг) обладает в 1,5—2 раза более высокой емкостью по железу (по сравнению с суммой «железоемкостей» отдельных компонентов). При указанных концентрациях реагентов скорость коррозии металла в промывочном растворе составляет 20—30 г/(м 2. ч).
Обработка композициями на основе комплексонов заключается в циркуляции промывочного раствора при 100—120°С в течение 4—6 ч. Продолжительность промывки определяется стабилизацией концентрации железа и величины рН в промывочном растворе. Число повторных промывок зависит от количества отложений, находящихся в очищаемом оборудовании. После окончания промывки раствор удаляют и проводят водную отмывку, а затем пассивацию.
Эксплуатационные промывки
Цель эксплуатационной промывки — удаление не только продуктов коррозии, но и всех отложений соединений кальция и магния, которые в процессе эксплуатации образуются на поверхности котлов, подогревателей и других теплообменных аппаратов систем тепло- и водоснабжения.
Промывка водой, насыщенной угольной кислотой
Этот вид промывки оборудования и тракта систем дешев, экологически приемлем и эффективен. Промывка заключается в растворении карбоната кальция, который образуется на поверхности стальных и латунных труб теплообменных аппаратов и трубопроводов, с помощью растворов углекислоты. Последние образуются в водоводяном эжекторе при отсасывании топочных газов из топки котлов или специально сооруженных установок для сжигания газа или отходов. Процесс растворения карбоната кальция описывается общеизвестной реакцией:
Растворимость в воде примесей дымовых газов S02, S03, H2S значительно выше, чем С02. Так, при 10°С растворимость составляет: S02 162 г/кг, S03 более 10%, H2S 6,1 г/кг, С02 2,3 г/кг. Насыщение воды углекислотой достигается в первые 3—5 мин работы установки.
Очищенный газ из десорбера подается в бак для приготовления раствора углекислоты.
При разработке способа «углекислотного травления» производили коррозионные испытания образцов углеродистой стали и латуни в растворах углекислоты и изучали динамику отмывки поверхности от эксплуатационных отложений применительно к системам тепло- и водоснабжения.
Установлено, что скорость коррозии этих металлов в растворе углекислоты концентрацией 1,0 г/кг не превышает 1,0 г/(м 2 -ч) в то время как в ингибированном 5%-ном растворе соляной кислоты она составляет 20— 30 г/(м 2. ч).
Опыты по определению скоростей отмывки поверхностей нагрева агрегата проводили на образцах труб, бывших в эксплуатации. Отмывке подвергали только внутреннюю часть образцов. Опыты проводили при концентрации углекислоты в рабочем растворе от 2,5 до 114,5 мг/кг, при температурах рабочего раствора 25, 40, 60 и 80°С и содержании кислорода соответственно от 5,76 до 2,56 мг/кг.
Во всех интервалах концентрации углекислоты и температуры раствора цвет отмытых поверхностей образцов был одинаков как до промывки, так и по ее окончании. Следов коррозии металла не наблюдалось. Скорость отмывки образцов и при «углекислотном травлении», и при циркуляции раствора была практически одинаковой. При концентрации углекислоты в растворе 8—12 мг/кг и температуре раствора до 40°С она превышала 870 мг/(м 2. ч); при концентрации 115 мг/кг находилась на уровне 1310 мг/(м 2. ч). При увеличении концентрации углекислоты в промывочном растворе в 10 раз скорость отмывки увеличивалась лишь в 1,5 раза. Через 4 ч скорость отмывки снижалась в 2,3—3,2 раза, а через 12 ч стабилизировалась на уровне 120— 210 мг/(м 2 • ч).
Отмывка поверхностей нагрева резко возрастает при увеличении температуры раствора. При 60 и 80°С скорость отмывки в первый час увеличивается по сравнению с отмывкой при 40°С соответственно в 2,5 и 3,5 раза; через 4 ч — в 2,5 и 2 раза, через 12 ч— в 2,7 и 4,3 раза, через 24 ч — в 3,5 и 6,7 раза. Таким образом, с увеличением температуры в 2 раза при одной и той же концентрации углекислоты в растворе скорость отмывки повышается в первые 12 ч в 3,5—4 раза, а в последующие часы — в 6—7 раз. Были проведены опыты с образцами, где незащищенными оставались рабочая, внутренняя поверхность образца и одна из торцевых поверхностей. Во всех опытах торцевая поверхность была покрыта слоем рыхлых отложений аналогично отложениям на образцах с отшлифованной поверхностью стали 20.
На основании проведенных исследований динамики коррозии образцов из стали 20 и латуни марки Л68 и отмывки образцов с эксплуатационными отложениями можно сделать вывод, что очистку поверхностей следует выполнять раствором с содержанием углекислоты не менее 12 мг/кг, а величину рН раствора поддерживать равной 5,7 и ниже.
Используя уравнение материального баланса процесса растворения газа в воде, можно рассчитать максимально необходимое количество газов для приготовления раствора углекислоты:
Vr=VCО/(Cн- Ск), где V — объем баков для приготовления раствора углекислоты: С0 — концентрация углекислоты в исходном растворе: Сн и Ск — начальная и конечная концентрация С02 в газе соответственно.
Производительность установки Ог равна:
где t — время приготовления промывочного раствора.
Промывка минеральными и органическими кислотами
Для химических очисток водогрейных котлов и тепло-обменных аппаратов в зависимости от состава и количества отложений чаще всего используют в качестве моющих реагентов соляную и сульфаминовую кислоты, концентрат или конденсат низкомолекулярных кислот (НМК).
Для удаления отложений, состоящих только из карбонатов и оксидов железа, при загрязненности менее 1500 г/м 2 возможно применение соляной или сульфаминовой кислоты.
Техническая соляная кислота содержит 27—32%, а ингибированная соляная кислота 20—22% хлористого водорода. В качестве ингибитора используют: уротропин, ПБ-5, В-1, В-2, катапин, соединения КИ-1 и др. Содержание ингибитора в соляной кислоте составляет 0,5—1,2%. Скорость растворения стали Ст3 в ингибированной соляной кислоте при 20 °С не превышает 0,2 г/(м 2 • ч).
Сульфаминовая кислота — белый кристаллический порошок, хорошо растворимый в воде. При растворении сульфаминовой кислоты при 80 °С и выше происходит ее гидролиз с образованием серной кислоты и выделением большого количества тепла. Для уменьшения коррозионных повреждений промывочный раствор приготовлять надо после ввода в кислоту ингибиторов. В качестве ингибиторов применяют 0,1% ОП-7 (ОП-Ю) и 0,02% каптакса.
НМК содержит не менее 65% кислот C1—С4 (муравьиной, уксусной, пропионовой и масляной). В водном конденсате эти кислоты содержатся в пределах 15—30%. Ингибиторами являются 0,1% ОП-7 (ОП-10) и 0,02 каптакса. Скорость коррозии при 90—100 °С 2— 4 г/(м 2. ч).
Читайте также: