Ингибиторы кислотного травления металлов

Введение

Современное развитие химической промышленности, разработка новых технологических процессов, протекающих в агрессивных средах, предъявляют к конструкционным материалам высокие требования. Наиболее важными конструкционными материалами являются металлы и их сплавы. В процессе эксплуатации изделий, вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой происходит коррозия, что приводит к разрушению металлических конструкций, аппаратов, трубопроводов и др. Коррозия начинается с поверхности металла и, при дальнейшем развитии этого процесса, распространяется вглубь. Средой, в которой происходит коррозия металлов, являются различные жидкости и газы. Коррозионный процесс протекает на границе двух фаз: металл – окружающая среда, т. е. является гетерогенным процессом взаимодействия жидкой или газообразной среды с металлом. Широкое применение в химической промышленности находят сплавы железа, меди, алюминия, никеля, титана и др. Дальнейшее развитие техники выдвигает проблему применения таких металлов, как тантал, цирконий, рений, германий, торий, иридий. Масштабы коррозии и убытки, причиняемые ею, станут очевидными, если учесть, что около 10% всего производимого металла безвозвратно теряется вследствие разрушающего действия коррозии. Экономические потери от коррозии можно разделить на прямые и косвенные. Прямые потери включают стоимость заменяемых металлических конструкций и механизмов или их частей, стоимость коррозионностойких металлов и сплавов, применяемых вместо материалов, имеющих те же механические свойства, но нестойких к коррозии, стоимость различных видов защиты от коррозии и т. д. К косвенным потерям относятся расходы, связанные с простоем оборудования во время замены части машины или аппарата, разрушаемых коррозией, с загрязнением выпускаемых изделий продуктами коррозии и др. Повышение цен на энергоресурсы и металлы до мирового уровня привело к резкому сокращению и объемов, и области применения нержавеющих сталей, титана. Одновременно повышается интерес к современным полимерным коррозионностойким материалам в области химического машиностроения.

Химические, физические и биологические загрязнения природной среды приводят к заметной интенсификации коррозионных процессов. Понятия о необходимости и достаточности противокоррозионной защиты должны корректироваться с учетом экологической обстановки.

С другой стороны, коррозионные повреждения часто оказываются причиной крупномасштабных загрязнений окружающей среды. Лидерами здесь являются нефтедобыча, транспорт нефтепродуктов, нефтехимическая и химическая промышленности. Общие убытки, причиняемые народному хозяйству от коррозии металлов, огромны. Для правильной постановки практической работы по защите химических машин и аппаратов от коррозии необходимо знание теории процессов коррозии и методов борьбы с ней.

Защита оборудования с помощью ингибиторов коррозии

Применение ингибиторов (замедлителей) коррозии — эффек­тивный метод защиты некоторых видов химического оборудова­ния. Введение небольших количеств (обычно не более 1%) инги­битора в коррозионную среду может привести к значительному снижению скорости коррозии металлов. Известны случаи, когда коэффициент ингибирования коррозии, равный отношению ско­ростей коррозии в отсутствие и в присутствии ингибитора дости­гает значений 10³-10⁴. Основная причина, ограничивающая широкое распростра­нение ингибиторной защиты оборудования в химической промыш­ленности, — неэкономичность введения ингибиторов в рабочие среды незамкнутых систем. Применение ингибиторов оправдано для технологических процессов с циркуляцией ограниченных объемов агрессивных жидкостей и при условии малой величины потерь» определяющих реальный расход ингибитора. В ряде случаев это условие выполнимо. Например, в циркуляционных системах нагрева или охлаждения используют ингибированные теплоносители или хладагенты. Другой пример — применение ингибиторов типа ИФХАН-ГАЗ для снижения агрессивности этаноламиновых растворов, циркулирующих в аппаратах сероводо­родной очистки нефтяных газов.

Самостоятельная задача рассматриваемого вида защиты обо­рудования — подбор и введение ингибиторов в готовую продук­цию химических производств, например, выпуск ингибированных соляной кислоты, пероксида-водорода, антифризов, нефтяных смазочных материалов, гидравлических жидкостей и др. При этом применение ингибиторов обеспечивает защиту лишь небольшой на се и производственных аппаратов: смесителей, емкостей тары.

Если ингибитор коррозии является одним из компонентов рабочей среды или готовой продукции, как в приведенных выше примерах, рассматривать особенности технологии ингибирования в этих условиях следует только с учетом технологии основных процессов и требований к чистоте продукта. Такое рассмотрение предполагается осуществить в последующих справочных руковод­ствах настоящего многотомного издания»

Однако существует ряд коррозионноопасных вспомогательных процессов и операций, проведение которых осуществляется на большинстве химических заводов, В первую очередь к ним отно­сится кислотное травление металлической аппаратуры. Оно ши­роко применяется при производстве многочисленных и разнооб­разных ремонтных работ. При этом, как правило, должны приме­няться травильные растворы, содержащие ингибиторы коррозии, а в ряде случаев ингибиторы, и коррозии, и наводороживания металлов.

Другой, общей проблемой является консервация оборудования в период складского хранений перед монтажом и на время остановок производства. Для предотвращения его коррозии во мно­гих случаях целесообразно применять специальный вид защиты – с помощью летучих ингибиторов коррозии.

Ниже, кратко рассмотрены эти два общих для химической про­мышленности вида ингибиторов коррозии.

Ингибиторы кислотного травления металлов

Для травления, углеродистых и низколегированных сталей используют 15—25%-ные растворы соляной и серной кислот. При травлении в серной кислоте более половины кислоты расходуется на растворение железа, примерно 40% составляют потери (унос с деталями, слив загрязненной кислоты) и лишь 5% идет на рас­творение продуктов коррозии, При травлении в соляной кислоте доля полезного использования кислоты повышается до 40%. Однако и в том и в другом случае речь идет о больших (до 4% но массе) неоправданных потерях металла. Введение ингибитора » травильные растворы в ряде случаев дает высокий защитный эффект.

Защитный эффект измеряется величиной

Таблица 1

Эффективность большинства ингибиторов коррозии заметно снижается при повышении температуры (табл. 2), Один из луч­ших ингибиторов коррозии стали при высоких температурах — катапин А (n-алкилбензилпиридинийхлорид). При травлении черных металлов в серной кислоте применяют в основном инги­битор ЧМ (Р) — 0,1 % и пенообразователь ЧМ (П) из расчета 0,1 кг на 1 м² зеркала ванны, в соляной кислоте — ингибиторы ПБ-5, БА-6, ПБ-8 и катапин. Рекомендуются в качестве ингиби­торов отходы коксохимического производства КХ-2 и КХК (концентрат), Ингибитор КХК, при повышенных температурах имеет более высокий защитный эффект, чем ЧМ.

Таблица 2

Таблица 3

В табл. 3 приведены типовые составы растворов для травле­ния сталей, Сведения об ингибиторах, рекомендуемых для травления сталей в промышленных условиях, приведены в табл. 4. Эти ингибиторы не могут быть использованы при травлении не­ржавеющих высоколегированных сталей, которые травят раство­рами серной или азотной кислот с добавкой галогенид-ионов в ка­честве активаторов растворения окалины.

Таблица 4

Для замедления коррозии медных сплавов в ингибированную соляную кислоту вводят тиосульфат натрия, ингибитор И-l-B. Однако и тогда скорость рас­творения медных сплавов остается высокой. Успешно применяют для травления аппаратов из медных сплавов растворы техниче­ских смесей органических низкомолекулярных кислот, которые являются отходами производства синтетических жирных кислот и носят название ВК (водный конденсат). Концентрат ВК назы­вается КНМК (концентрат низкомолекулярных кислот) и содер­жит примерно 25% уксусной, 30% муравьиной, около 8% пропионовой, до 10% масляной и до 4% капроновой кислоты. В качестве ингибиторов для этих сплавов используют каптакс (0,02%) с до­бавкой ОП-7 или ОП-10 (0,1%).

При транспортировке и хранении ВК и КНМК к ним добав­ляют ингибитор КПИ-19, обладающий высоким защитным эффек­том по отношению к стали и медным сплавам.

Эффективные ингибиторы кислотного травления также побоч­ный продукт коксохимической промышленности З-амино-5-тионо- 1,2,4-дитиазол (изопертиоциановая кислота), продукты реакции моно- или полиаминов с 1,4-дихлорбутеном или эпихлоргидрином, α, ω-диацетиленовые спирты.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: