Коррозия и защита металлов и оборудования Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине »Коррозия оборудования и защита от нее» (стр. 6 )

Для защиты подземных сооружений от разрушения блуждающими токами используют электродренаж (соединение металлическими проводниками анодных участков сооружений с источником блуждающих электрических токов.

7. Пути снижения коррозии металлических  котлов для  варки сульфатной целлюлозы

  Используемые для сульфатной варки целлюлозы из древесины  моно - и биметаллические котлы  »Камюр» (Швеция), «Хитачи Зосен»(Япония), завода »Уралмаш»(корпус из углеродистой котельной стали 20К, защитный плакирующий слой  из аустенитной нержавеющей стали 10Х18Н10Т или 10Х17Н13М2Т) при длительной эксплуатации подвергаются коррозии(растрескивание, питтинги, язвы и др.) под  воздействием щелока, парогазов и ингибированной соляной кислоты, применяемой  для промывки котлов (коррозия сварных швов и околошовных зон). Антикоррозионная защита варочного и теплообменного  оборудования ЦБП включает ряд мероприятий (регулярное обследование внутренней поверхности котлов, планово-предупредительный ремонт, шлифовка и сварка, капитальный ремонт и замена изношенных деталей  и аппаратов).

  В этом разделе кратко обобщены результаты систематических научных исследований, лабораторных и опытно-промышленных коррозионных испытаний, выполненных  сотрудниками кафедры неорганической и аналитической химии  ЛТА в 1978-98 гг. по хоздоговорам с предприятиями ЦБП, по заданиям Минлесбумпрома СССР и целевым  программам  РФ[5−9].

  Исследовали раздельное и совместное воздействие анионов сульфатного  белого щелока на характер и скорость коррозии сталей 20К и 10Х18Н10Т при комнатной температуре и термообработке в титановых автоклавах. Применяли гравиметрический, электрохимический, микроскопический  методы и математическое планирование эксперимента. Обнаружено с использованием потенциостата П-5848, что с увеличением  концентрации  Na2S  и  NaOH  в белом сульфатном щелоке  возрастают токи активного растворения и пассивации, уменьшается ширина пассивной области на потенциодинамических анодных кривых поляризации котельной стали 20К. Установлено активирующее влияние  ионов HS−,S2− и  ОН− и ингибиторный эффект SiO32− - ионов( 0,2 −2 г/л) на коррозию котельных сталей в белом щелоке;ионы СО32− уменьшают, а  SO32− −ионы (0,06−2,5 г/л) незначительно влияют на скорость коррозии.

  Совместное  влияние хлоридов, сульфатов и тиосульфатов на скорость коррозии котельных сталей при автоклавной варке ( 2 час при 1700С) сульфатной целлюлозы  описывается адекватными эксперименту (ПФЭ  23,  р =0,05)  линейными регрессионными уравнениями [6]

  K =  (7,6 0,7) + 23, 2 С(NaCl)  + 5,6 C (Na2S2О3) + 4,8 С(Na2SO4),

  (17)

  K =  (14,8 1,6 ) + 7,3 C(NaCl)  + 2,6 C (Na2S2О3) +  2,3 С(Na2SO4)

соответственно для сталей  10Х18Н10Т и 20К, где С(NaCl) =0,1 −1,0 г/л,  C (Na2S2О3) = 1−4 г/л, С(Na2SO4) = 1,5−5 г/л в модельном белом щелоке (NaOH – 82, Na2S – 24,8, Na2CO3 – 1,0, Na2SO4 – 1,9 г/л, сульфидность 23,6%). Средние значения скорости коррозии найдены соответственно в интервале 10-70 и 20- 80 мг/ (м2 ∙ час).

  Хлорид-ионы  активируют совместно с тиосульфат - и сульфат-ионами питтинговую  коррозию аустенитной  котельной стали  10Х18Н10Т, причем концнтрационное влияние хлоридов в 4−5 раз сильнее.

  Для снижения коррозии варочных котлов  следует не допускать  в белом сульфатном щелоке  высоких концентраций  NaCl (> 0,15  г/л),

Na2S2О3(> 5 г/л), Na2S( >35 г/л) и NaOH(>30 г/л), поддерживать концентрацию Na2SiO3  2−4 г/л и заменять сталь 20К более стойкими

10Х18Н10Т,  10Х17Н13М2Т и  др. [6]. 

  Обследования  оборудования ЦБП [ 7 ] показали, что коррозия варочных котлов и подогревателей варочного щелока значительно усиливается при ежеквартальных очистках от органоминеральных отложений с использованием разбавленной соляной кислоты. В присутствии  солей железа и при нагревании снижается эффективность ингибиторов ПБ−5,  КИ−1, И−1−В [10].

  В ЛТА  разработаны  и испытаны  на предприятиях ЦБП эффективные ингибиторы  коррозии  на основе экстрактов растительного сырья ЛХД,  Н−2, ЭКО, ЭКЕ, ЭКС и  синергетических композиций  на кислотную коррозию котельных сталей 10Х18Н10Т,  10Х17Н13М2Т, 20К  и 65г[8]. Коррозионные испытания сталей проводили в условиях, моделирующих промышленную солянокислотную промывку и очистку оборудования от накипи и отложений.  Среднюю  скорость коррозии  K(г/м2∙ч)  определяли по уменьшению массы шлифованных стальных пластин в течение времени ·ф изотермического травления в соляной кислоте.  Эффективность ингибиторов  оценивали величинами    и Z (cм. формулы (8) и (9)). 

  В табл.1 представлены результаты [8]  ингибирования коррозии  стали 10Х17Н13М2Т  в нагретой 5%HCl без добавления и с добавлением 20 г/л  органоминерального осадка с верхней полусферы варочного котла  «Камюр»  Котласского ЦБК (осадок 1) и Светогорского ЦБК(осадок11). 

  Таблица 1 

  Эффективность  ингибиторов  коррозии  аустенитной котельной  стали 10Х17Н13М2Т  при  очистке  нагретой  5% HCl  (·ф  = 5 ч)

Ингибитор	Синг, г/л	t,0C	Осадок	K(г/м2∙ч)		Z, %
−	−	80	−	26,9	−	−
ПБ−5	3	80	−	24,1	1,1	10
ЛХД	1	80	−	10,7	2,5	60
Уротропин(У)	3	50	1	15,5	2,5	60
ПКУ−3	3	50	1	4,4	8,8	89
ХОСП−10	3	50	1	2,8	14	93
Н−2	3	50	1	11,6	3,3	70
Н−2 + У	3 + 1	50	1	2,8	14	93
ЭКО(30% СВ)	3,75	50	11	1,4	6,9	86
ЭКО + У	3,75+ 1.25	50	11	0,6	16	94
ЭКЕ(30% СВ)	5	40	1	4,4	4,5	78
ЭКЕ+ У	5+1	40	1	2,2	9,1	89

  Скорость коррозии  сварного  шва  котла «Камюр» при промывке 5%  HCl  c добавкой  Н−2  понизилась в ~ 3раза в начале промывки, в ~ 2 раза  в конце циркуляции кислоты и составила 0,06 −0,1 мм за одну промывку(измерения к. х.н.  с  помощью прибора Р−5035 и датчика ЛТА). Защитное действие  Z  ингибиторов  Н-2(ЭКО, ЭКЕ) на аустенитные котельные стали при 500С  в 5% HCl повышается  до 89−94%( =9−16) синергетической добавкой уротропина (табл.1).

  С использованием математического планирования эксперимента (ПФЭ 23)  при  p =0.95  и гравиметрических определений  средней скорости коррозии K (г/м2∙ч)  аустенитных котельных сталей( по 6 пластин) в соляной кислоте( 30 и 72 г/л)  получены адекватные эксперименту регрессионные уравнения

K =  3,9∙106 ∙ СЭКО −0,29 ∙ СHCl0.38 ∙ exp (− 43400/RT)  для стали 10Х17Н13М2Т и  (18)

K =  2,7∙105 ∙ СЭКО −0,006 ∙ СHCl0.21 ∙ exp (− 35700/RT)  для стали 10Х18Н10Т,

где концентрации ЭКО (0,3−1,8 г сухих веществ) и HCl  выражены в г/л, Т− абсолютная  температура (313−353 К),  R− газовая постоянная. Найденные значения эффективной энергии  активации  коррозии ( ~ 43 и 36 кДж/моль)  указывают на преобладание кинетического контроля коррозии над диффузионным. При использовании композиции  ЭКО +У уменьшаются токи коррозии и пассивации, потенциал коррозии смещается в положительном направлении  с торможением катодного выделения водорода и особенно анодного растворения сталей с блокировочным и энергетическим эффектами ингибирования [8].