способ нанесения летучего ингибитора коррозии на металлическую поверхность

Формула изобретения

Способ нанесения летучего ингибитора коррозии на металлическую поверхность путем напыления, отличающийся тем, что напыление осуществляют в электростатическом поле до достижения оптимальной для ингибитора плотности заряда с последующей обработкой поверхности потоком ионизированного газа, создаваемого коронным разрядом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к защите металлов от коррозии с помощью ингибиторов и предназначено для использования в нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газо- и нефтедобывающей промышленности, в машино- и приборостроении, судостроении, авиастроении, при хранении и транспортировке металлических изделий. Преимущественная область использования защита от коррозии газовоздушных зон резервуаров для хранения нефтепродуктов.

Известно несколько способов защиты металлических поверхностей с помощью ингибиторов коррозии, напыляемых на поверхность. Защита изделий порошком ингибиторов производится путем опудривания их тампоном или напылением с помощью краснораспылителя, пневмопистолета или воздушной струей под давлением 0,02-0,05 МПа [1]

Однако при таком способе велик расход ингибитора. Его требуется на 10-15% больше для защиты, т.к. такое количество ингибитора теряется при распылении в процессе защиты наружных поверхностей, остальное оседает на изделие.

Кроме того, из-за низкой адгезии порошкообразный ингибитор осыпается с поверхности металла, покрывающий металл слой ингибитора очень неравномерен.

Известен также способ нанесения ингибитора на поверхность металла нагретым воздухом или другим газом, насыщенным ингибитором, десублимацией ингибиторов на холодной поверхности металла из воздуха, имеющего более высокую температуру, чем поверхность изделия [2]

Однако и этот способ нанесения ингибитора обладает теми же недостатками, что и [1]

Наиболее близким по технической сущности прототипом предлагаемого является способ защиты металлов ингибитированным воздухом с применением сублиматора [2]

Сущность метода состоит в следующем. Ингибитор насыпают в сетчатые кассеты установки сублиматора, между которыми продувают воздух, подогретый до температуры 140-160^oC. При прохождении воздуха через кассеты с ингибитором происходит сублимация (возгонка ингибитора), воздух насыщается его парами. Выходящий из установки ингибитированный воздух по шлангу подают в консервируемое изделие, и ингибитор остается на поверхности в виде сплошного кристаллического слоя. После окончания нанесения ингибитора требуется герметизация изделий.

Недостатком способа-прототипа является термическое разложение ингибитора с потерей его защитных свойств (как правило, большинство выпускаемых промышленностью ингибиторов коррозии, являющихся солями аминов, обладает низкой термостабильностью), неравномерность осаждения ингибитора, особенно на изделиях сложной и протяженной конфигурации, значительный унос ингибитора воздушным потоком, что ведет к увеличению расхода ингибитора на 40% от требуемого количества, а также загрязнению окружающей среды вредными для здоровья веществами.

Целью предлагаемого способа является повышение эффективности защиты летучими ингибиторами коррозии при длительных сроках консервации без дополнительной герметизации изделий.

Цель достигается путем нанесения летучего ингибитора на металлическую поверхность также напылением, однако напыление осуществляют в электростатическом поле до достижения оптимальной для ингибитора плотности заряда с последующей обработкой поверхности потоком ионизированного газа, создаваемого коронным разрядом.

Процесс напыления осуществляют следующим образом. Создают электростатическое поле между заряжающим электродом, расположенным на конце ствола распылителя, и заземленным покрываемым ингибитором изделия. Напряженность поля при этом автоматически устанавливается таким образом, чтобы зарядка порошка оптимизировалась по эффективности при изменении расстояния между стволом и объектом, колебаниями влажности, давления и температуры воздуха в напылительной камере и в распылителе. Ограничение степени зарядки производят заданным напряжением на электроде при больших расстояниях между электродом и объектом.

Напыление ингибитора осуществляют при следующем оптимальном режиме работы установки:

Регулируемое напряжение на заряжающем электроде, кВ 45-50.

Ток коронного разряда при минимальном расстоянии до заземленного объекта, не более, МкА 10

Частота питания распылителя, кГц 16-24

Расстояние между системой заряжающих электродов и обрабатываемой ингибитором поверхностью, см 20-30.

Время обработки металлического образца ингибитором от 1 до 10 с в зависимости от его размера и заданного количества наносимого ингибитора.

Подачу ингибитора и его распыление производят сухим воздухом, подаваемым в пневматическую систему распылителя. Давление воздуха 0,5-0,6 кг/см².

Дополнительную обработку коронным разрядом ингибитированной металлической поверхности производят при отключении воздуха в течение 1-5 мин.

Для экспериментальных исследований использовались порошковые ингибиторы коррозии: НДА (нитрит дициклогексиламина). ВНХ-Л-20 (ТУ 6-00-7001938-218-88), уротропин, мочевина.

Нанесение ингибиторов коррозии на защищаемую металлическую поверхность в электростатическом поле не известно, что позволяет сделать вывод о новизне предлагаемого способа.

Удерживание на поверхности порошка ингибитора, как было установлено, возможно лишь при дополнительной обработке ее коронным разрядом. При этом резко уменьшается скорость испарения вещества, что доказывает неочевидность предлагаемого метода нанесения ингибитора.

При осуществлении предлагаемого способа достигается практически полное использование ингибитора, равномерное распределение его по защищаемой металлической поверхности, эффективное удержание частиц порошкового ингибитора на поверхности металла электростатическим полем заряженной частицы ингибитора и, кроме того, выявленное в ходе исследований, проведенных авторами в 1993-1994 гг. изменение физико-химических эффектов взаимодействия ингибитора с металлом, позволяющее существенно повысить защитные свойства ингибиторов.

По прототипу после десублимации ингибитора на поверхности изделие обязательно герметизируется, по предлагаемому же способу барьерная упаковка при защите и консервации изделий не требуется, т.к. показатели исследования при обработке потоком ионами газа (воздуха) испарение ингибитора резко затормаживается, и нанесенный на металл слой ингибитора сохраняется значительное время (в зависимости от нанесенного количества от нескольких месяцев до нескольких лет). Кроме того, прототип неприменим для ингибиторов коррозии, обладающих низкой термостабильностью, например, карбонат аммония, и низкой летучестью, например, ингибитором ХЦА (хромат циклогексиламина).

Таких ограничений предлагаемый метод не имеет.

Коррозионные испытания, имитирующие атмосферные условия, осуществляют по методике 1, а имитирующие атмосферу, содержащую нефтепродукты и влагу по методике 2.

Методика 1. Коррозионные испытания проводят на образцах стали Ст-3 размером 50х25х2 мм по методу ускоренных испытаний при повышенных значениях относительной влажности и температуры воздуха с периодической конденсацией влаги на образцах (ГОСТ 9 509 ЕС3КС) в камере тепла и влаги.

Опыты проводят в эксикаторах объемом 6,7 л. Испытания носят циклический характер. Продолжительность каждого цикла 24 ч. В первой части цикла образцы выдерживают при 40^oC и относительной влажности 982% в течение 7 ч. Для поддержания указанной влажности на дно эксикатора наливают водноглицериновый раствор (10 мас. глицерина) в таком количестве, чтобы раствор занимал 1/100 часть объема эксикатора (67 мл).

Во второй части цикла образцы охлаждают до комнатной температуры, и при этом создаются условия для конденсации на них влаги.

Продолжительность второй части испытаний 17 ч.

В эксикатор помещают металлическую подставку из нержавеющей проволоки диаметром 2-4 мм, диаметр подставки 200 мм, высота 78-80 мм. На верхнюю образующую подставки по периметру подвешивают на одинаковом расстоянии друг от друга в количестве 6 шт. металлические образцы с нанесенным ингибитором с заданной концентрацией (от 5 до 20 г/м²). После размещения образца крышка эксикатора герметически закрывается и эксикатор помещают в термостат для циклических испытаний.

Оценка эффективности ингибитора коррозии, нанесенного в электростатическом поле, производилась по результатам осмотра образцов по площади коррозионных поражений. Коэффициент торможения коррозии рассчитывается по формуле:

,

где

K₁ процент коррозионного поражения металлической поверхности без ингибитора;

K₂ процент коррозионного поражения металлической поверхности с напыленным ингибитором.

Методика 2. Ускоренные испытания проводят в стеклянных цилиндрах 1-200 ГОСТ 1770-74 Е высотой 38 см, снабженных пробками с крючками.

Перед испытаниями в цилиндры заливают 50 мл водного раствора солей, содержащего Na₂S 1 г/л, NaCl 0,3 г/л, Na₂SO₃ 0,7 г/л и 1 мл бензина-сырца. Подготовленные металлические образцы по ГОСТ 9 509 809 из стали Ст-3 размером 50х25х3 мм с напыленным ингибитором подвешивают с помощью капроновой лески к пробке цилиндра (по 2 образца на разных уровнях на расстоянии 4 и 12 см до зеркала водного раствора так, чтобы образцы не касались стенок, а верхние образцы лески нижних образцов. Для создания герметичности окружность касания пробки с цилиндром заливают снаружи расплавленным парафином.

Цилиндры помещают в термошкаф, куда наливают воду для создания 100%-ной относительной влажности, и проводят ускоренные испытания по суточному циклу, состоящему из нагрева до 40^oC, выдержки при этой температуре в течение 7-7,5 ч и охлаждения до комнатной температуры. Испытания проводят в течение 7 суток.

Оценка эффективности ингибиторов проводилась по результатам осмотра образцов по площади коррозионных поражений.

Коэффициент торможения коррозии рассчитывался по формуле (1).

Промышленная применимость предлагаемого способа подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Предварительно обезжиренные и взвешенные с точностью 0,0002 г 3 образца из стали Ст-3 подвешивают на металлических крючках на заземленную металлическую подвеску из проволоки диаметром 2-4 мм, высотой 150-200 мм на расстоянии 5-10 мм друг от друга. Включают блок электропитания и устанавливают верхний предел напряжения электрода 45-50 кВ. Включают подачу воздуха и регулируют подачу и раздув "факела" ингибитора, нажимая курок распылителя, в бачок которого предварительно загружают ингибитор НДА. Далее направляют струю порошка ингибитора на металлические образцы в течение 1 с, удерживая ствол распылителя на расстояние не менее 200 мм от заземленных объектов. Затем образцы взвешивают на аналитических весах и рассчитывают количество ингибитора на единицу поверхности. Если концентрация ингибитора составляет 5 г/м², образцы снова помещают на металлическую подставку, отключают подачу воздуха и обрабатывают металлические образцы коронным разрядом, нажимая курок распылительного пистолета в течение 1-5 мин. Пистолет удерживают на расстоянии 200 мм от образцов, при этом подачи струи ингибитора не происходит. Затем образцы стали направляют на коррозионные испытания по методикам 1 в течение 15 суток. Коэффициент торможения коррозии составляет более 10000.

Пример 2. Пластины из стали Ст-3 с нанесенным в электростатическом поле ингибитором НДА в условиях примера 1 в количестве 20 г/м² и обработанным коронным разрядом в течение 5 мин подвергают коррозионным испытаниям по методике 1 в течение 105 суток. Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Пример 3. Пластины из стали Ст-3 с нанесенным в электростатическом поле ингибитором НДА в количестве 10 г/м² в условиях примера 1, но без последующей обработки коронным разрядом, подвергают коррозионным испытаниям по методике 1 в течение 60 суток. Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Пример 4. Опыт проводят аналогично примеру 1, но в качестве ингибитора используется ингибитор ВНХ-Л-20. Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Пример 5. Опыт проводят аналогично примеру 1, но в качестве ингибитора используют уротропин. Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Пример 6 по прототипу. Образцы стали Ст-3, помещенные последовательно в стеклянную трубку, обрабатывают с помощью сублиматора ингибитором НДА. Далее образцы извлекают и проводят коррозионные испытания по методикам 1 и 2. Результаты испытаний приведены в табл. 1 и 2.

Остальные примеры по влиянию разных количеств, нанесенных на сталь Ст-3 в электростатическом поле ингибиторов, времени обработки коронным разрядом ингибитированной поверхности, цикличности испытаний на защитные свойства различных ингибиторов коррозии в сравнении с прототипом также приведены в табл. 1.

Пример 7. Пластины из стали Ст-3 с нанесенным в электростатическом поле уротропином в концентрации 20 г/м² условиях примера 1, но без последующей обработки коронным разрядом, подвергают коррозионным испытаниям по методике 2. Результаты испытаний представлены в табл. 2

Пример 8. Пластины из стали Ст-3 с нанесенным в электростатическом поле ингибитором НДА в количестве 5 г/м² в условиях примера 1 подвергают коррозионным испытаниям по методике 2. Результаты испытаний приведены в табл.2, из которых следует, что коэффициент торможения коррозии составляет 75.

Пример 9. Опыт проводят аналогично примеру 7, но количество нанесенного ингибитора составляет 20 г/м². Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Пример 10. Опыт проводят аналогично примеру 7, но в качестве ингибитора используют ВНХ-Л-20. Результаты испытаний приведены в табл.2.

Пример 11. Пластины из стали Ст-3 с нанесенным в электростатическом поле уротропином в концентрации 20 г/м² обрабатывают коронным разрядом в течение 1 мин и подвергают коррозионным испытаниям по методике 2. Результаты испытаний приведены в табл.2.

Пример 12. Опыт проводят аналогично примеру 11, но в качестве ингибитора коррозии используют мочевину, и время коронного разряда составляет 5 мин.

Пример 13. Опыт проводят аналогично примеру 12, но количество нанесенного в электростатическом поле уротропина составляет 5 г/м², и время коронного разряда составляет 5 мин.

Остальные примеры по влиянию количества нанесенного ингибитора с обработкой и без обработки коронным разрядом металлической поверхности на защитные свойства различных порошкообразных ингибиторов коррозии приведены в табл.2.

Пример 14. На пластине из стали Ст-3 наносят ингибитор коррозии НДА в количестве 15 г/м² в электростатическом поле при напряжении на заряжающем электроде 45 кВ, и обрабатывают коронным разрядом в течение 1 мин. Металлические образцы подвергают коррозионным испытаниям по методике 2. Результаты приведены в табл. 3.

Пример 15. Опыт проводят аналогично примеру 14, но напряжение на заряжающем электроде составляет 50 кВ, и в качестве ингибитора используют ВНХ-Л-20. Результаты испытаний приведены в табл. 3.