Вопросы защиты от коррозии металлических конструкций, оборудования и установок с использованием ингибиторов

В настоящее время значительной инженерно-технической проблемой является коррозия конструкционных материалов, металлического оборудования и установок. Решение данной проблемы имеет множество вариантов. В данной публикации речь пойдет об ингибиторах. Ингибиторы - это эффективное, универсальное и экономичное средство в арсенале методов борьбы с коррозией. Они вводятся в небольших количествах в коррозионно-активную среду, в упаковочные материалы, в закрытое пространство, где хранится металл, и во временные защитные покрытия (смазки, лаки и краски, полимеры и другие неметаллические пленки), снижают скорость коррозии и уменьшают ее вредные последствия.

Начнем с главного - для чего вообще нужны ингибиторы коррозии. Например, у Вас закуплено дорогостоящее металлическое оборудование, которое, по тем или иным причинам, не сразу устанавливается на производственную площадку. Пока оборудование ждет своего часа, коррозия начинает свою разрушительную операцию. При этом оборудование может потерять не только красивый внешний облик, но и свои технические характеристики, вследствие чего отправится на свалку. Ингибиторы, вводимые в упаковочные или смазочные материалы, помогут избежать этой печальной истории. Еще один пример - оборудование работает в агрессивных средах, допустим сточные промышленные воды. Снизить влияние коррозионной активности среды на конструкции из металла как раз и помогут ингибиторы, тем самым продлевая срок эксплуатации металлических объектов.

Применение ингибиторов, по сравнению с другими методами защиты от коррозии, имеет ряд преимуществ, так как не требует перестройки существующей технологической схемы производства и больших капитальных вложений, а также позволяет использовать дешевые конструкционные металлы вместо специальных. Именно поэтому ингибиторы коррозии нашли широкое применение:

• в металлургической промышленности при травлении проката, труб, стальных изделий;
• в машиностроении при травлении изделий перед окраской, эмалированием, нанесением гальванических и химических покрытий;
• в теплоэнергетике для кислотных промывок оборудования от различного рода минеральных отложений, накипи, что позволяет значительно увеличить теплопередачу и повысить эффективность работы станций;
• при добыче и переработке нефти и газа;
• в промышленном и бытовом водоснабжении;
• в пищевой промышленности при очистках оборудования сахароваренных заводов, емкостей, предназначенных для хранения и перевозки молочных и других пищевых продуктов;
• в охладительных системах промышленного оборудования и транспортных средств (двигатели внутреннего сгорания);
• для защиты от атмосферной коррозии изделий машиностроения, при гидроиспытаниях;
• в строительстве для предупреждения коррозионного разрушения арматуры в бетоне;
• для защиты деталей машин и приборов во время межоперационного хранения, консервации и транспортировки и т.д.

Ингибиторы можно классифицировать:

• по механизму своего действия - катодные (тормозят протекание катодной реакции. Катодные ингибиторы при малых концентрацих не вызывают усиления коррозии); анодные (тормозят протекание анодной реакции. Анодные ингибиторы, добавленные в агрессивную среду в концентрации ниже минимальной, могут вызвать питтинговую коррозию - отдельные точечные поражения.) и смешанные (тормозят протекание катодной и анодной реакций);
• по химическому составу - неорганические, органические;
• по условию применения - жидкофазные и летучие;
• по сфере своего влияния - в кислой, в щелочной и в нейтральной среде;
• по способу действия - пленкообразующие и адсорбирующиеся.

В нейтральных водных средах наиболее эффективно замедляют коррозию металла пассиваторы (анодные ингибиторы). Пассиваторы обычно представляют собой неорганические вещества с окислительными свойствами (например, хроматы, нитриты или молибдаты), которые пассивируют металл и сдвигают коррозионный потенциал в положительную сторону. Непассивирующими ингибиторами, такими как ингибиторы травления, обычно служат органические вещества, которые весьма слабо воздействуют на коррозионный потенциал, т.е. значение потенциала практически остается неизменным. Как правило, пассивирующие ингибиторы понижают скорость коррозии до очень малых значений, тем самым являясь более эффективными по сравнению с непассивирующими.

Видное место здесь занимают полифосфаты, поликарбоксильные аминокислоты и другие ингибиторы, которые используются в системах охлаждения и водоснабжения.

Трубная решетка теплообменника системы центрального кондиционирования без и с использованием ингибитора

В щелочных средах используются, как правило, анодные и катодные ингибиторы. Адсорбционные ингибиторы коррозии в щелочных средах применяют редко, но их сочетание с катионами или комплексными соединениями некоторых металлов способно резко повысить эффективность защиты.

Для защиты черных (сталь, чугун) и цветных (медь, алюминий, цинк) металлов применяют силикаты натрия, который защищает металлическую поверхность за счет образования защитных пленок. К пленкообразующим ингибиторам коррозии относится и нитрит натрия, который применяют в ополаскивающих растворах, например, после щелочной мойки или очистки деталей в расплаве солей.

В кислых средах с целью повышения перенапряжения выделения водорода используют катодные и смешанные ингибиторы - неорганические и органические.

По назначению все ингибиторы, применяемые для защиты в кислых средах, можно разделить на следующие группы:

1. ингибиторы травления;
2. ингибиторы для химических очисток оборудования от различного рода отложений;
3. ингибиторы для химических источников тока;
4. ингибиторы для защиты оборудования, где используются кислые среды;
5. ингибиторы для нефтегазодобывающей промышленности применяются в следующих случаях:

• при добыче, подготовке, хранении и транспортировке обводненой нефти, содержащей сероводород;
• при утилизации и многократном использовании сточных вод, содержащих сероводород;
• при эксплуатации системы поддержания внутрипластового давления нагнетательных скважин;
• при кислотной обработке скважин для увеличения их продуктивности;
• при наличии в продуктивных скважинах сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ), вырабатывающих сероводород.

Для защиты металла от атмосферной коррозии применяются летучие ингибиторы, но только в том случае, если удается ограничить пространство, в котором помещается защищаемый объект, и отделить его от остальной атмосферы. Использование летучих ингибиторов позволяет защищать труднодоступные внутренние части сложных металлических конструкций.

В зависимости от условий хранения и транспортировки, а также от герметичности упаковки летучие ингибиторы обеспечивают защиту металлических изделий от коррозии на срок от нескольких месяцев до двух лет.

Летучие ингибиторы выпускаются в порошкообразном и жидком виде, их добавляют в смазки, обмазки, лакокрасочные изделия и другие покрытия, наносимые на поверхность металла, или вносят в пространство между упаковочным материалом и металлическим изделием или в сам упаковочный материал.

Упаковка изделий с использованием летучих ингибиторов

Принцип действия летучих ингибиторов заключается в образовании паров, которые диффундируют через слой воздуха к поверхности металла и защищают ее.

К числу летучих относится большая группа ингибиторов, включающая алифатические и ароматические амины, гетероциклические азотсодержащие соединения и их соли с азотистой, бензойной, угольной, хромовой кислотами и некоторые неорганические соединения.

Выбор ингибитора в каждом частном случае определяется их технологической и экономической целесообразностью. Для получения качественной защиты от коррозии методом ингибирования необходимо учитывать природу ингибитора, состояние металлической поверхности, состав и свойства коррозионной среды, условия эксплуатации, температурные режимы и т.д. Несмотря на разнообразие этих требований, можно все же выделить некоторые свойства, которыми должен обладать любой ингибитор независимо от его назначения:

1. Обеспечение необходимой степени защиты металла от коррозии (Z) или необходимого значения коэффициента торможения коррозии (γ) при такой концентрации ингибитора, при которой его применение будет экономически оправданным и целесообразным. В зависимости от области применения и стоимости ингибитора оптимальные концентрации и защитные эффекты могут изменяться в широких пределах. Например, ингибитор с γ = 2 (Z = 50%) по эффективности будет удовлетворительным применительно к системам водоснабжения и неподходящим для кислотного травления.

2. Отсутствие вредного влияния на механические свойства защищаемых металлов и эксплуатационные характеристики изготовленных из них изделий. Вредное воздействие ингибиторов в конкретных случаях может проявляться по-разному - замедление растворения окалины; увеличение наводороживания металла; покрытие его поверхности пленками, мешающими обработке металлоизделия (травление металлов, кислотная промывка теплосилового оборудования); «отравление» катализаторов; загрязнение продукта смолами и азотсодержащими веществами; усиление локальной коррозии (процессы нефтепереработки) и т.д.

3. Соответствие санитарно-гигиеническим нормам и правилам охраны труда и техники безопасности. Нельзя использовать ингибиторы, не прошедшие токсикологические испытания, не имеющие биологической устойчивости, ингибиторы, применение которых может привести к засорению окружающей среды. Нежелательно применение дурно пахнущих ингибиторов и обладающих свойствами аллергенов. Ингибиторы должны быть пожаро- и взрывобезопасными, т.е. не должны повышать опасность возникновения пожаров и взрывов.

4. Технологичность применения, т.е. простота и легкость дозировки, введения ингибитора и контроля за его содержанием. Использование жидких и сыпучих ингибиторов позволяет применять автоматические дозировочные устройства. Ингибитор должен быстро и хорошо растворяться (для достижения оптимальной концентрации) в коррозионной среде и сохраняться в активной фазе в течение длительного промежутка времени. Он не должен коагулировать, осмоляться, разлагаться в условиях эксплуатации металлического сооружения.

5. Стабильность промышленного производства ингибиторов, т.е. обеспеченность сырьем, постоянство свойств ингибиторов независимо от времени выпуска и партии, доступность его потребителю в любых требуемых количествах и расфасовках.

6. Сохранение защитных свойств не менее года. Сохранение защитного действия ингибитора в течение некоторого времени после его применения, например при извлечении металла из ингибированной среды и переносе его в коррозионную среду, не содержащую ингибитор. Это требование предъявляется не ко всем ингибиторам, а к подавляющему их большинству.

Из вышесказанного ясно, что ингибиторы это класс веществ, который имеет широкие диапозоны по применению, по своим свойствам и по защитному эффекту от коррозии.

При выборе ингибитора необходимо учитывать все факторы, иначе использование ингибитора, зарекомендовавшего себя в одних условиях, может оказаться почти бесполезным и даже вредным в других. В связи с этим, стоит обратить внимание на ряд недостатков, присущих органическим ингибиторам:

1. некоторые органические ингибиторы являются высокотоксичными, оказывают отрицательное влияние на окружающую среду;
2. под действием воды и кислорода воздуха многие органические реагенты подвергаются различным химическим превращениям, за счет чего снижается их защитный эффект и появляются новые, порой токсичные продукты;
3. ряд соединений, применяемых в качестве ингибиторов, способствует развитию микроорганизмов и водорослей и, тем самым, вызывает появление биообрастаний на поверхности и провоцирует биокоррозию;
4. некоторые органические ингибиторы не могут использоваться в хлорированной воде, в воде с высоким содержанием ионов хлора и кальция, в кислых или щелочных средах;
5. низкомолекулярные полифункциональные органические соединения, защищая черные металлы, усиливают коррозию некоторых цветных металлов и сплавов, по-видимому, за счет образования комплексных соединений.

Поэтому очень важно при выборе ингибитора для защиты от коррозии металлической поверхности проконсультироваться со специалистом, который сможет учесть все возможные нюансы и подобрать наиболее подходящий ингибитор по соотношению цена/качество.

P.S. Про другие распространенные способы противокоррозионной защиты вы также можете прочитать на нашем сайте:

• про электрохимическую защиту от коррозии - здесь и здесь;
• про применение нержавеющих сталей - в этом обзоре;
• про использование лакокрасочных покрытий - здесь;
• в других статьях нашего блога, посвященных более узким аспектам обеспечения коррозионной безопасности.