Для защиты металлических поверхностей от поражения коррозией применяется широкий спектр механических, химических и электрохимических средств. Большинство из них используется в непосредственной связке с целевой заготовкой, что обеспечивает изоляционный эффект. Но существует и отдельная группа химических соединений в виде ингибиторов коррозии, принцип действия которых ориентируется и на понижение активности самого реагента, провоцирующего нежелательные процессы.
Что такое ингибитор?
Это специальные вещества или комбинации определенных химических элементов, которые вносятся в рабочую среду в достаточном количестве для замедления или предотвращения коррозийных процессов. Эффективность данной защиты оценивается по двум показателям: коэффициенту остановки коррозии и степени защиты самого металла. При этом конечный эффект будет зависеть не только от самого химического соединения, но и от окружающих условий, среди которых свойства реакции, характеристики агрессивной среды и физико-химические параметры металла. Преимущественно ингибиторы коррозии действуют в тех случаях, когда имеет место цепная реакция между активным центром и агрессивными частицами. Защитное соединение действует целенаправленно на активные элементы, задерживая, блокируя или разрушая их. Характер данного эффекта и результативность практически в каждом случае индивидуальны, но схемы сегментируются в зависимости от типа используемого средства.
Составы ингибиторов
Чаще всего используют составы на основе нитрита натрия, которые добавляются к силикатам и фосфатам натрия, соляным растворам, бихроматам натрия, сульфоокисям, аминам, танину и т.д. Причем, используя тот или иной ингибитор, важно учитывать, что реакция защиты предполагает его расход, поэтому периодически необходимо вносить в агрессивную среду новые порции активного элемента. Например, типовой состав ингибитора коррозии на нитрите натрия вводится в объеме до 0,05 %. Также активные группы соединений по-разному ведут себя в определенных средах. Так, если стоит задача окисления, то за основу берется гидрохинон, а для задержки процессов ржавчины применительно к стальным сплавам рекомендуется использование технеция. К специализированным составам можно отнести ингибиторы для защиты в средах с хлором и водородом. В данном случае применяют трихлорид азота, но в минимальных дозах. Как правило, для прекращения негативного взаимодействия хватает тысячной доли от общего количества реагентов.
Классификация ингибиторов по механизму действия
Принцип и характеристики образования защитной среды обуславливаются химической природой конкретной рецептуры. В этом смысле отмечаются следующие группы составов с антикоррозийным эффектом:
- Адсорбционные. На поверхности предохраняемой конструкции или детали образуется мономолекулярная пленка, которая постепенно останавливает негативные электрохимические процессы. Среди таких веществ часто встречаются поверхностно-активные композиции — ПАВы.
- Органические ингибиторы. Представляют средства, дающие смешанный эффект. Они способны тормозить анодные и катодные разрушительные реакции коррозии. Органический ингибитор нередко используется при металлическом травлении, облегчая дальнейшие процессы зачистки поверхностей от загрязнений и окалины. При этом сама структура металла остается прежней и не деформируется.
- Неорганические ингибиторы. Обширная группа соединений, основанных на фосфатах, силикатах и полифосфатов. Комбинируя элементы химической композиции этого типа, можно получать практически универсальные средства для снижения интенсивности процесса разрушения структуры. Сложность заключается лишь в подборе подходящего активного элемента для конкретных задач.
- Пассивирующие ингибиторы. Образуют на поверхности заготовки защитную пленку, оказывающую эффект пассивирования. Иными словами, выполняется окислительная реакция (с помощью нитритов и хроматов, к примеру), при которой коррозионный потенциал сводится к положительной неактивной стороне.
Ингибиторы нейтральных сред
Химические ингибиторы, защищающие от коррозии, в отношении нейтральных сред классифицируются следующим образом:
- С окислительными качествами. Могут по отдельности или в комбинированных составах применяться хроматы, нитриты и составы, включающие нитро- и карбоксильные элементы.
- Средства, способствующие генерации труднорастворимым связок, но без окислительного действия. Это могут быть растворы ингибиторов коррозии на основе боратов и фосфатов.
- Ингибиторы с ослабленным окислительным эффектом. Отличием этой категории можно назвать содержание анионов наподобие ванадатов и молибдатов.
Ингибиторы кислотных сред
Это вещества и элементы, которые снижают скорость коррозийного процесса, происходящего в кислотах при умеренной концентрации на уровне 5 г/л. Функцию антикоррозийной защиты такого типа чаще выполняют органические соединения. Их задействуют при травлении металлов для устранения окалины с поверхности. Эффективность замедления ржавчины зависит от характеристик конкретной кислоты. Ингибитор коррозии на основе серы, кислорода и азота считается наиболее действенным. Специально для стали, алюминия, цинка и железных изделий применяются катионные ингибиторы типа катапина, КПИ-9, КПИ-1 и др. К универсальным средствам защиты металла в кислоте относятся составы ХОСП-10, КИ-1, ПБ-8 и другие продукты, которые демонстрируют высокую способность и к самозащите в агрессивных средах.
Ингибиторы атмосферной коррозии
В данной группе можно выделить контактные и летучие ингибиторы. Первые используются непосредственно на металлической поверхности, причем в зависимости от состава может достигаться и эффект пропитки. К контактным составам относятся композиции с содержанием нитритов, бензоатов и др. Преимущественно это неорганические соединения, оказывающие влияние на электродную кинетику. Что касается летучих ингибиторов коррозии, то к этому сегменту относят соли аминов и других слабых кислот. В частности, среди них можно выделить нитриты, бензоаты, фосфаты и т.д. Все они склонны адсорбироваться произвольно на поверхности заготовки, но при этом находятся в летучем состоянии в условиях нормального температурного режима.
Катодные и анодные ингибиторы
Составы катодного типа замедляют электрохимические реакции, которые могут вызывать коррозийные процессы на фоне растворения металлов. Происходит снижение коррозионного тока в результате сдвижения стационарного потенциала катода в отрицательную сторону. На поверхности материала формируются труднорастворимые химические пленки, связывающиеся деполяризатор. В свою очередь, анодные ингибиторы коррозии металлов считаются более эффективными, так как они оказывают и окислительное воздействие. Благодаря их поддержке образуется тонкий слой пассивной анодной пленки, уменьшающей площадь распространения коррозии. По сути, разрушительные процессы блокируются. Но важно учитывать, что аноды могут быть опасны при условии передозировки. Скорость развития коррозии будет снижена, но темпы растворения металла увеличатся.
Применение ингибиторов в бытовых условиях
Для обычных пользователей наиболее доступным средством защиты от коррозии с помощью ингибиторов будет укладка грунтующего состава на целевую поверхность. Это легкое по своему воздействию ингибирующее покрытие, действие которого заключается в предотвращении прямого контакта воды или агрессивного раствора с поверхностью металла. Нередко и лакокрасочные средства содержат подобные ингибиторы коррозии. Вещества, которые используются в подобных целях, вырабатываются в заводских условиях. К ним можно отнести свинцовый сурик для той же грунтовки, растворы ортофосфатов цинка или железа, фосфатные покрытия и т.д.
Применение ингибиторов при обработке техники
Наиболее остро проблемы защиты технических средств стоят в сельском хозяйстве, где атмосферная среда негативно влияет не просто на металлические поверхности, а конкретно на сварочные соединения. Задачи обработки уязвимых участков защитными средствами усложняются в силу их нахождения внутри полостей. Поэтому применение ингибиторов коррозии обычно происходит в рамках планового ремонта консервационными составами. Для временной защиты от биологического и атмосферного воздействия машины обрабатывают пластичными смазками, маслами, восковыми дисперсиями, бензино-битумными составами, противокоррозионными присадками и т.д.
Применение ингибиторов в нефтегазовой промышленности
В основном нефте- и газопроводные трубные магистрали подвергаются коррозийным разрушениям, но не только. Металлические конструкции и сооружения перерабатывающих заводов, скважинное оборудование, буровые установки и вспомогательные приспособления постоянно взаимодействуют с сероводородом, двуокисью углерода и органическими кислотами. Очевидно, что и в этом случае необходимо использование специализированных защитных средств. В частности, задействуются ингибиторы коррозии в виде смесей, содержащих серу, азот и метанол. Сужение спектра доступных для использования в данной сфере химически активных антикоррозийных средств обуславливается тем, что ингибиторы не должны никак влиять на технологические процессы нефтегазовых предприятий (добычу, сбор, подготовку, переработку сырья). Кроме этого, они должны иметь приемлемые показатели токсичности по отношению к окружающей среде.
Заключение
Современные средства защиты материалов от негативных факторов окружающего воздействия все в большей степени ориентируются на тонкие физико-химические реакции и процессы, в результате которых происходят изменения структуры материалов. Именно такой подход в наиболее эффективных моделях защиты демонстрируют ингибиторы. Специальные растворы порой на молекулярном уровне не допускают разрушения металлической поверхности, сохраняя и ее эксплуатационные качества в первоначальном виде. Но есть и другие примеры, среди которых пеназолин (ПАВ) – ингибитор коррозии, оказывающий двойное поверхностное действие. Как и традиционные антикоррозийные покрытия, он формирует грубую густую пленку, физически не позволяющую агрессивным средам воздействовать на металл. То есть практически для любых условий с риском коррозийного поражения современная промышленная химия может предложить достойное средство защиты – остается лишь правильно рассчитать свойства состава и обозначить требования к его применению.
Ингибитор коррозии
Содержание статьи
- Ингибиторы для металла
- Состав
- Свойства
- Защита
- Применение
В переводе с латинского ингибиторы переводятся как задерживать. Он и нашли широкое применение в современной промышленности.
Ингибиторы коррозии металла
Ингибитор не является каким-то конкретным веществом. Так называют целуют группу веществ, которые направлены на остановку или задержку протеканий каких-либо физических или физико-химических процессов. В большинстве своем он направлен на задержку ферментативных процессов.
Ингибиторы в основном действуют в тех случаях, где имеется цепная реакция или процессы с активными центрами и частицами. Ингибитор действует на активные вещества. Он либо их блокирует, либо задерживает. В некоторых случаях он вступает в реакцию с активными частицами и из-за этого образуются свободные радикалы.
Важно: Ингибитор следует вводить в систему реагирования двух веществ в небольшом количестве. Оно не должно превышать объем элементов, между которыми должна быть реакция.
Состав ингибиторов коррозии
Ингибиторы представлены следующими веществами:
- Гидрохинон. Данный ингибитор относится к разряду ингибитора окисления.
- Соединения технеция. Данный ингибитор служит для задержки образования коррозии на стальных материалах.
- Трихлорид азота. Он применяется в реакции хлора с водородом.
Внимание: При реакции хлора с водородом следует вводить данный ингибитор в минимальном количестве. Одной тысячной доли от общего объема реагентов будет достаточно для прекращения процесса взаимодействия.
Ингибиторы могут действовать двумя разными принципами на взаимодействие двух веществ:
- Обратимый. При этом молекулы ингибиторов не изменяю молекулы реагирующих другу с другом веществ.
- Необратимый. В результате данного действия ингибитора оказывается влияние на молекулярный состав одного из реагирующих веществ.
Свойства ингибиторов коррозии
Таблица 1. Физико-химических с войств ингибиторов коррозии.
| № п/п | Марка ингибитора | Общая характеристика | Плотность при 20 °С, г/см 3 | Содержание, % | Вязкость при 50 °С, сСт | Температура, °С | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| основного азота, в пределах | смол, не более | механи-ческих примесей | засты-вания | вспышки | самовоспла-менения | |||||
| 1 | И-1-А* (ТУ 38-103246-87) | Вязкая темно-коричневая жидкость с характерным запахом пиридинов, почти не растворяется в воде, хорошо растворяется в органических растворителях, а также в соляной, серной и других сильных кислотах | 1,0. 1,1 | 7,0. 9, 5 | 5 | 0,2 | — | — | — | — |
| 2 | И-1-В* (ТУ 38-103-238-74) | Темно-коричневая жидкость с характерным слабым запахом, легко растворимая в кислотах и в воде | 1,25. 1,35 | — | 3,0 | — | — | — | — | — |
| 3 | «Север-1» (И-2-А)* (ТУ 38-103-201-76) | Легкоподвижная темно-коричневая жидкость, хорошо растворяется в бензоле, спирте, ацетоне, соляной и серной кислотах | 0,93. 1,05 | 4,90. 6,65 | 3,5 | 0,2 | 7. 12 | -65 | +23 | +385 |
| 4 | И-З-А* (ТУ 38-403-29-73) | Темно-коричневая жидкость с характерным запахом, хорошо растворимая в полярных органических растворителях и минеральных кислотах | 0,99. 1,07 | 8,3…11,0 | 3,5 | 0,2 | 15 | -33…-45 | +76 | +413 |
| 5 | И-4-А* (ТУ 38-403-44-73) | Темно-коричневая жидкость с характерным запахом, хорошо растворимая в бензоле, спирте, ацетоне, соляной, серной кислотах и ряде других продуктов | 0,94. 1,00 | 4,9…6,65 | 3,5 | 0,2 | 3…7 | -50…-75 | +15 | +413 |
| 6 | И-4-Д (ТУ 38-403-46-73) | Темно-коричневая вязкая жидкость с характерным запахом, эмульгируется в водных растворах, растворяется в толуоле, хлороформе, четыреххлористом углероде и некоторых других средах | 0,85…0,95 | — | — | — | 65…95 | -12…-15 | +81 | +239 |
| 7 | «Тайга-1» (И-5-ДНК) (ТУ 38-403-47-73) | Легкоподвижная темно-коричневая жидкость с характерным запахом, эмульгируется в водных растворах, растворяется в углеводородах | 0,92. 0,96 | — | — | — | — | -50 | +20 | +340 |
| 8 | И-2-Е | Легкоподвижная темно-коричневая жидкость со слабым характерным запахом, растворимая в воде, спирте, кислотах | 1,0. 1,1 | — | — | 8. 10 | — | -50 | — | — |
| 9 | «Тайга-2» (И-5-ДТМ) ТУ 38-403-78-78) | Легкоподвижная темно-коричневая жидкость, растворимая в спирте, бензоле, дихлорэтане и других органических растворителях | 0,87…0,89 | — | — | 3,9. 4,0 | — | -45 | — | — |
| 10 | И-21-Д (ТУ 38-403-101-78) | Легкоподвижная темно-коричневая жидкость, растворимая в спирте, бензоле, дихлорэтане и других органических растворителях | 0,8. 0,9 | — | — | 5,0 | — | -16 | — | — |
| 11 | И-30-Д (ТУ 38-403-79-76) | Легкоподвижная темно-коричневая жидкость, эмульгируется в воде, растворяется в спирте, бензоле, дихлорэтане | 0,85. 0,87 | — | — | 5,0 | — | -40 | — | — |
| 12 | И-К-10 (ТУ 38-403-68-75) | Легкоподвижная коричневая жидкость, растворяется в воде, спирте, кислотах | 1,06. 1,1 | — | — | 8. 11 | — | -50 | — | — |
| 13 | И-К-40 (ТУ 38-403-75-75) | Легкоподвижная коричневая жидкость, растворяется в воде, спирте, кислотах | 0,95. 1,15 | — | — | 10. 15 | — | -50 | — | — |
| 14 | Нефтехим (ТУ 38. УССР 201463-66) | Представляет собой смесь полиэтиленполиамидов карбоновых кислот легкого талового масла и солей пиперазина этих кислот в растворе керосина и катализата риформинга | — | — | — | — | 7 | -18 | +37 | 340. 435 |
| 15 | Газохим (ТУ 113-03-20-73) | Однородная жидкость темно-коричневого цвета, растворяется в углеводородах | 0,97 | — | — | — | — | -10 | +61 | 262 |
Защита ингибиторами коррозии
Ингибитор коррозии металлов получил широкое распространение в современном мире. Группа веществ блокирует взаимодействие металла с воздухом или агрессивными средами. Данное качество ингибиторов обладает большим практическим значением. Оно позволяет сохранить целостность металла на длительное время. Данный процесс относится к разряду электрохимических.
Ингибиторы действую на металлы следующим образом: вещество попадает на металлический материал и впитывается в него. После этого металл приобретает положительный потенциал, который делает процесс образования ржавчины намного более медленным.
В современном мире применительно к металлам ингибиторами стали называть вещества, которые образуют на их поверхности тонкую, но прочную пленку, которая предотвращает попадание на поверхность металлического материала воздуха или влаги.
В настоящее время существует огромное множество веществ, которые можно использовать в качестве ингибиторов для блокирования процесса образования коррозии на поверхности металлических предметов или объектов. Самым большим количеством качеств ингибиторов обладают такие типы веществ как:
- Амины
- Азотсодержащие гетероциклические соединения
- Мочевина
- Тиолы
- Альдегиды
- Сульфиды
Применение ингибиторов коррозии
Ингибиторы получили широкое распространение в современном мире. Их деятельность направлена на предотвращение неприятных последствий, которые могут возникнуть после взаимодействия двух разных веществ. Применение ингибиторов особенно полезно при изготовлении металлических изделий. Группы этих веществ являются наиболее эффективным методом борьбы с образованием ржавчины на поверхности металлов.
В современной промышленности разрабатываются ингибиторы, созданные на основе сочетания различных веществ. Они нашли широкое применение в нефтяной промышленности. Специальные ингибиторные смеси применяют для защиты нефтеперерабатывающего оборудования от появления налета ржавчины. Нанесение ингибиторов провоцирует образование на поверхности оборудования отрицательно заряженных частиц, которые не дают возможности агрессивным средам повлиять на структуру металла, из которого оно сделано.
Также ингибиторы используются для изготовления эмульсии для бурения нефтяных скважин.
Практически все группы ингибиторов предназначены для борьбы с разными видами коррозии. Они справляются и с местной коррозией и с локальной.
В закрытых охлаждающих системах ингибиторы применяются уже давно. Их применение для данной цели является оправданным методом. Ведь при их взаимодействии с реагентами охлаждающая вода не меняет свой химический состав. В процессе использования охлаждающих систем отмечается незначительное уменьшение потока жидкости в них. Однако этот показатель не является критичным и не влияет на качество эксплуатации системы.
Таблица 2. Применение ингибиторов коррозии.
| Область применения | Ингибиторы коррозии |
|---|---|
| Для защиты нефтепромыслового оборудования от сероводородной коррозии и коррозии, вызываемой смесью сероводорода и углекислого газа, могут применяться также при солянокислотных обработках скважин. Замедляют коррозию сталей в растворах серной и соляной кислот | И-1-А, И-1-В, «Север-1» И-3-А, И-4-А, И-21-Д |
| Для защиты от коррозии нефтегазопромыслового оборудования, вызываемой пластовыми и сточными водами, как содержащими, так и не содержащими сероводород | И-4-Д |
| Для защиты нефтегазопромыслового оборудования от коррозии, вызываемой пластовыми и сточными водами, содержащими сероводород, смесь сероводорода с углекислотой, кислород | «Тайга-1» (И-5-ДНК), «Тайга-2» (И-5-ДТМ), И-30-Д, Газохим, Нефтехим |
| Для защиты нефтегазопромыслового оборудования от коррозии, вызываемой пластовыми и сточными водами, содержащими сероводород или смесь сероводорода и углекислого газа | И-2-Е, И-К-10 |
| Для подавления жизнедеятельности СВБ, для защиты нефтегазопромыслового оборудования от коррозии, вызываемой пластовыми и сточными водами, содержащими сероводород или смесь сероводорода с углекислотой | И-К-40 |
Статьи по теме
Антикоррозионные средства
Антикоррозионные пигменты классифицируются на: цинковые крона, алюминий три-полифосфаты и слюдянистую окись железа.
Вещества ускоряющие высыхание красок
Сиккативы — соединения свинца, кобальта, марганца и цинка, которые, будучи добавлены в высыхающие масла, ускоряют их высыхание.
Пассивирование
Пассив и рование, пассивация металлов , переход поверхности металла в пассивное состояние, при котором резко замедляется коррозия.
Защита трубопроводов от коррозии
Сегодня без разных видов трубопроводов невозможно представить себе жизнью Они находятся практически в каждом населенном пункте и обеспечивают коммуникации. Производств труб для прокладки под землей осуществляется из металлов самых разных типов.
Гальваническое покрытие
В современном мире большую популярность получила процедура нанесения на металлические материалы различных веществ, которые предотвращают образование на них коррозийного налета.
Процесс коррозии
В современном мире из металлов самых разных видов производится большое количество продукции. Металлические материалы присутствуют в разных отраслях промышленности в виде станков и машин, инструментов.
Явление кавитации
В мире имеется большое количество физических процессов, с которыми мы сталкиваемся ежедневно. Кавитация ее является исключением. Она в переводе с латинского обозначает пустоту.
Защита металла от коррозии
Слово коррозия произошло от латинского corrodere. Оно в переводе означает «разъедать». Чаще всего встречается коррозия металла. Однако есть случаи, когда от коррозии страдают и изделия из других материалов.
Ингибиторы коррозии
- Для cистем отопления и охлаждения
- Для теплотехнического и котельного оборудования
- Для емкостного оборудования, резервуаров, трубопроводной арматуры
- Межоперационная консервация
- Долгосрочная консервация
- Для климатического и холодильного оборудования
- Химическая очистка
- Промышленная химия (кислотные ингибиторы)
- Защита строительных конструкций от коррозии
- Для ЖКХ
- Для нефтеперерабатывающей промышленности
- Для пищевой промышленности
- Летучие ингибиторы
Согласно стандарту ISO 8044-1986 ингибиторами коррозии (ИК) называют химические соединения, которые, присутствуя в коррозионной системе в достаточной концентрации, уменьшают скорость коррозии без значительного изменения концентрации любого коррозионного реагента. Ингибиторами коррозии могут быть и композиции химических соединений. Содержание ингибиторов в коррозионной среде должно быть небольшим.
Эффективность ингибиторов коррозии металлов оценивается степенью защиты Z (в %) и коэффициентом торможения Υ (ингибиторный эффект) и определяется по формулам:
где К1 и K2 [г/(м 2 •ч)] — скорость растворения металла в среде без ингибитора и с ингибитором соответственно; i1 и i2 [А/см 2 ] — плотность тока коррозии металла в среде без ингибитора и с ингибитором коррозии соответственно. При полной защите коэффициент Z равен 100 %.
Коэффициент торможения показывает во сколько раз уменьшается скорость коррозии в результате действия ингибитора:
Z и Υ связаны между собой:
Ингибиторы коррозии металлов подразделяются:
• по механизму своего действия — на катодные, анодные и смешанные;
• по химической природе — на неорганические, органические и летучие;
• по сфере своего влияния — в кислой, щелочной и нейтральной среде.
Действие ингибиторов коррозии обусловлено изменением состояния поверхности металла вследствие адсорбции ингибитора или образования с катионами металла труднорастворимых соединений. Защитные слои, создаваемые ингибиторами коррозии, всегда тоньше наносимых покрытий. Ингибиторы коррозии металла могут действовать двумя путями: уменьшать площадь активной поверхности или изменять энергию активации коррозионного процесса.
Катодные и анодные ингибиторы замедляют соответствующие электродные реакции, смешанные ингибиторы изменяют скорость обеих реакций. Адсорбция и формирование на металле защитных слоев обусловлены зарядом частиц ингибитора и способностью образовывать с поверхностью химические связи.
Катодные ингибиторы коррозии замедляют катодные реакции или активное растворение металла. Для предотвращения локальной коррозии более эффективны анионные ингибиторы. Часто для лучшей защиты металлов от коррозии используют композиции ингибиторов с различными добавками.
При этом может наблюдаться:
• аддитивное действие, когда ингибирующий эффект отдельных составляющих смеси суммируется;
• антагонизм, когда присутствие одного из компонентов ослабляет ингибирующее действие другого компонента;
• синергизм, когда компоненты композиции усиливают ингибирующее действие друг друга.
Неорганические ингибиторы коррозии металлов. Способностью замедлять коррозию металла в агрессивных средах обладают многие неорганические вещества. Ингибирующее действие этих соединений обуславливается присутствием в них катионов (Са 2+ , Zn 2+ , Ni 2+ , As 3+ , Bi 3+ , Sb3+ ) или анионов (CrO 2- 4, Cr20 2- 7, NO — 2, SiO 2- 3, PO 3- 4).
Экранирующие катодные ингибиторы коррозии — это соединения, которые образуют на микрокатодах нерастворимые соединения, отлагающиеся в виде изолирующего защитного слоя. Для железа в водной среде такими соединениями могут быть ZnSO4, ZnCl2, а чаще Са(НС03)2.
Бикарбонат кальция Са(НС03)2 — самый дешевый катодный экранирующий ингибитор, применяемый для стали в системах водоснабжения. Бикарбонат кальция в подщелоченной среде образует нерастворимые соединения СаСОз, осаждающиеся на поверхности, изолируя ее от электролита.
Анодные неорганические ингибиторы коррозии образуют на поверхности металла тонкие (
0,01 мкм) пленки, которые тормозят переход металла в раствор. К группе анодных замедлителей коррозии относятся химические соединения — пленкообразователи и окислители, часто называемые пассиваторами.
Катодно-анодные неорганические ингибиторы, например KJ, КВr в растворах кислот, тормозят в равной степени анодный и катодный процессы за счет образования на поверхности металла хемосорбционного слоя.
Пленкообразующие ингибиторы защищают металл, создавая на его поверхности фазовые или адсорбционные пленки. В их число входят NaOH, Na2C03 и фосфаты. Наибольшее распространение получили фосфаты, которые широко используют для защиты железа и стали в системе хозяйственных и коммунальных стоков.
В присутствии фосфатов на поверхности железа образуется защитная пленка. Она состоит из гидроксида железа, уплотненного фосфатом железа. Для большего защитного эффекта фосфаты часто используются в смеси с полифосфатами.
Пассиваторы тормозят анодную реакцию растворения металла благодаря образованию на его поверхности оксидов. Эта реакция может протекать только на металлах, склонных к пассивации.
Пассиваторы являются хорошими, но опасными ингибиторами коррозии металлов. При неверно выбранной концентрации, в присутствие ионов Сl — или при несоответствующей кислотности среды, они могут ускорить коррозию металла, и в частности вызвать очень опасные точечные коррозионные процессы.
Хроматы и бихроматы натрия и калия используются как ингибиторы коррозии железа, оцинкованной стали, меди, латуни и алюминия в промышленных водных системах.
Нитриты применяются в качестве ингибиторов коррозии многих металлов (кроме цинка и меди) при рН более 5. Они дешевы и эффективны в случае присутствия ржавчины.
Защитное действие нитритов состоит в образовании поверхностной оксидной пленки. Оксидная пленка состоит из 25 % Cr203 и 75 % Fe203 .
Силикаты относятся к ингибиторам коррозии смешанного действия, уменьшая скорости как катодной, так и анодной реакций. Действие силикатов состоит в нейтрализации растворенного в воде углекислого газа и в образовании защитной пленки на поверхности металла.
Пленка не имеет постоянного состава. По структуре она напоминает гель кремневой кислоты, в которой адсорбируются соединения железа и соли жесткости. Ее толщина обычно равна около 0,002 мм.
Полифосфаты — растворимые в воде соединения метафосфатов общей формулы (МеР03)n. Защитное действие полифосфатов состоит в образовании непроницаемой защитной пленки на поверхности металла. В водных растворах происходит медленный гидролиз полифосфатов, в результате образуются ортофосфаты. В присутствии Са2+ и Fe3+ на поверхности образуется непроницаемая защитная пленка.
Наибольшее распространение в промышленности получил гексаметафосфат натрия. Фосфаты и полифосфаты находят применение в качестве замедлителей коррозии стали в воде и холодильных рассолах. Большой эффект достигается при совместном использовании фосфатов и хроматов.
Органические ингибиторы коррозии. Многие органические соединения способны замедлить коррозию металла. Органические соединения — это ингибиторы смешанного действия, т.е. они воздействуют на скорость как катодной, так и анодной реакций.
Органические ингибиторы коррозии металлов адсорбируются только на поверхности металла. Продукты коррозии их не адсорбируют. Поэтому эти ингибиторы применяют при кислотном травлении металлов для очистки последних от ржавчины, окалины, накипи. Органическими ингибиторами чаще всего бывают алифатические и ароматические соединения, имеющие в своем составе атомы азота, серы и кислорода.
Амины применяют как ингибиторы коррозии железа в кислотах и водных средах.
Тиолы (меркаптаны), а также органические сульфиды и дисульфиды проявляют более сильное ингибирующее действие по сравнению с аминами. Основные представители этого класса — тиомочевина, бензотриазол, алифатические меркаптаны, дибензилсульфоксид.
Органические кислоты и их соли применяют как ингибиторы коррозии железа в кислотах, маслах и электролитах, а также как ингибиторы процесса наводороживания. Наличие в органических кислотах амино- и гидроксильных групп улучшает из защитные свойства.
В спиртовых растворах, особенно многоосновных (этиленгликоль, пропиленгликоль), применяемых в системах охлаждения эффективным ингибитором коррозии является КПГ-ПК.
Необычайно широко применение ингибиторов в промышленности.
В щелочных средах ингибиторы используются при обработке амфотерных металлов, защите выпарного оборудования, в моющих составах, для уменьшения саморазряда щелочных источников тока.
В последние годы появились новые смесевые ингибиторы коррозии для защиты стальной арматуры в железобетоне. Эти соединения — лигносульфонаты, таннины, аминоспирты — способны образовывать с катионами железа труднорастворимые комплексы. Среди них особое внимание заслуживают таннины, благодаря их положительному влиянию на бетон и способности взаимодействовать с прокорродировавшей сталью. Новый класс ингибиторов — это мигрирующие ингибиторы коррозии металла. Они обладают способностью диффундировать через слой бетона и адсорбироваться на поверхности стальной арматуры, замедляя ее коррозию.
Из ингибиторов для нейтральных сред следует выделить группу ингибиторов коррозии для систем охлаждения и водоснабжения. Видное место здесь занимают полифосфаты, поликарбоксильные аминокислоты, так называемые комплексоны — ЭДТА, НТА и др.; и их фосфорсодержащие аналоги—ОЭДФ, НТФ, ФБТК. Комплексоны защищают металлы только в жестких водах, где они образуют соединения с катионами Са2+ и Mg2+.
В водооборотных системах хорошие результаты получены с ингибиторами СП-В. Они надежно защищают системы, состоящие из различных конструкционных материалов (Fe, Сu, Аl, и их сплавы).
Летучие ингибиторы являются современным средством защиты от атмосферной коррозии металлических полуфабрикатов и готовых изделий на время их хранения и транспортировки. Принцип действия летучих ингибиторов коррозии заключается в образовании паров, которые диффундируют через слой воздуха к поверхности металла, и защищают ее. Летучие ингибиторы коррозии раньше использовались преимущественно для защиты от коррозии военной техники и энергетического оборудования. В последние годы к известным летучим ингибиторам НДА, КЦА, Г-2, ИФХАН-100, ВНХЛ-49 добавился ряд новых — СП-В, КПГ-ПК. Установлена способность лучших летучих ингибиторов защищать металл от коррозии длительное время (более 3-х месяцев) даже после удаления их из упаковочного пространства — эффект последействия.
Виды и применение ингибиторов коррозии металлов
Причины возникновения
Коррозия стальных подземных труб представляет собой явление, основной причиной которого можно назвать реакции электрохимического окисления металлов от их постоянного взаимодействия с влагой. В результате таких реакций, состав металла меняется на ионном уровне, покрывается ржавчиной, распадается и просто пропадает с поверхности.
На процесс окисления может оказывать влияние характер жидкости, которая течет по подземному трубопроводу отопления или свойства среды, в которых он расположен. Именно по этой причине, выбирая подходящие средства для борьбы с ржавчиной необходимо учитывать все особенности, предшествовавшие ее возникновению. В противном случае, ремонт при помощи сварки неизбежен.
Применение ингибиторов ржавчины для закрытых систем
Процессы которые связаны с коррозией, которые приводят к разрушению материалов, конструкций можно остановить несколькими вариантами. Там где сложно технологически создать покрытие с защитным эффектом или применять электрохимический способ, используют ингибиторы.
Ингибитором, или веществом, какое при введении в агрессивную среду, может замедлить или полностью устранить коррозийное инфицирование. Очень часто применяют ингибиторы ржавчины там, где среда мало обновляется или имеет не слишком высокий объём:
- цистернах;
- системах охлаждения и теплоснабжения;
- паровых котлах;
- резервуарах с химическими веществами.
Результативность применения нейтрализующих веществ устанавливается по этим параметрам:
- показатель торможения скорости протекания ржавчины, который сравнивает показатели без ингибитора и с ним;
- защитная степень;
- кол-во вещества, которое обеспечивает самую большую защиту.
Обратить собственное внимание! На выбор нейтрализующей добавки оказывает влияние состав среды и самого защищаемого материала, физические параметры, которые определяют протекание процесса
Параметры для спецификации
Делят ингибиторы ржавчины по нескольким показателям:
- по типу среды, в которую вводятся: нейтральные, кислотные, щелочные среды;
- по механизму влияния: пассивирующие, адсорбционные;
- по типу защитного действия;
- по химическим особенностям: летучие, органические, неорганические.
Для нейтральных сред используют нитрат натрия, фосфаты, хроматы. Нитрат натрия применяется как анодный ингибитор, дающий возможность оберегать сталь в водной массе, и как защита меди, цинка. Не ядовитость фосфатов дает возможность применять их в системах охлаждения, промышленного водообеспечения. Хроматы подойдут для защиты большей части металлов.
Важно! Фосфаты и нитрат натрия вводятся в строго определённом количестве: если ошибочно высчитать их концентрацию в обстановке, они окажут обратное действие и увеличат скорость поражения металла. Кислотные нейтрализаторы ржавчины (амиды, амины, их производные) применяют в подобных вариантах:
Кислотные нейтрализаторы ржавчины (амиды, амины, их производные) применяют в подобных вариантах:
- травление поверхности металлов;
- очистка металлоизделий;
- защита труб, нефтеоборудования и газовой арматуры.
При помощи подобных ингибиторов часто увеличивают КПД источников тока, которые работают на химических процессах.
Действие ингибиторов щелочной ржавчины прекрасно в подобных вариантах:
- щелочная обработка амфотерных металлов;
- защита выпарного оборудования;
- уменьшение самопроизвольного разряда источников тока.
Действовать могут ингибиторы как анод или катод. Анодные адсорбируются в виде плёнки для защиты поверхности вещества. Это могут быть органические соединения и поверхностно-энергичные составы. Катодные также отчасти делают меньше поверхность катода и делают меньше катодный ток, однако они не высокоэффективны. Очень часто применяют смешанный вариант, который уменьшает скорость и катодного, и анодного разрушения.
Добавки к тепловым носителям
Вопросы защиты подобных систем как теплоснабжение от влияния ржавчины актуальны, так как собственно их игнорирование часто приводит в авариям. Что подобрать в качестве ингибитора ржавчины для отопительных систем, зависит от подобных факторов:
- температурных эксплуатационных показателей;
- вида оборудования для котельной;
- насосного оснащения;
- материала системы.
Ключевым наполнением систем отопления считается вода, которая просит стабилизации теплофизических параметров, уменьшения образования осадков и накипи.
Благодаря этому вещества, которые помогают выпадению осадка, не нужно применять. При меняется не одно вещество, а комплект, который понижает температуру замерзания воды, снижает отложение накипи, замедляет растворение прокладок из резины на арматуре. Комплекс добавок для отопительных систем — антифризы. Эти жидкости сглаживают отрицательные действие носителя тепла.
Важно! Антифризы у себя в составе имеют опасные вещества
Физическая безреагентная водоподготовка
Как видно из названия, эта группа устройств функционирует без расходных материалов. Часть из них использует для работы электропитание, другие обходятся и без него. В эту категорию входит много устройств, которые можно разделить на группы:
- постоянные магниты;
- электромагниты;
- электронные;
- электролитические;
- электростатические.
Все эти устройства эффективно меняют поведение воды. При использовании этих устройств уменьшается уровень отложений или увеличивается интервал между очистками системы. Некоторые из устройств способны даже удалять из системы существующие отложения.
По существу, физические ингибиторы отложений, магнитные, электролитические или электронные, работают схожим образом, меняя поведение природных солей в воде так, что они остаются в растворе, а не на стенках труб.
Постоянные магниты
Наиболее простое из устройств этого класса. Представляет собой группу постоянных магнитов, соединенных между собой. Проходящая через устройство вода обрабатывается магнитным полем. Магнитное поле заставляет воду накапливать электростатические заряды, что приводит к временным изменениям в форме кристаллов солей. Оно изменяет их форму с обычного прямоугольного параллелепипеда на иглоподобную структуру, которая более подвержена вымыванию из системы, чем прилипанию к поверхностям.
Для работы не требуется питания и расходных материалов. Устройство врезается в систему. Существуют разработки, устанавливаемые на трубу без врезок в систему.
Модели подбираются по диаметру и потоку воды. Есть ограничения по температуре воды.
Электромагнитные системы
Подобны системам с постоянными магнитами, но обладают более мощным магнитным полем и служат дольше. Обычно должны быть установлены очень близко к котлу, т.к. они обрабатывают только воду, протекающую через них. Если поток остановится, накопление воды зарядами прекратится до тех пор, пока движение воды не начнется снова.
В отличие от магнитных, эти системы могут работать на больших потоках воды и при более высоких температурах, однако они дороже магнитных и требуют тщательной очистки внешней поверхности трубы в месте установки.
Электронные системы
Электронные системы водоподготовки отличаются тем, что их работа не зависит от скорости потока воды. Высокочастотный сигнал оказывает воздействие на воду на молекулярном уровне при помощи установленного поверх трубы устройства. Воздействие на воду оказывается 24 часа в сутки в обоих направлениях, по и против потока воды, обрабатывая одновременно всю воду в системе.
Высокочастотный радиосигнал изменяет характеристики кристаллизации солей в воде, предотвращая образование новых отложений.
Некоторые устройства этой группы способны удалять старые отложения и вызывать эффект пассивирования в металлах труб, предотвращая коррозию.
Постоянные магниты Электрон. системы Электролит. системы
Электролитические системы
Небольшой электрический ток, проходя через воду, эффективно меняет молекулярную структуру образующихся кристаллов отложений, предотвращая образования жестких отложений на котлах, трубах. Эта система модифицирует физические свойства ионов, но химической реакции не происходит. В водном растворе соли кальция, магния и некоторые другие соли частично ионизированы и поэтому на них влияет электромагнитное или электростатическое поле. Увеличение степени ионизации ионов в растворе снижает образование отложений.
Электростатические системы
Кинетическая энергия движущегося потока воды создает заряд, который передается в воду. Это нарушает стабильность частиц в воде, которые находятся в состоянии равновесия, обладая равными зарядами. Нейтрализуя заряды и нарушая равновесное состояние смеси, устройство заставляет частицы выпадать в осадок, увлекая за собой вещества, которые могут образовать накипь. Устройство вызывает раннее, неконтролируемое осаждение небольших, не полностью сформировавшихся кристаллов. Таким образом предотвращается образование жестких отложений, а мягкий шлам вымывается из системы.
Что нужно знать об ингибиторах коррозии металла?
Сложная по своей структуре субстанция-состав — [ингибитор коррозии], способна приостановить коррозию металла.
В основном она используется в качестве дополнительного компонента состава для создания стойкого покрытия.
Этот состав сдерживает процессы изменения электрохимических характеристик металлических предметов.
Ею пользуются на нефтеперерабатывающих предприятиях, на машиностроительных заводах и их использует производство в металлургии.
Этот состав необходим для систем водоснабжения и отопления, для промышленных масел и смазок.
Класс ингибиторов коррозии
Состав предохранения металла от ржавления включается в определенный класс ингибиторов в зависимости от:
- характера реакции на металл: субстанции адсорбционные и пассивирующие;
- условий среды, в которой находится металл: составы для предохранения металлических деталей от коррозийной порчи в месте с повышенной кислотностью, а также в нейтральной и сероводородной атмосфере;
- химического состава: летучие ингибиторы коррозии, органические или неорганические добавки для защиты металла;
- особенностей предохранения от ржавчины: анодные, катодные, а также комбинированные химические составы.
Средство, замедляющее коррозийный процесс, действует, изменяя состояние оболочки металла. Это происходит благодаря образованию сложнорастворимого соединения или адсорбции коррозийного состава.
Ингибитор влияет на металл двумя путями. Он может преобразовать активность образования ржавчины или уменьшить размер площади, подвергаемой коррозии.
Образованный слой ингибиторов тоньше наносимого общего покрытия. Например, такой класс ингибиторов, как пассиваторы для металла, имеет свойство обволакивать его поверхность специфической пленкой.
Эта пленка сводит коэффициент опасности появления коррозии к минимуму. Пассивирующие компоненты представляют собой хроматы и нитраты, противостоящие образованию ржавчины.
Адсорбционную же субстанцию впитывает наружный слой металла, отчего появляется тонкая пленка, отличающаяся специальными характеристиками.
Она тормозит, а порой совсем препятствует появлению коррозии. Данная плотная пленка покрывает металл в результате его обработки органической химией или ПВА.
Состав на основе органики и неорганические смеси
Состав на основе органики изделия, которые могут заржаветь, не впитывают. Органическое вещество остается в верхнем слое металлического материала, сдерживая образование коррозии.
Поэтому его используют методом кислотного травления ржавых пятен на металлических конструкциях систем отопления.
Компоненты, входящие в состав органики, обеспечивают стопроцентный антикоррозионный результат. К ним относятся субстанции ароматические и алифатические.
В композицию ингибиторов коррозии этой группы входят атомы серы, азота, а также кислорода.
В субстанции кислот и солей органики есть гидроксильные и аминоксильные соединения. Они отлично защищают от ржавчины элементы таких систем, где среда насыщена кислотами, маслами или электролитами.
Тиолы и сульфиды защищают металлические конструкции систем на высоком уровне. В эту группу входит бензотриазол и другие алифатические соединения органики.
Ингибиторы, приемлемые по цене – это амины. Они защищают металл в кислотной или водной среде систем отопления, сводя на нет реакцию анодов или катодов. Но их результативность ниже, чем у тиолов.
В структуре неорганических соединений содержатся анионы РО, NO, SiO, а также катионы кальция, мышьяка, висмута.
Ингибиторы-аноды, чья природа неорганическая, создают на металлической поверхности защитную оболочку. Пленка совсем тонкая, всего 0,01 мм. Но ее плотность не дает железу превращаться в раствор.
Пленка, которую создают фосфаты, предохраняет от коррозийной порчи металлические и стальные коммуникации систем стоков воды.
Катодные ингибиторы могут образовывать состав на микрокатодах, который не подвергается растворению. Это вещество создает защитный изолирующий слой.
Сейчас наиболее известным катодным ингибитором является бикарбонат кальция. Он образует щит от электролитов. На производство этого вещества уходит не много средств, поэтому он стоит недорого.
Додиген 4482 и ингибитор М-1
Ингибитор для предохранения металла в кислотной среде – додиген 4482. Он применяется как защитное средство газовых и нефтяных систем.
Этот ингибитор нужен, когда металлоконструкции необходимо уберечь от опасности больших нагрузок, влияния кислотной атмосферы или тяжелой эксплуатации.
Пленка додигена 4482, чья плотность очень высока, создает хороший барьер от атаки углекислого газа и сероводорода. Данное соединение отличается экономностью и эффективностью в применении.
Наносить его на поверхность очень просто, и металл не подвернется опасности заржаветь, поскольку степень защиты довольно высока.
Класс ингибитора М-1 требуется для того, чтобы предохранить металл от коррозии на микробиологическом и атмосферном уровне при разном климате.
Он нужен для надежной консервации и сохранности приборов в теплоэнергетике, то есть для систем отопления или других сфер производства.
Прямое воздействие на металлическую поверхность
Данный способ предохранения металла от угрожающей ему опасности требует применения различный покрытий. Оно может быть лакокрасочным, резиновым или металлическим и наносится методом распыления или гуммирования.
Гуммирование представляет собой защиту оборудования покрытием из резины, что зачастую предпринимают в ходе хлорного производства.
Производители отмечают, что резиновая пленка характеризуется отличной устойчивостью к химическому воздействию, защищая емкости, ванны и другое химическое оборудование от негативного влияния агрессивной среды.
Процедура гуммирования бывает и холодной, и горячей, которая осуществляется методом вулканизации эпоксидных и фторопластовых составов.
Дело стоит не только за верным выбором ингибитора, но за его правильным нанесением. Обычно на этот счет в инструкции есть довольно подробные сведения от производителей.
Очень распространен метод гальванического осаждения, еще больше – способ быстрого напыления. Он облегчает большое количество задач.
Чтобы получить надежное покрытие, имеющее ряд защитных свойств, можно нанести на металл и порошкообразный материал.
Как предостеречь от коррозийного воздействия химическое оборудование?
Любое металлическое оборудование подвержено опасности появления ржавых пятен. Важно защитить от ржавчины все элементы систем отопления.
Но предварительно выбирают качественное покрытие, смотрят свойства среды и коэффициент ее агрессивности, оценивают условия эксплуатации и режим температур.
Порой для оборудования в нейтральной среде бывает сложно подобрать подходящий класс покрытия, так как существует один неблагоприятный показатель, заставляющий долго думать.
Затрудненная ситуация может возникнуть при пропарке емкости из пропана, даже если ее производят редко, один раз в два месяца.
Надо помнить, что защитная пленка должна характеризоваться устойчивостью по отношению к конкретному реагенту.
Специалисты не советуют соотносить друг с другом газотермические способы напыления. Не стоит думать, что класс одного из них будет более качественным, потому что каждый такой метод характеризуется своими плюсами и минусами.
В итоге, полученная пленка имеет отличительные от других покрытий плотность и свойства, и по-своему решает поставленные задачи.
В выборе состава, после нанесения которого появится барьерная пленка, и методе его распределения на поверхности, надо исходить из конкретной проблемы. В химической отрасли напыление применяют обычно при текущем ремонте.
Чтобы металлическое оборудование не подвергалось опасности заржаветь, перед применением ингибитора кислотной коррозии его поверхность подготавливают к обработке.
Только так покрытие произведет должный эффект. Нанесение лакокрасочного материала всегда предваряет струйная обработка поверхности. Она гарантирует создание основы под краску с шероховатостями.
На строительном рынке можно увидеть все больше и больше современных материалов. Поэтому выбор средства для предохранения металлоконструкций от их главной опасности совершить не просто.
Но перед химиками сейчас стоит и другая проблема: решить, что целесообразнее и экономичнее – вовремя защитить элементы оборудования или осуществить их полную замену.
