CC BY
58
УДК 620.197.3
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ РАСТВОРОВ ОКТАДЕЦИЛАМИНА КАК ИНГИБИТОРА КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ
© 2009 г. Ю.М. Лукашов *, Ю.Ю. Лукашов **
*Южно-Российский государственный *South-Russian State
технический университет Technical University
(Новочеркасский политехнический институт) (Novocherkassk Polytechnic Institute)
**Ростовский государственный **Rostovskiy State
строительный университет Building University
Приводятся данные об удельной и эквивалентной электропроводности растворов октадециламина в воде и этиловом спирте. Показана возможность контроля антикоррозионного состояния металлов методом кондуктометрии.
Ключевые слова: октадециламин; растворы; коррозия; кондуктометрия; электролитические свойства; энергетическое оборудование.
The data on the unit and the equivalent conductivity of solutions oktadetsilamin in water and ethanol. The possibility of monitoring the state of corrosion of metals by conductometry.
Keywords: oktadetsilamin; solutions; corrosion; conductometry; electrolytic properties; power equipment.
Современная энергетика несёт существенные убытки из-за коррозионного разрушения конструкционных материалов тепломеханического оборудования электрических станций. Несмотря на то что проблема коррозии котлов, турбин, теплообменников, трубопроводов, насосов и т.д. в энергетике остаётся актуальной многие десятилетия, весьма острой она стала в последние годы в связи с развитием методов энергосбережения, например, путём максимального использования теплоты фазового перехода продуктов сгорания топлива, когда уходящие дымовые газы охлаждаются ниже температуры точки росы [1].
В отечественной и зарубежной практике разработано много способов антикоррозионной защиты энергетического оборудования. Однако несмотря на очевидную эффективность каждого способа в отдельности, ни один из них не удовлетворяет современным требованиям из-за присущих им недостатков [2].
Последние годы для защиты от коррозии металла энергетического оборудования широкое распространение получило поверхностно-активное вещество (ПАВ) октадециламин (ОДА) [3]. Выполненные всесторонние исследования свойств ОДА показали, что это один из самых эффективных ингибиторов. Адсорбированный на различных металлах, ОДА снижает скорость коррозионных и коррозионно-эрозионных процессов как в паровой сфере - в турбинах, так и в водяной сфере - в котлах [4].
Состав этого соединения СпН38КН2. Это воскообразное безвредное вещество, плохо растворяется в воде, но легко образует в ней устойчивую эмульсию при температурах t выше 60 °С. Хорошо растворим в этиловом, изопропиловом и других спиртах, уксусной
кислоте, эфирах, с кислотами образует соединения. При повышении температуры растворимость ОДА возрастает [5].
Вместе с тем об электролитических свойствах растворов ОДА имеется лишь одна работа, выполненная ещё в 1943 г. [6]. Авторы измеряли электропроводность первичных аминов (в том числе и ОДА) в этиловом спирте при температуре 25 °С.
Известно, что, располагая определёнными данными об электролитических свойствах вещества, можно методом кондуктометрии определить его концентрацию в растворе. Однако приведённых в работе [6] данных об эквивалентной электропроводности (X) ОДА для этого недостаточно. Чтобы получить необходимые данные и на их основе разработать методику кондуктометрического исследования и контроля ОДА в пробах воды и пара нами проведена дополнительная обработка результатов [6] и выполнены новые расчёты. В частности, данные о X интерпретированы с позиций закона квадратного корня Кольрауша [7]; рассчитаны величины удельной электропроводности о растворов ОДА в воде и в растворах этилового спирта; построены тарировочные зависимости о от концентрации ОДА в воде и растворах спирта различной процентной концентрации.
На рис. 1 показаны изотермы зависимостей молярной электропроводности растворов ОДА в воде и этиловом спирте от квадратного корня из концентрации (С) ОДА при 25 °С.
По теории Дебая - Гюккеля и Онзагера, которые теоретически обосновали «закон квадратного корня Кольрауша», для сильных электролитов изотермы должны быть прямыми линиями. Тангенс угла накло-
на изотерм равен постоянной А в уравнении Онзаера. Изменение угла наклона и отклонение от линейной зависимости указывает на неполноту диссоциации электролита. Нетрудно видеть (рис. 1), что все кривые показывают характерное для слабых электролитов быстрое понижение электропроводности с ростом С и очевидную нелинейность изотерм. С увеличением концентрации спирта в растворе уменьшается и абсолютное значение X. Анализ показывает, что растворы ОДА близки по своим электролитическим свойствам к растворам слабой уксусной кислоты. В связи с этим первой особенностью исследования свойств растворов ОДА является правильный выбор размеров измерительной ячейки, обеспечивающей минимальную погрешность измерений. Другой методической особенностью исследования электролитических свойств ОДА в воде является возможность образования амин-ной плёнки на измерительных электродах ячейки, что приведёт к ошибочным результатам. Однако на эти и другие методические вопросы помогут ответить лишь новые экспериментальные исследования.
X,
м • моль
раствор ОДА в воде;
2, 3, 4, 5 растворы ОДА
в 5 10-, 30 и 50-
>
s
\
S
\
\
S
•i S
\
V
Ч \
ч
S
4
s
ч.
5
s S
"■N
1 2 3 4 5 6 Тс , 'г-моль ^ 12
см3 )
поэтому принимать кривые 1 на рис. 1 и 2 за электропроводность ОДА в чистой воде можно лишь весьма условно. В то же время промышленные испытания эффективности различных водных режимов [7] показали, что электропроводность проб питательной воды при 25 °С увеличивается с 0,8 при нейтральном режиме до 1,7 мкСм/см при режиме дозирования в неё ОДА концентрацией 20 - 230 мкг/л.
о, мкСм/см
500
400
300 250 ■
200 180 160 140 120
100
60
40
30 25
20 18 16 14 12
10
1 /
/ / /
/
/ /
/
/ 2/
/
/ /
/ / /
/ / /
/ / /
/ / /
/ / 3
/ /
/
/
/ / 4 ^
/ /
/ /
/
/ У
у
0,1
0,2 0,3 0,4 0,5
0,91 2 3 4 С, г/кг
Рис. 1. Зависимость молярной электропроводности растворов ОДА в воде и этиловом спирте от квадратного корня из концентрации ОДА
По результатам наших расчётов построены гра-дуировочные кривые (рис. 2), позволяющие выполнять тарировку кондуктометрической ячейки, постоянная (К) которой предварительно определяется по её геометрическим размерам. В дальнейшем по измеренной о раствора ОДА в этиловом спирте заданной процентной концентрации (по кривым рис. 2) можно определять уже концентрацию в нём ОДА в г/кг.
Следует сказать, что кривые 1 на рис. 1 и 2 получены путём экстраполяции данных [6] на нулевую концентрацию спирта и теоретически иллюстрируют электропроводность ОДА в чистой воде. Однако несмотря на сродство к воде, благодаря наличию значительного дипольного момента и гидратирующей полярной группы, ОДА плохо растворим в воде. ОДА хорошо эмульгируется в воде лишь при t выше 60 °С,
Рис. 2. Зависимость удельной электропроводности растворов ОДА в воде и в этиловом спирте от концентрации: 1 - раствор ОДА в воде; 2, 3, 4 - растворы ОДА в 10, 30 и 50-процентных растворах этилового спирта при 25 °С
Практика показывает, что дозирование ОДА в энергетическую установку должно производиться при наличии надёжных средств контроля за его концентрацией в воде или конденсате пара. Приведённая в [8] методика определения ОДА в воде требует высокой квалификации лаборанта-аналитика и, кроме того, при анализах используется взрывоопасная пикриновая кислота.
Более удобной и надёжной является методика фотометрического определения концентрации ОДА [9]. Она основана на реакции образования окрашенного в оранжевый цвет комплекса ОДА с индикатором метиловым оранжевым при рН = 3-4 и экстракцией его органическим растворителем. Некоторые усовершенствования этой методики позволяют увеличить диапазон определяемых концентраций ОДА и повысить надёжность определения [9].
При обработке пара или уходящих дымовых газов (при охлаждении их ниже температуры точки росы) плёнкообразующими аминами типа ОДА необходимо
2
0
вести контроль не только за содержанием аминов в конденсате, но и выполнять индикаторный контроль за коррозионным процессом. В этой связи в эксплуатационных условиях более удобным является кондук-тометрический контроль, зарекомендовавший себя многолетней практикой на ТЭС и АЭС [10].
Литература
1. Кузьма-Кичта Ю.А., Буханов Д.Ю., Борисов Ю.В. Интенсификация тепломассообмена при конденсации водяных паров из уходящих дымовых газов // Теплоэнергетика. 2007. № 3. С. 39 - 42.
2. К вопросу о консервации оборудования ТЭС и АЭС с использованием плёнкообразующих аминов / Г.А. Филиппов [и др.] // Теплоэнергетика. 1999. № 4. С. 48 - 52.
Поступила в редакцию
3. Методические указания по консервации тепломеханического оборудования с применением плёнкообразующих аминов. РД 34.20.596 - 97. М., 1997.
4. Свойства водных эмульсий поверхностно-активного вещества (октадециламина) при параметрах энергетической установки / О.И. Мартынова [и др.] // Изв. вузов. Энергетика. 1984. № 9. С. 96 - 99.
5. Акользин А.П. Противокоррозионная защита стали плён-
кообразователями. М., 1989. С. 192.
6. Hoerr C.W., Corcle M.R., Ralston A.W. Ionisation constants of primary and symmetrical secondary amines in aqueous solution //Journal of Amer. Chem. Soc. 1943. Vol. 65, № 3. P. 328 - 329.
7. Дол М. Основы теоретической и экспериментальной
электрохимии. М., 1937. С. 496.
8. Кострикин Ю.М. Инструкция по анализу воды, пара и отложений в теплосиловом хозяйстве. М., 1967. 295 с.
9. Ашев П.С. Методики определения концентрации октаде-
циламина и аммиака в водном теплоносителе энергетической установки // Тр. МЭИ. 1980. Вып. 466. С. 75 - 78.
10. Химический контроль на тепловых и атомных электростанциях / Под ред. О.И. Мартыновой. М., 1980. С. 320.
7 апреля 2009 г.
Лукашов Юрий Михайлович - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Тепловые энергетические станции», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (863)2437427; E-mail: [email protected]
Лукашов Юрий Юрьевич - студент, Ростовский государственный строительный университет.
Lukashov Juriy Michailovich - Doctor of Technical Sciences, professor, department «Thermal power stations» South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (863)2437427; E-mail: [email protected]
Lukashov Juriy Jurievich - student, Rostov State Civil Engineering University.
