ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТЫ СТАЛИ ОТ КОРРОЗИИ В АТМОСФЕРЕ ОКСИДА СЕРЫ IV КОМПОЗИЦИЯМИ ЭМУЛЬГИНА В ОТРАБОТАННЫХ НЕФТЯНЫХ МОТОРНЫХ МАСЛАХ

Исследована коррозия углеродистой стали в газовой и жидкой фазах в насыщенных растворах SO2, находящихся в равновесии с оксидом серы (IV) (газовая фаза). Изучена защитная эффективность эмульгина при его содержании в пленке на основе отработанного масла Мобил-1 от 1 до 10 масс.%. Показано, что защитный эффект возрастает по мере увеличения концентрации присадки и достигает максимума в случае концентрации добавки равной 10%. При этом защитная плёнка эффективнее тормозит скорость коррозии в воздушной среде при высоких содержаниях SO2. Corrosion of carbon steel has been studied in gas and liquid phases of the solution saturated with SO2 in equilibrium with (gas phase). Protective efficiency of composition of emulgin and Mobil-1 oil wasted with 1–10 mass.% concentration has been studied. The protective effect increases with increasing concentration of the additive and reaches a maximum in the case of an additive concentration equal to 10%. The protective film more effectively inhibits the rate of corrosion in air at high SO2 contents.

Бернацкий Павел Николаевич

доктор химических наук, доцент

Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина

кафедры химии и экологической безопасности

г. Тамбов, Россия

E-mail: pasha-bern@mail.ru

Зарапина Ирина Вячеславовна

кандидат химических наук, доцент

Тамбовский государственный технический университет

кафедра «Химия и химические технологии»

г. Тамбов, Россия

E-mail: irina-zarapina@mail.ru

Осетров Александр Юрьевич

кандидат химических наук, доцент

Тамбовский государственный технический университет

кафедра «Химия и химические технологии»

г. Тамбов, Россия

E-mail: ksanset@list.ru

Bernatsky Pavel Nikolaevich

Doctor of Chemical Sciences, Associate Professor

Tambov State University named after G.R. Derzhavin

Department of Chemistry and Environmental Safety

Tambov, Russia

E-mail: pasha-bern@mail.ru

Zarapina Irina Vyacheslavovna

Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor

Tambov State Technical University

Department of Chemistry and Chemical Technologies

Tambov, Russia

E-mail: irina-zarapina@mail.ru

Osetrov Aleksandr Yur’evich

Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor

Tambov State Technical University

Department of Chemistry and Chemical Technologies

Tambov, Russia

E-mail: ksanset@list.ru

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТЫ СТАЛИ ОТ КОРРОЗИИ В АТМОСФЕРЕ ОКСИДА СЕРЫ IV КОМПОЗИЦИЯМИ ЭМУЛЬГИНА В ОТРАБОТАННЫХ НЕФТЯНЫХ МОТОРНЫХ МАСЛАХ

STUDY OF THE PROTECTION OF STEEL AGAINST CORROSION IN THE ATMOSPHERE OF SULFUR IV OXIDE BY THE COMPOSITION OF EMULGIN IN MOTOR OILWASTE

УДК 620.193.47

ГРНТИ 31.15.31

Ключевые слова: сталь, пленка, отработанное масло Мобил-1, коррозия, защита

Ключевые слова: steel, film, Mobil-1 oilwaste, corrosion, protection

Одним из самых распространенных видов коррозии металлов является атмосферная. Атмосферная коррозия была и остается объектом многочисленных исследований, поскольку обусловливаемое ею разрушение металлоизделий в различных отраслях промышленности ежегодно ведет к частому выходу из строя оборудования и, как следствие, к выбросам в окружающую среду, что, в целом, ухудшает и без того сложную экологическую и экономическую ситуацию страны.

Соединения серы (сульфиды, самородная сера) содержатся в углях и рудах, при сжигании их в атмосферу попадает SO2. Также большое количество диоксида серы выбрасывается в атмосферу в результате работы автомобильного транспорта, металлургических предприятий и тепловых электростанций. Вступая в реакцию с водой атмосферы, они превращаются в раствор сернистой кислоты, и образуется кислотный дождь. Затем, вместе со снегом или дождем, он выпадает на землю, что являются одной из причин преждевременной коррозии металлов, разрушая здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили и другие изделия из металлов. То есть оксид серы (IV) является одной из наиболее коррозионно-агрессивных микропримесей воздуха. Этот газ постоянно присутствует в городской и промышленной атмосферах и выступает в роли эффективного стимулятора атмосферной коррозии металлов. Установлено, что наличие даже незначительных количеств SO2, вызывает сильную коррозию металлоизделий. Однако до сих пор слабо изучены методы защиты различных металлов от атмосферной коррозии в подобных условиях [1].

В связи с этим, представляет несомненный интерес изучение вопросов защиты металлических агрегатов и конструкций, эксплуатируемых в промышленной атмосфере с повышенным содержанием диоксида серы.

Одним из наиболее технически простых и эффективных способов борьбы с атмосферным воздействием SO2 является использование консервационных материалов, в том числе и на базе маслорастворимых ингибиторов коррозии. Всё возрастающее значение при этом приобретает отказ от старых концепций, базирующихся на подходах, связанных с использованием многокомпонентных консервационных материалов (КМ). Возрастающее значение приобретает разработка теоретических основ создания малокомпонентных (в технологическом плане) КМ. При их создании необходимо учитывать следующие требования: малокомпонентный в технологическом плане состав (оптимальны двухкомпонентные системы, составляющими которых являются растворитель-основа и многофункциональная антикоррозионная присадка), достаточная защитная эффективность, адекватная коррозионной агрессивности среды, экономичность, экологическая безопасность, технологичность, простота расконсервации и эффект последействия [2].

Также в последние годы весьма актуальна разработка ресурсосберегающих экологически безопасных методов и технологий утилизации отходов, в том числе отработанных моторных масел. Использование различных отработанных масел в качестве растворителя – основы для малокомпонентных консервационных материалов может позволить не только создать методы защиты в столь жёстких условиях воздействия среды, но и расширить ассортимент отечественных средств защиты от коррозии [3-4].

В настоящей работе рассмотрена возможность использования плёнкообразующих консервационных материалов на основе отработанных масел для защиты металлических изделий из стали Ст3 от коррозии в атмосфере с повышенным содержанием сернистого газа и значительной влажности воздуха.

В качестве растворителя – основы изучалось отработанное моторное масло Мобил-1. Это позволяет решить целый ряд проблем:

— экологическую, за счёт утилизации большого количества использованных товарных нефтяных масел;

— экономическую, так как стоимость составов на основе отработанного масла Мобил-1 значительно ниже, чем на основе свежих масел.

Коррозионные испытания проведены в дистиллированной воде, насыщенной SO2, а также в равновесной с ней газовой фазе с использованием образцов стали Ст3 следующего состава, масс.%: Fe – 98,36; С – 0,2; Мn – 0,5; Si – 0,15; P – 0,04; S – 0,05; Cr – 0,3; Ni – 0,2; Cu – 0,2.

В качестве присадки использовался эмульгин, который имел следующий компонентный состав, масс. %: первичные алифатические амины фракции С10–С15 – 5…20; первичные алифатические амины фракции С16–С20 – 22…30; вторичные алифатические амины фракции С10–С15 – 12…23; вторичные алифатические амины фракции С16–С20 – 10…26; парафиновые углеводороды фракции С18–С20 – остальное.

С целью оценки эмульгина как эффективной добавки к отработанным маслам для защиты стальных изделий от коррозии в атмосфере оксида серы IV была изучена защитная эффективность масляных композиций эмульгина в отработанном моторном масле (ММО) по отношению к стали Ст3.

В таблице 1 показано влияние концентрации эмульгина на защитное действие масляной композиции на основе ММО по отношению к стали Ст3 без SO2 , в водной среде (числитель) и воздушной среде при влажности 100%.

Введение добавки эмульгина в концентрации 1 % в растворитель-основу увеличивает защитное действие покровной масляной плёнки до 42,6 и 92,77 % в водной и воздушной фазах соответственно. Дальнейшее увеличение концентрации присадки в трансформаторном масле приводит к систематическому увеличению защитного действия исследуемых композиций как в водной, так и в воздушной средах. Максимальное падение скорости коррозии и наибольший защитный эффект, составляющий 95,3 и 97,3 %, наблюдается для углеродистой стали Ст3 покрытой пленкой композиции, содержащей 10% эмульгина. При этом легко видеть, что скорость коррозии в водной среде выше, чем в воздушной.

Таблица 1

Влияние концентрации эмульгина на защитное действие (Z,%) масляной композиции на основе ММО по отношению к стали Ст3 без SO2 в водной среде (числитель) и воздушной среде при влажности 100% (знаменатель), продолжительность 10 суток

Состав пленки Толщина плёнки, мкм Kср 103, г/(м2ч) Z, %
Пленка

отсутствует

59,17/41,82
Мобил-1

отработанное

25,87 38,5/26,25 34,93/37,23
Мобил-1

отработанное + 1%
эмульгина

27,97 35,88/23,95 39,36/42,73
Мобил-1

отработанное + 3%
эмульгина

30,2 15,42/14,48 73,93/88,91
Мобил-1

отработанное + 5%
эмульгина

35,4 4,45 /4,637 92,4/88,91
Мобил-1

отработанное + 10% эмульгина

42,1 2,23/2,48 96,06/94,06

Скорость коррозии стали Ст3 в жидкой фазе, находящийся в равновесии c SO2 заданной исходной концентрации, и в газовой фазе при концентрации оксида серы (IV) равной 0,1 об. % несколько увеличивается до 6,1∙10–6 и 4,6∙10–6 г/(см2∙час) соответственно (таблица 2).

Данные таблицы 2 показывают, что происходит при введении оксида серы IV происходит падение защитной эффективности до 33 — 95%, а скорость коррозии более высока в водной среде, чем в воздушной.

Картина принципиально не меняется при повышении содержания оксида серы IV до 5%, что ещё в большей степени стимулирует процесс коррозии стали (таблица 3). Причём и в этом случае скорость коррозии в воздушной среде повышается значительно сильнее, чем в водной. И в этом случае повышение содержания присадки в защитной плёнке уменьшает скорость коррозии, а защитная эффективность колеблется от 15 до 64% в водной фазе и от 34 до 79% — в воздушной.

Таблица 2

Влияние концентрации эмульгина на защитное действие (Z, %) масляной композиции на основе отработанного масла Мобил-1 по отношению к стали Ст3, содержащей 0,1 % SO2, в водной среде (числитель) и воздушной среде при влажности 100 % (знаменатель), продолжительность 10 суток

Состав пленки Толщина плёнки, мкм Kср 107, г/(см2ч) Z, %
Пленка отсутствует 60,86/46,8
Mobil 1 отработанное 25,87 40,67/29,38 33,17/37,22
Mobil 1 отработанное + 1% эмульгина 27,97 37,05/26,57 39,12/49,64
Mobil 1 отработанное + 3% эмульгина 30,2 16,8/15,49 72,39/66,9
Mobil 1 отработанное + 5% эмульгина 35,4 4,92/5,91 91,91/87,37
Mobil 1 отработанное + 10% эмульгина 42,1 2,77/2,91 95,44/93,78

Сравнивая таблицы 1 — 3 можно видеть, что с ростом скорость коррозии стали систематически возрастает как в воздушной, так и в водной средах. Вероятно, это происходит, так как оксид серы (IV) уменьшает давление водяных паров и вызывает капельную конденсацию, что приводит к растворению газов и образованию H2SO3, что приводит к уменьшению pH среды на поверхности металлов в воздушной среде.

Таблица 3

Влияние концентрации эмульгина на защитное действие (Z, %) масляной композиции на основе отработанного масла Мобил-1 по отношению к стали Ст3, содержащей 5% SO2, в водной среде (числитель) и воздушной среде при влажности 100 %(знаменатель), продолжительность 10 суток

Состав пленки Толщина плёнки, мкм Kср 106, г/(см2ч) Z, %
Пленка отсутствует 13,42 /51,5
Mobil 1 отраб. 25,87 11,31/33,57 15,72/34,81
Mobil 1 отраб. + 1% эмульгина 27,97 9,3/26,27 30,7/48,99
Mobil 1 отраб. + 3% эмульгина 30,2 7,08/18,1 47,24/64,85
Mobil 1 отраб. + 5% эмульгина 35,4 5,75/13,69 57,15/73,41
Mobil 1 отраб. + 10% эмульгина 42,1 4,8/10,59 64,23/79,43

Таким образом, на основе комплекса коррозионных испытаний показано, что исследуемая присадка проявляют достаточно высокую ингибирующую способность по отношению к коррозии стали как в водной, так и в воздушной среде в атмосфере SO2. Защитная эффективность состава на базе отработанного масла Мобил-1 возрастает по мере увеличения концентрации присадки и достигает максимума в случае концентрации добавки равной 10%. При этом защитная плёнка эффективнее тормозит скорость коррозии в воздушной среде при высоких содержаниях SO2. Поэтому данные составы можно использовать для решения экологических проблем за счёт утилизации большого количества использованных товарных нефтяных масел, загрязняющих окружающую среду.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Розенфельд И.Л. Атмосферная коррозия металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 372 с.

2. Князева Л.Г. Некоторые проблемы ингибирования атмосферной коррозии стали отработавшими моторными маслами / Л.Г. Князева, А.П. Акользин, В.И. Вигдорович и др. // Практика противокоррозионной защиты. – 2012. – №1(63). – С. 60 – 65.

3. Осетров А.Ю. Влияние сернистого газа на скорость атмосферной коррозии стального оборудования, используемого в сельском хозяйстве / А.Ю. Осетров, И.В. Зарапина, Е.Г. Кузнецова // Наука в центральной России. – 2015. – № 1 (13). – С. 37-45.

4. Бернацкий П.Н. Защитная эффективность ингибированных масляных композиций при коррозии углеродистой стали в растворах хлорида натрия, насыщенных диоксидом серы (IV), и в равновесных с ними газовых фазах / П.Н. Бернацкий, С.А. Нагорнов, В.Д. Прохоренков // Практика противокоррозионной защиты. – 2017. – №4 (86). – С. 17-23.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *