Исследования контактной и щелевой коррозии конструкционных материалов в водном растворе бромида лития

Аннотация

Комбинирование различных конструкционных материалов при изготовлении теплообменных аппаратов абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин (АБХМ) и термотран- сформаторов (АБТТ) приводит к возникновению контактной коррозии. Известно, что при контакте разнородных металлов в электролите образуется гальванический элемент, изменяющий скорость коррозии каждого из металлов [2].

Полный текст

В зазорах между трубной доской и теплообменными трубками возникает щелевая коррозия, относящаяся к опасным видам местной электрохимической коррозии. В узких зазорах изменяется pH раствора вследствие накопления продуктов коррозии и гидролиза. Снижение pH среды активизирует работу микропары: металл в щели (анод) — металл открытой поверхности (катод) [2].

Основным методом защиты конструкционных материалов от коррозии в АБХМ и АБТТ служит ингибирование.

Экспериментальные данные по контактной и щелевой коррозии конструкционных материалов в водном растворе бромида лития, а также по эффективности действия ингибиторов коррозии представляют практический интерес.

Для получения этих данных были проведены исследования коррозии в условиях испарения раствора и конденсации пара при температуре раствора 160 °C в течение 1000 ч. Контактные пары создавали путем надевания колец из медных сплавов марок МНЖ 5-1 и МНЖ Мц 30-1-1 на пластины из углеродистой стали марки ВСт.ЗСп размером 30x20x3 мм. Образцы для исследования щелевой коррозии были выполнены в виде цилиндров из углеродистой стали диаметром 13 мм и высотой 30 мм с надетыми на них трубками из медных сплавов той же высоты внутренним диаметром 14 мм.

Коррозионную стойкость материалов определяли гравиметрическим способом. В опытах использовали 64%-ный водный раствор бромида лития.

В качестве ингибитора использовали хромат лития (0,18 %), гидроксид лития (0,1 %), К-ингибитор и поверхностно-активное вещество (ПАВ). Результаты исследований контактной коррозии даны в табл. 1. Для сравнения в таблице приведены полученные авторами данные по коррозионной стойкости конструкционных материалов. входящих в состав контактных пар. Из табл. 1 видно, что при контакте углеродистой стали марки ВСт.ЗСп с медным сплавом марки МНЖ 5-1 скорость Коррозии медного сплава уменьшилась в несколько раз во всех фазах рабочего раствора. Скорость коррозии углеродистой стали в жидкой фазе и на границе вдела фаз увеличилась незначительно, тогда как в паровой фазе она возросла примерно в 7 раз. При этом во всех фазах рабочего раствора разрушение углеродистой стали равномерны.  

Контактная коррозия конструкционных материалов в водном растворе бромида лития концентрацией 64 % за 1000 ч при 160 °C

Материал образна	Состав раствора	Жидкая фаза		Гранина раздела фаз		Паровая фаза
		К , г /(м 2 ч )	Z, %	К , г /(м 2 ч )	Z, %	К , г /(м 2 ч )	Z, %
Контакт ВСт.ЗСп МНЖ 5-1	LiBr - Н2О	1,92 0,022		1,68 0,023		1,06 0,029
Контакт ВСт.ЗСп МНЖ Мц 30-1-1	LiBr - 11,0	0,89 0,002		1,98 0,001		2,16 0,006
Контакт	LiBr Н,0 - Li,С10,(0,18%)		100		100		100
ВСт.ЗСп МНЖ 5*1	LiOI 1(0,1 %) - К- ингибитор - ПАВ	0,003	94,8	0,002	97,3	0,001	98,7
Контакт ВСт.ЗСп	LiBr — 11,0- Li,CrO4(0,18%) - LiOH(0, 1%) — К-ингибитор	—	100		100	—	100
МНЖ Мц 30-1-1	ПАВ	—	100		100		101
ВСт.ЗСп	LiBr - Н20	1,71		1,28		0,16	—
МНЖ 5-1	LiBr - Н20	0,058	—	0,073	—	0,076	—
МНЖ Мц 30-1-1	LiBr - Н20	0,028	—	0,027		0,004	—
Примечание. К — скорость коррозии; Z- степень зашиты; индексы: п - питтинговая коррозия; я язвенная коррозия; т - точечная коррозия.

При контакте углеродистой стали с медным сплавом марки МНЖ Мц 30-1 -1 скорость коррозии медного сплава снизилась до незначительных величин [0.001...0,006 г/(м2 • ч)].

В жидкой фазе скорость коррозии углеродистой стали уменьшилась в 1 раза, а на границе раздела фаз и в паровой фазе значительно увеличилась постигла значений 1,98 г/(м2*ч) и 2.16 г/(м2 • ч) при равномерных коррозионных разрушениях.

В случае контакта углеродистой старше медным сплавом марки МНЖ 5-1 степень защиты последнего составляет от 95% в жидкой до 99% в паровой фазе при полной защите стали ВСт.ЗСп.

Результаты исследования щелевой коррозии перечисленных пар конструкционных материалов в 64%-ном растворе бромида лития при температуре 160 °C за 1000 ч представлены в табл. 2.

Щелевая коррозия конструкционных материалов в водном растворе бромида лития концентрацией 64 % за 1000 ч при 160 °C

Материал образца	Состав раствора	Жидкая фаза		Граница раздела фаз		Паровая фаза
		К, г/(м2,ч)	Z, %	К, г/(м2,ч)	Z, %	К, г/(м2,ч)	Z, %
ВСт.ЗСп МНЖ 5-1	LiBr - П,2О	2,67 0,18		2,54 0,67		2,47 0,15
ВСт.ЗСп	LiBr - Н,0	2,30		2,81		3,19
МНЖ Мц 30-1-1		0,013		0,013		0,015
ВСт.ЗСп МНЖ 5-1	LiBr - Н,0 - L,CrO4(0,18%) - LiOH(0,l%) - К-ингибитор —		100		100		100
	ПАВ		100	0,0006	99,9		10
ВСт.ЗСп МНЖ Мц 30-1-1	LiBr - Н2О - L.CrO4(0,18%) - LiOH(0,l%) - К-ингибитор —	0,15	93,5		100		10
	ПАВ		100	—	100		10

Полученные данные показывают, что наибольшим коррозионным разрушениям в щели подвержена углеродистая сталь в паровой фазе рабочего раствора. Скорость ее коррозии увеличивается в 15—20 раз и достигает 2,47...3,19 г/(м2*ч). На границе раздела фаз скорость коррозии ВСт.ЗСп возрастает в 2 раза, а в жидкой фазе — на 35-56 %.

Значительным коррозионным разрушениям при щелевой коррозии подвержен медный сплав МНЖ5-1. Скорость его коррозии на границе раздела фаз увеличивается в 10 раз, а в жидкой и паровой фазе — в несколько раз. Скорость коррозии сплава МНЖ Мц 30-1-1 в жидкой фазе и на границе раздела фаз уменьшается в 2 раза, а в паровой фазе увеличивается в 4 раза.

При комбинации ВСт.ЗСп — МНЖ Мц 30-1-1 степень зашиты углеродистой стали в растворе бромида лития составляет 93,5 %.

Таким образом, исследования показали, что при контакте углеродистой стали марки ВСт.ЗСп с медными сплавами марок МНЖ 5-1 и МНЖ Мц 30-1-1 скорость коррозии медных сплавов уменьшается в несколько раз во всех фазах рабочего раствора. При этом коррозия углеродистой стали в паровой фазе и на границе раздела фаз увеличивается в несколько раз при равномерных коррозионных разрушениях.

Наибольшую опасность для данных пар конструкционных материалов представляет щелевая коррозия, при которой значительно увеличивается скорость разрушений углеродистой стали и медного сплава МНЖ 5-1.

Ингибиторная композиция, состоящая из хромата лития, гидроксида лития, К-ингибитора и ПАВ, обеспечивает эффективную защиту медных сплавов и углеродистой стали от контактной и щелевой коррозии во всех фазах раствора бромида лития концентрацией 64 % при температуре 160 °C.