Исследование электропроводности растворов октадециламина как

Современная энергетика несет 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 остается актуальной многие десятилетия, весьма острой она стала в последние годы в связи с развитием методов энергосбережения, например, путем максимального использования теплоты фазового перехода продуктов сгорания топлива, когда уходящие дымовые газы охлаждаются ниже температуры точки росы . 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 . Последние годы для защиты от коррозии металла энергетического оборудования широкое распространение получило поверхностно-активное вещество (ПАВ) октадециламин (ОДА) . 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 . Состав этого соединения C17H38NH2. 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 . Вместе с тем об электролитических свойствах растворов ОДА имеется лишь одна работа, выполненная еще в 1943 г. . Авторы измеряли электропроводность первичных аминов (в том числе и ОДА) в этиловом спирте при температуре 25 °С. Известно, что, располагая определенными данными об электролитических свойствах вещества, можно методом кондуктометрии определить его концентрацию в растворе. Однако приведенных в работе данных об эквивалентной электропроводности (/V) 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 и выполнены новые расчеты. В частности, данные о / интерпретированы с позиций закона квадратного корня Кольрауша ; 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 /. 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 пленки на измерительных электродах ячейки, что приведет к ошибочным результатам. Однако на эти и другие методические вопросы помогут ответить лишь новые экспериментальные исследования. 0 500 400 300 250 ¦ 200 180 160 140 120 100 80 60 0,1 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 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 нее ОДА концентрацией 20 — 230 мкг/л. 4С, 1 2 Рис. 1. Зависимость молярной электропроводности растворов ОДА в воде и этиловом спирте от квадратного корня из концентрации ОДА По результатам наших расчетов построены гра-дуировочные кривые (рис. 2), позволяющие выполнять тарировку кондуктометрической ячейки, постоянная (К) которой предварительно определяется по ее геометрическим размерам. В дальнейшем по измеренной о раствора ОДА в этиловом спирте заданной процентной концентрации (по кривым рис. 2) можно определять уже концентрацию в нем ОДА в г/кг. Следует сказать, что кривые 1 на рис. 1 и 2 получены путем экстраполяции данных 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, Практика показывает, что дозирование ОДА в энергетическую установку должно производиться при наличии надежных средств контроля за его концентрацией в воде или конденсате пара. Приведенная в методика определения ОДА в воде требует высокой квалификации лаборанта-аналитика и, кроме того, при анализах используется взрывоопасная пикриновая кислота. Более удобной и надежной является методика фотометрического определения концентрации ОДА . 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 надежность определения . При обработке пара или уходящих дымовых газов (при охлаждении их ниже температуры точки росы) пленкообразующими аминами типа ОДА необходимо 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 . Литература 1. . Кузьма-, , 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 пленкообразующих аминов / // Теплоэнергетика. 1999. № 4. С. 48 — 52. Кузьма-, , Интенсификация тепломассообмена при конденсации водяных паров из уходящих дымовых газов // Теплоэнергетика. 2007. № 3. С. 39 — 42. К вопросу о консервации оборудования ТЭС и АЭС с использованием пленкообразующих аминов / // Теплоэнергетика. 1999. № 4. С. 48 — 52. Методические указания по консервации тепломеханического оборудования с применением пленкообразующих аминов. РД 34.20.596 — 97. М., 1997. Свойства водных эмульсий поверхностно-активного вещества (октадециламина) при параметрах энергетической установки / // Изв. вузов. Энергетика. 1984. № 9. С. 96 — 99. Противокоррозионная защита стали пленкообразователями. М., 1989. С. 192. 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. Дол М. Основы теоретической и экспериментальной электрохимии. М., 1937. С. 496. Инструкция по анализу воды, пара и отложений в теплосиловом хозяйстве. М., 1967. 295 с. Методики определения концентрации октадециламина и аммиака в водном теплоносителе энергетической установки // Тр. МЭИ. 1980. Вып. 466. С. 75 — 78. Химический контроль на тепловых и атомных электростанциях / Под ред. . М., 1980. С. 320.