close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Статистическая модель ингибиторной композиции для защиты от коррозии оборудования водооборотных циклов ГПЗ..pdf

код для вставкиСкачать
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ
УДК 622.343
А. Е. Айсин, Л. С. Моисеева
СТАТИСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИНГИБИТОРНОЙ КОМПОЗИЦИИ
ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ ОБОРУДОВАНИЯ ВОДООБОРОТНЫХ ЦИКЛОВ ГПЗ
"МАТИ" – Российский государственный технологический университет им. К. Э. Циолковского (cad@vstu.ru)
Цель данной работы – поиск эффективной ингибиторной композиции и оптимизация состава синергической композиции с использованием метода математического планирования.
Ключевые слова: системы оборотного водоснабжения, ингибиторная композиция.
A. E. Aysin, L. S. Moiseev
A STATISTICAL MODEL OF INHIBITOR COMPOSITION FOR CORROSION PROTECTION OF
WATER CIRCULATION EQUIPMENT
The target of the present apper is searching an effective inhibitor composition and optimizing it using the mathematical
planning method.
Water circulation systems, inhibitor composition.
На нефтегазоперерабатывающих предприятиях широко используются системы оборотного водоснабжения. Растворенные в воде коррозионно-активные газы (СО2, О2) органические и неорганические соединения, присутствующие микроорганизмы вызывают процессы
коррозии, металлической поверхности оборудования и как результат – коррозионные повреждения оборудования трубопроводов. Для
защиты от коррозии системы оборотного водоснабжения часто применяются синергические
ингибиторные композиции [2]. Цель данной
работы – поиск эффективной ингибиторной
композиции и оптимизация состава синергической композиции с использованием метода математического планирования.
В лабораторных и производственных условиях измерение скорости коррозии V производилось весовым методом. Эффективность защитного действия ингибиторов характеризовали коэффициентом торможения γ или степенью
защиты Z %.
Результаты определения скорости коррозии стали в оборотной и подпиточной воде
без и с промышленным ингибитором А, рекомендуемым к применению в аналогичных условиях, представлены в табл. 1.
Предлагаемый предприятию ингибитор А на
основе полифосфатов оказался не эффективным
в условиях невысокой минерализации (табл. 1).
Для того, чтобы повысить эффективность
ингибитора А в умягченной воде в среду, помимо него, вводили некоторые неорганические
вещества.
В табл. 2 представлены результаты измерения скорости коррозии Ст.3 в оборотной воде
в присутствии А и ряда добавок.
Таблица 1
Скорость коррозии Ст.3 в модельной водной среде
при температуре 20±2 °С
Вода
Подпиточная
Оборотная
Оборотная
(упаренная)
Время
испытаний, ч
Концентрация
ингибитор, г/л
без инг
с инг
24
96
168
384
24
168
240
384
24
96
384
408
1032
–
5
5
5
5
5
5
5
–
5
5
–
–
0,2412
0,1309
0,0935
0,1123
0,1981
0,0968
0,0709
0,0766
1,0756
0,9301
0,5660
0,0504
0,0859
–
0,0834
0,0799
0,2135
0,0919
0,1202
0,2125
0,2104
–
0,8915
0,4681
–
–
Скорость коррозии,
г/м.2×ч
γ
–
1,5
1,1
0,5
2,1
0,8
0,3
0,3
–
1,0
1,2
–
–
Таблица 2
Влияние смесей на скорость коррозии Ст.3
в оборотной воде (τ = 168 ч, 20 °С)
Добавка
NaNО2
AlCl3
CaCl2
Ca(NО3)2
Содержание добавки, г/л
Содержание инг.
А, г/л
V, г/м2×.ч
γ
0,5
0,25
0,1
0,1
0,05
0,025
0,17
0,17
0,17
0,17
2
2
2
1
1
1
2
5
2
5
0,0534
0,1185
0,2405
0,0564
0,0744
0,0960
0,0015
0,0047
0,0642
0,0046
3,0
1,4
1,1
1,7
1,3
1,0
65
21
1,5
21
6
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ
Результаты показали, что ингибиторная
смесь, пригодная для воды с низким содержанием солей должна содержать анионы SO3 2–
и AlO2–. Определение оптимального состава
ингибиторной смеси осуществлялось методом
планирования эксперимента.
Определение оптимального состава ингибиторных композиций в случаях, когда отсутствует физическая модель, описывающая влияние
компонентов на коррозионный процесс, возможно при использовании статистического метода планирования и проведения эксперимента
по методу Бокса-Уилсона [3].
Ниже представлены результаты определения оптимального состава двухкомпонентной
ингибиторной композиции для нейтральных
водных сред, полученные методом математического планирования эксперимента.
Состав композиции варьировался в определенных пределах, образуя так называемое факторное пространство. Функция отклика – величина обратная скорости коррозии (V):
1
Ў= .
(1)
V
Для построения линейной математической
модели первого порядка использовалась методика выполнения полного факторного эксперимента (ПФЭ). Полный факторный эксперимент
при минимальном числе опытов позволяет построить наилучшую модель, отвечающую целому ряду критериев оптимальности [3]. План
проведения полного факторного эксперимента
и ядро представлены в табл. 1. На каждой стадии проведения экспериментов опыты повторялись дважды, чтобы можно было проверить
адекватность модели с точки зрения статистических методов [3, 4]. На основании полученных результатов производился расчет коэффициентов линейной модели, определялось направление изменения концентрации компонентов и новый интервала концентраций, на
границах которого выполнялся ПФЭ. Факторы
в табл. 1 нормированы относительно этого интервала:
2 X jp − ( X j max + X i min )
X Hj =
,
(2)
X j max − X i min
где Xjp и XjH соответственно реальная и нормированная величина фактора.
В табл. 5 приведены значения реальных
факторов при определении оптимального состава ингибитора.
Таблица 3
Скорость коррозии Ст.3 в оборотной воде с добавками
смесей неорганических веществ.
(Продолжительность опытов 168 часов)
№
смеси
Содержание
компонентов, г/л
Состав
смеси
0,285
0,09
0,033
0,5
1
0,5
1
0,4
Na2SiO3
NaHCO3
Na2B4O7
Na2SiO3
Al2(SO4)3
Na2SiO3
NaAlO2+NaOH (1н)
Трилон Б (1н)
1
2
3
V,
г/м2×.ч
γ
0,0645
2,7
0,101
1,7
0,0198
8,8
Таблица 4
Ротатабельный центральный композиционный план
второго порядка
Участки
№
плана oпыта
Ядро
плана
Звездные
точки
Центр
плана
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
План
Функция отклика
Х1*
Х2*
Опытная Υu
Теоретическая Υu
–1
+1
+1
–1
+1,414
–1,414
0
0
0
0
0
0
0
–1
–1
+1
+1
0
0
+1,414
–1,414
0
0
0
0
0
12,495
14,259
14,324
12,552
10,787
12,165
8,097
6,215
9,643
8,873
11,350
14,880
9,140
10,672
11,064
11,764
11,364
13,674
13,113
9,531
8,547
10,745
10,745
10,745
10,745
10,745
Таблица 5
Значения реальных факторов в опытах
Факторы
№
опыта
Содержание (г/л) NaAlO2
на уровне
Содержание (г/л) NaSiO3
на уровне
верхнем нулевом нижнем верхнем нулевом нижнем
1
2
3
0,4
0,45
0,5
0,3
0,35
0,4
0,2
0,25
0,3
0,4
0,5
0,6
0,3
0,4
0,5
0,2
0,3
0,4
Для того чтобы оказаться в области предполагаемого экстремума, проведено два этапа построения модели первого порядка. Так как эта
модель адекватно описывает опытные данные,
переход в новую точку факторного пространства совершать не надо. Для получения более
7
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ
полной информации с зависимости скорости
коррозии от концентрации компонентов план
ПФЭ был расширен до ротатабельного центрального композиционного плана второго порядка (РЦКП), путем проведения дополнительных опытов в центре ПФЭ и в так называемых
"звездных точках" (табл. 1.). Достоинства РЦКП:
сохраняется информация, полученная при выполнении ПФЭ и дисперсия отклика одинакова
во всех направлениях [3, 4]. В результате реализации РЦКП было получено уравнение регрессии для модели второго порядка:
Ў = 10,746 + 0,198Х1 + 0,348Х2 + 1,324Х12 –
– 0,853Х22 + 0,002Х1.Х2
(3)
Статистический анализ модели показал, что
модель не адекватна, но значимыми в ней могут считаться только коэффициенты при квадратичных членах и свободный член, поскольку
теоретическое значение критерия Стьюдента
для этих коэффициентов сравнимо с рассчитанным для модели [3, 4].
Путем определения координат особенной
точки и поворотом координатных осей получено каноническое уравнение поверхности второго порядка, в новой ортогональной системе координат, отвечающее модели (3):
Ў – 10,797 = 1,317 Х12 – 0,846 Х22
(4)
Полученное уравнение представляет собой
уравнение седловой поверхности, причем координаты центра седловой поверхности находятся
в области проведения эксперимента, то есть область предполагаемого экстремума представляет
собой седловую точку, а не точку максимума.
Результаты статистического анализа модели
приведены в табл. 6.
Установлено, что защитное действие ингибиторной композиции меняется во времени.
Так как разработанная защитная композиция на
основе алюмината и силиката натрия относится
к ингибиторам пленочного типа, формирование
пленки завершается через 120 часов. Так, через
15 дней после начала испытаний скорость коррозии образцов в пилотной установке достигала
0,008 г/м2·час, снизившись за это время в 7 раз.
Таблица 6
Статистический анализ полученной модели
Анализируемый
параметр
Адекватность модели
Значимость коэффициентов
модели
В0
В1
В2
В11
В12
В22
Критерий
Уровень
значимости,
%
Фишера
95
Стьюдента
95
Величина
теорет
расчет
6,59
2,08
2,306
2,306
2,306
2,306
2,306
2,306
10,74
0,19
0,34
1,32
0,0019
0,85
Примечание
адекватна
значимый
не значимый
не значимый
значимый
не значимый
значимый
Таким образом, в системе периодически необходимо создавать повышенную концентрацию
ингибитора на время до 5 суток, после чего она
может снижаться в 5 раз, составляя 0,2 г/л. Необходимо также предусмотреть последовательное введение компонентов в защищаемую систему порядок их введения не имеет значения.
Таким образом, применение математических моделей, позволяет оптимизировать процесс поиска оптимального соотношения компонентов в ингибиторной композиции и разработки технологии ингибиторной защиты от
коррозии металла в оборотной и подпиточной
воде газоперерабатывающего предприятия.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В.
Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Изд-во "Наука", 1971.
2. Левин А. И. Математическое моделирование в исследованиях и проектировании станков. – М.: Машиностроение, 1978. – 184 с.
3. Тюрин А. Г. Семинары по химической технологии
и моделированию технологических процессов: Методические указания; Челябинск: Челяб. гос. Университет,
1995. – 30 с.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
5
Размер файла
441 Кб
Теги
циклон, защита, оборудование, статистический, pdf, коррозия, водооборотных, ингибиторной, модель, гпз, композиций
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа