Estudio de los procesos de corrosión e incrustación del acero al carbono, en agua de sistemas de enfriamiento Public Deposited
In this work, both carbon steel corrosion and the calcium carbonate scaling processes were electrochemically studied in cooling systems media. Solutions mimicking a salt concentration average of industrial systems in Mexican oil refinery system (SNR) and a solution similar to that obtained after three concentration cycles (based on calcium) were used. Due the complexity associated to this kind of systems, firstly it was studied the calcium carbonate scaling process. In this way, electrochemical methodologies to induce damages by scale, in a reproducible and controlled form, were developed. These methodologies allow obtaining carbon steel surfaces modified by scales that mimic the actual stage of industrial surfaces and were used as standard surfaces in this research. In the same way, it was possible the characterization of different allotropic forms of calcium carbonate on scaled surfaces using both: electrochemical impedance spectroscopy and scanning electron microscopy. Furthermore a methodology to evaluate the extent of coverage of carbon steel by calcium carbonate scale was established. In the other hand, the electrochemical impedance spectroscopy and the Bode phase-angle diagrams mainly shown that the scaled surfaces evolve with the immersion time, to form layers on carbon steel surfaces composed by corrosion and scale products; moreover, it was possible to identified modifications in the natural structure of these surfaces as function of immersion time in a cooling medium. In this way, it was possible to study the effect of two inhibitors commonly used in this kind of systems (a scale inhibitor: 1-hydroxi-etilidien-1,1- diphosphonic acid, HEDP; and a corrosion inhibitor: hydroxiphosphonic acetic acid, HPA) on the formation stage; and in the calcium carbonate scale removal, when they are added in a typical concentrations used in the industrial applications. In this way, it was corroborate the HEDP capability to inhibit the scale formation and their properties to remove the formed scales; with respect to corrosion inhibitor, HPA, it was possible to corroborate that this inhibitor forms a complex together with calcium ions present in the system, that deposits on the metallic surface and have excellent corrosion protection properties. Additionally, the corrosion and scale processes in cooling waters were simultaneously studied and it was found that both occurs at same time but in different zones of the same metallic surface. Again, the EIS technique allows identifying different modifications occurring with the time and the effect of the studied inhibitors at typical dosages on these processes. Furthermore, it was possible to identify a synergistic effect between both inhibitors which gives an excellent protection against to carbon steel corrosion and calcium carbonate scaling processes. Finally thy results obtained by electrochemical impedance spectroscopy, EIS, were corroborate using the scanning electron microscopy, SEM; and it was possible to obtain relevant information on corrosion and scale processes and their inhibition in cooling systems. The different results obtained in this work represents a great utility for industrial applications, since allows the further development of new corrosion and scale inhibitors for cooling systems; the evaluation and selection of appropriate treatments; and the establishment of optimum dosages of this kind of treatments. Furthermore this information can be using in basic research to study the action mechanism of new inhibitors; as well as for develop of models that increases the understanding of carbon steel corrosion and calcium carbonate scale processes, by cooling waters.
En el presente trabajo, se estudiaron electroquímicamente, el proceso de corrosión del acero al carbono; y el proceso de incrustación por carbonato de calcio, en aguas de sistemas de enfriamiento. Para tal propósito, se utilizaron soluciones que representan un promedio de la concentración de sales de los sistemas industriales del sistema nacional de refinerías (SNR), así como una concentración incrementada a tres ciclos de concentración base calcio. Debido a la complejidad que supone el estudio de este tipo de sistemas, el problema se abordó primeramente, con el estudio del proceso de incrustación. De esta manera, se desarrollaron metodologías electroquímicas para inducir daños por incrustación de carbonato de calcio, de una manera reproducible y controlada. El establecimiento de estas metodologías, permite contar con superficies de acero al carbono modificadas por incrustaciones, las que reproducen el estado real de las superficies industriales; y son utilizadas como superficies patrón en el desarrollo de esta investigación. Así mismo, fue posible caracterizar las diferentes formas alotrópicas de carbonato de calcio, presentes sobre las superficies incrustadas, utilizando la espectroscopia de impedancia electroquímica y la microscopia electrónica de barrido, estableciéndose además una metodología para evaluar el grado de recubrimiento por incrustaciones de las superficies metálicas. Por otro lado, la espectroscopia de impedancia electroquímica, y principalmente los diagramas de Bode de ángulo de fase, mostraron que las superficies incrustadas evolucionan con el tiempo de inmersión, llegando a formar capas sobre la superficie de acero al carbono, compuestas por productos de incrustación y corrosión; fue posible además, identificar y seguir las modificaciones que estas superficies experimentan en su naturaleza, como función del tiempo que permanecen sumergidas en un medio de enfriamiento. La posibilidad de observar estas modificaciones, permitió estudiar el efecto que tienen en la etapa de formación; y en la remoción de incrustaciones de carbonato de calcio, dos inhibidores comúnmente utilizados en estos sistemas: un inhibidor de incrustación conocido como ácido 1-hidroxi-etilidien-1,1-difosfónico, HEDP; y un inhibidor de corrosión conocido como ácido hidroxifosfono acético, HPA, cuando son dosificados a las concentraciones típicas utilizadas industrialmente. De esta manera, se constató tanto la capacidad del HEDP para inhibir la formación de la incrustación, como su efecto en la remoción de la misma; en lo referente al HPA, fue posible corroborar que este inhibidor se compleja con el ión calcio presente en el sistema, provocando un depósito sobre la superficie metálica que la protege contra la corrosión. Adicionalmente, se estudiaron de manera simultánea, los procesos de corrosión e incrustación en aguas de enfriamiento, encontrándose que ambos procesos ocurren de manera simultánea, en diferentes zonas de la misma superficie. Nuevamente, la EIS permitió identificar las modificaciones que ocurren en la superficie a través del tiempo, así como el efecto que tienen sobre la inhibición de éstos procesos, las dosificaciones típicas de los inhibidores en estudio. Además, fue posible identificar un efecto sinérgico entre ambos inhibidores, el cual le confiere a la superficie de acero al carbono, una buena protección contra la corrosión e incrustación. Por último, las observaciones efectuadas con la espectroscopia de impedancia electroquímica, EIS, se constataron utilizando la microscopia electrónica de barrido, SEM; de esta manera, fue posible obtener información relevante, tanto de los procesos de corrosión e incrustación en sistemas de enfriamiento, como de su inhibición. La información generada en el desarrollo de este trabajo, se considera de gran utilidad en el ámbito industrial ya que permite el desarrollo de nuevos inhibidores para sistemas de enfriamiento; la selección de tratamientos adecuados; y el establecimiento de dosificaciones óptimas de tratamientos químicos de este tipo. Además, en lo referente a investigación básica, esta información puede ser utilizada para el estudio de mecanismos de acción de nuevos inhibidores; así como en el desarrollo de modelos, que contribuyan a un mejor entendimiento de los procesos de corrosión en acero al carbono, e incrustación por carbonato de calcio.
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