Инертные покрытия на основе кремния
Инновационное покрытие INCOMSTEEL™ позволяет снизить время отклика при анализе малых содержаний воды и увеличить время жизни пробы сероводорода в стальном пробоотборном контейнере
Георгий Морозов, Руслан Бакусев
Инкомсистем
Оптимизация поточных анализов: применение инертных покрытий
Нержавеющая сталь стандартно эффективна, когда газ не содержит влаги и реакционно способных соединений. Однако, когда газ содержит воду, кислород, кислотные оксиды (CO2, H2S, SO2, SO3) или меркаптаны, появляется ряд серьезных проблем, связанных с природой стали. Рассмотренные соединения активно реагируют со сталью как сами по себе, так и в различных комбинациях в зависимости от концентраций вызывают различные проблемы. Нанокомпозитное покрытие INCOMSTEEL™ препятствует коррозии стальных поверхностей, и улучшает качество анализа малых концентраций воды и серосодержащих соединений.
Коррозия
Известно, что высокие концентрации коррозионно активных веществ приводят к коррозии с ощутимыми экономическими последствиями, таким как, выход из строя контактирующих элементов – фильтров, регуляторов, контейнеров для отбора проб, трубок. Повышенная температура (>100OC) может привести к усилению коррозионной активности, за счет окисления, например, H2S в SO2 или SO3, более коррозионно активных, чем исходный сероводород. Высокое содержание ртути требует отдельного упоминания, так как коррозионная активность этого металла проявляется без участия других компонентов.
Анализ содержания сероводорода
Проблема коррозии отходит на второй план, когда, например, сероводород является объектом анализа и находится в анализируемом газе в количествах на уровне единиц или десятых долей ppm (млн-1). Адсорбция на поверхности стали приводит к тому, что анализируемый компонент задерживается в системе подготовки пробы прибора, и задержка сигнала происходит до тех пор, пока не будет насыщена адсорбционная емкость стальных деталей. Более того, сигнал компонента может совсем исчезнуть, вследствие перехода анализируемого соединения в другое в условиях повышенной температуры:
H2S, Fe2O3, ∆T --> SO2 + H2O
Анализ содержания воды
Отдельно следует рассмотреть проблемы, которые возникают при измерении малых количеств влаги. При анализе малых концентраций влажности – в единицах ppm (млн-1), большой проблемой становится адсорбция. Сталь является гидрофильным материалом, способным накапливать на своей поверхности прочно удерживаемые водные пленки. Это приводит к тому, что поточный анализ влажности газа становится инерционным - стабилизация показаний может занимать часы. Более того, возникает и эффект памяти, когда после измерения высокой влажности требуется продолжительное время для продувки системы подготовки пробы.
Системы отбора и подготовки пробы
Адсорбционная активность компонента системы пропорциональна поверхности, контактирующей с анализируемым газом. Длинные линии подготовки пробы, фильтры, контейнеры для отбора проб – эти компоненты поточных измерительных систем наиболее подвержены влиянию рассмотренных эффектов. Однако, если через фильтры и линии подготовки пробы проходит постоянный поток фазы и компонент пусть и с опозданием доходит до анализатора, то в случае контейнеров для отбора проб проблема гораздо сложнее.
Поверхность баллона из нержавеющей стали обладает сильными гидрофильными свойствами. Это означает, что влаге, находящейся в баллоне, за счет физисорбции предпочтительней находиться в связанном состоянии на поверхности баллона, а не в объеме газа. Если же анализируемый компонент сероводород (или любой другой адсорбционно активный компонент природного газа), происходит прочная хемосорбция на поверхности стали, что приводит к «потере» пробы. Такое взаимодействие сероводорода со стальными баллонами находит отражение в ГОСТ 31370 – «анализ газов, содержащих сероводород следует вести либо на месте, либо используя баллоны с инертным покрытием».
При отборе проб природного газа, содержащих ртуть, наибольшую проблему составляет способность ртути необратимо в нормальных условиях амальгамировать с металлами, что делает отбор проб в стальные контейнеры невозможным.
Для решения этих проблемы, в Инкомсистем были проведены исследования, включающие в себя разработку состава гидрофобного покрытия, методику его нанесения, аппарат для нанесения и проведены обширные лабораторные испытания покрытия. Результатом кропотливой работы стал инновационный продукт INCOMSTEEL™.
Применение INCOMSTEEL™
Для решения этой проблемы следует изменить характер поверхности стали с гидрофильного на гидрофобный. Такая защита позволяет предотвратить взаимодействие гидрофильных компонентов пробы с поверхностью стали и как следствие предотвратить коррозию и потери концентрации измеряемых компонентов.
Модификация субстрата стали заключается в нанесении гидрофобного нанокомпозита на поверхность субстрата (трубок, фильтров, контейнеров для отбора пробы). Получаемое покрытие химически инертно, не меняет структуру и прочностные характеристики исходного субстрата, и гидрофобное. Более того, нанокомпозитное покрытие INCOMSTEEL™ защищает сталь от коррозии, затрудняя диффузию молекул воды и кислорода к поверхности стали.
Отличительные особенности покрытия INCOMSTEEL™:
· INCOMSTEEL™ можно нанести на любые стальные поверхности запорной арматуры и пробоотборных цилиндров, так как контакт реагентов происходит со всей поверхностью детали;
· цилиндры с покрытием INCOMSTEEL™ можно нагревать без риска отслоения покрытия как в случае с PTFE;
· трубки с покрытием INCOMSTEEL™ можно нагревать и сгибать обычным трубогибным инструментом;
· INCOMSTEEL™ имеет толщину менее 100 нм, и не влияет ни на прочностные характеристики изделия, ни на внешний вид детали, ни на ее габаритные размеры.
INCOMSTEEL™ является эффективным и надежным методом пассивации стальных поверхностей газоносных систем. Стальные поверхности с нанокомпозитным покрытием INCOMSTEEL™ обрабатываются так же как стандартные стальные поверхности. INCOMSTEEL™ помогает избежать важнейших проблем, связанных с самой природой стали: коррозией, гидрофильностью, адсорбцией воды и других гидрофильных компонентов.
Дополнительная информация может быть запрошена по адресу:
