ITRM20070141A1 - EQUIPMENT AND METHOD TO CHECK AND MODIFY THE CONCENTRATION OF THE CORROSION INHIBITOR IN WATER COOLING CIRCUITS - Google Patents
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Description
"APPARECCHIATURA E METODO PER CONTROLLARE E MODIFICARE LA CONCENTRAZIONE DELL'INIBITORE DI CORROSIONE NEI CIRCUITI DI RAFFREDDAMENTO AD ACQUA" "EQUIPMENT AND METHOD FOR CHECKING AND MODIFYING THE CONCENTRATION OF THE CORROSION INHIBITOR IN THE WATER COOLING CIRCUITS"
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione si riferisce al controllo della concentrazione dell’inibitore di corrosione nei circuiti raffreddati ad acqua, in particolare di grandi motori utilizzati nel settore nautico e/o nel settore della produzione di energia elettrica. The present invention relates to the control of the corrosion inhibitor concentration in water-cooled circuits, in particular of large engines used in the nautical sector and / or in the electricity production sector.
Come è noto nei circuiti di raffreddamento di grandi motori, ad esempio nautici, si utilizzano in genere acque non incrostanti per evitare problemi dovuti al restringimento della sezione dei tubi a causa della formazione di strati di calcare sulle pareti. As is known, in the cooling circuits of large engines, for example nautical ones, non-encrusting waters are generally used to avoid problems due to the shrinkage of the pipe section due to the formation of layers of limestone on the walls.
Spesso viene utilizzata acqua deionizzata o distillata. Deionized or distilled water is often used.
In questo caso, l'acqua utilizzata deve essere trattata allo scopo di diminuire il suo potere corrosivo. Ciò è realizzato tramite l'utilizzo di inibitori di corrosione. Gli inibitori di corrosione sono composti chimici che, addizionati in quantità molto bassa all'ambiente corrosivo, provocano una drastica diminuzione della sua capacità di corrodere il metallo. Essi non alterano sostanzialmente le caratteristiche chimiche dell'ambiente corrosivo, ma agiscono modificando la cinetica di una o entrambe le reazioni elettrochimiche (anodica e catodica) che costituiscono il processo di corrosione. In this case, the water used must be treated in order to reduce its corrosive power. This is achieved through the use of corrosion inhibitors. Corrosion inhibitors are chemical compounds which, when added in very low quantities to the corrosive environment, cause a drastic decrease in its ability to corrode the metal. They do not substantially alter the chemical characteristics of the corrosive environment, but act by modifying the kinetics of one or both of the electrochemical reactions (anodic and cathodic) that make up the corrosion process.
I meccanismi dell'azione degli inibitori sono vari. Esistono inibitori anodici, catodici o misti a seconda che agiscano inibendo rispettivamente il processo anodico, quello catodico o entrambi. Esistono poi inibitori passivanti che provocano uno spostamento del potenziale di corrosione, forzando la superficie metallica allo stato passivo. The mechanisms of action of inhibitors are varied. There are anodic, cathodic or mixed inhibitors depending on whether they act by inhibiting respectively the anodic process, the cathodic one or both. There are also passivating inhibitors that cause a shift in the corrosion potential, forcing the metal surface to a passive state.
À seconda della loro azione specifica sulla superficie del metallo gli inibitori possono essere di assorbimento o filmanti. Depending on their specific action on the metal surface, the inhibitors can be adsorption or film-forming.
Gli inibitori passivanti (detti anche ossidanti) sono i più efficaci e di conseguenza quelli più ampiamente utilizzati. Passivating inhibitors (also called oxidants) are the most effective and consequently the most widely used.
Esempi di inibitori passivanti sono sali quali nitriti, nitrati e cromati. L'uso dei cromati, tuttavia, per motivi legati alla loro tossicità, è stato proibito dalle sempre più stringenti e severe regolamentazioni riguardanti l'inquinamento ambientale . Examples of passivating inhibitors are salts such as nitrites, nitrates and chromates. The use of chromates, however, for reasons related to their toxicity, has been prohibited by the increasingly stringent and severe regulations concerning environmental pollution.
Gli inibitori passivanti trovano applicazione praticamente in tutti i circuiti industriali di raffreddamento. In particolare, sono preferiti i nitriti per l'inibizione dell'acqua dei circuiti di raffreddamento dei motori a combustione interna per la loro scarsa reattività con gli alcoli usati come anticongelanti. Largo impiego di nitriti viene fatto per la protezione interna degli oleodotti e per i serbatoi di carburante. Passivating inhibitors find application in practically all industrial cooling circuits. In particular, nitrites are preferred for the inhibition of the water in the cooling circuits of internal combustion engines due to their poor reactivity with the alcohols used as antifreeze. Extensive use of nitrites is made for the internal protection of oil pipelines and for fuel tanks.
Gli inibitori passivanti, tuttavia, sono efficaci solo se presenti in concentrazioni al di sopra di un certo livello. Al di sotto di questa soglia non risultano soltanto inefficaci, ma possono addirittura causare un aumento della velocità di corrosione. Passivating inhibitors, however, are only effective if present in concentrations above a certain level. Below this threshold they are not only ineffective, but can even cause an increase in the corrosion rate.
La possibilità di tenere il livello dell'inibitore al di sopra di determinati valori di soglia è quindi fondamentale in questo settore tecnologico. The ability to keep the inhibitor level above certain threshold values is therefore essential in this technological sector.
Convenzionalmente, il controllo del livello di inibitori nei circuiti di raffreddamento viene eseguito principalmente tramite analisi "off-line" dell’acqua per la determinazione della concentrazione dell'inibitore ed eventuale ripristino della stessa tramite aggiunta manuale di una quantità di inibitore desunta da tabelle operative predeterminate o tramite azionamento, per un dato tempo, di una pompa dosatrice collegata alla vasca contenente 1'inibitore ed al circuito di raffreddamento . Conventionally, the control of the level of inhibitors in the cooling circuits is mainly carried out through "off-line" analysis of the water for determining the concentration of the inhibitor and possibly restoring it by manually adding an amount of inhibitor derived from operating tables predetermined or by activating, for a given time, a metering pump connected to the tank containing the inhibitor and to the cooling circuit.
In JP5202493 viene proposta una metodologia di controllo automatico dell'inibitore dell’acqua di un circuito di condizionamento d'ària tramite rilevamento di valori di grandezza legati alla corrosione, quali pH, conducibilità, resistenza di polarizzazione, torbidità, quantità di fanghi e così via. Tali valori sono inseriti in una apparecchiatura che li elabora e invia un input all'unità di alimentazione dell'inibitore. Lo svantaggio di questa metodologia è che si basa su un numero elevato di grandezze per cui può essere soggetta ad errori. JP5202493 proposes a method for automatic control of the water inhibitor of an air conditioning circuit through the detection of magnitude values related to corrosion, such as pH, conductivity, polarization resistance, turbidity, quantity of sludge and so on. . These values are entered into an equipment which processes them and sends an input to the inhibitor power unit. The disadvantage of this methodology is that it is based on a large number of quantities so it can be subject to errors.
US6068012 utilizza una metodologia basata su misure successive di velocità di corrosione, del cosiddetto "fattore di fouling", del pH e del potenziale redox per tenere sotto controllo automaticamente la concentrazione dell'inibitore in circuiti di acque di raffreddamento. La logica della metodologia è complessa in quanto ciascuna misura viene effettuata solo se la precedente misura soddisfa certe condizioni di variabilità ed inoltre è anch'essa basata su un numero di grandezze elevato. US6068012 uses a methodology based on successive measurements of corrosion rate, the so-called "fouling factor", pH and redox potential to automatically control the concentration of the inhibitor in cooling water circuits. The logic of the methodology is complex in that each measurement is carried out only if the previous measurement satisfies certain conditions of variability and is also based on a large number of quantities.
Esiste pertanto nello specifico settore l'esigenza di disporre di una apparecchiatura e di un metodo, per controllare e modificare la concentrazione dell 'inibitore di corrosione nei circuiti di raffreddamento ad acqua, che sia semplice ed affidabile. Therefore, in the specific sector there exists the need to have an apparatus and a method, for controlling and modifying the concentration of the corrosion inhibitor in the water cooling circuits, which is simple and reliable.
Questa esigenza viene soddisfatta dalla presente invenzione che esibisce inoltre altri vantaggi che risulteranno evidenti nel seguito della descrizione. This need is satisfied by the present invention which also exhibits other advantages which will become evident in the following description.
E' infatti oggetto della presente invenzione una apparecchiatura, idonea a controllare ed a modificare automaticamente e continuamente la concentrazione dell 'inibitore di corrosione nei circuiti di raffreddamento ad acqua di motori (M), comprendente le seguenti parti: In fact, the subject of the present invention is an apparatus, suitable for automatically and continuously controlling and modifying the concentration of the corrosion inhibitor in the water cooling circuits of engines (M), comprising the following parts:
- una unità (1) dotata di sensori (2), in grado di rilevare, ad intervalli di tempo prestabiliti, la conducibilità, la temperatura, il pH e la velocità di corrosione del metallo del circuito di raffreddamento, ,nell'acqua circolante nel circuito di raffreddamento stesso; - a unit (1) equipped with sensors (2), capable of detecting, at predetermined time intervals, the conductivity, temperature, pH and corrosion rate of the metal of the cooling circuit, in the water circulating in the cooling circuit itself;
- una unità di raccolta (3) ed elaborazione (4) dei dati provenienti dai sensori (2) in grado, attraverso un algoritmo, di calcolare la concentrazione dell'inibitore nell'acqua di raffreddamento mediante misure di conducibilità, temperatura,, pH e velocità di corrosione del metallo del circuito di raffreddamento, nell'acqua circolante nel circuito stesso; - a unit for collecting (3) and processing (4) the data from the sensors (2) capable, through an algorithm, of calculating the concentration of the inhibitor in the cooling water by measuring conductivity, temperature, pH and corrosion rate of the metal of the cooling circuit, in the water circulating in the circuit itself;
- una vasca (5) di stoccaggio ed alimentazione dell'inibitore, gestita dall'unità (3,4) la quale, confrontando il valore di concentrazione dell'inibitore, ottenuto dai dati provenienti dai sensori (2), con il limite dell'intervallo operativo stabilito a procedura standard, decide eventualmente di innescare l'azione di reintegro inviando un input alla pompa dosatrice (6) che ripristina il valore corretto di concentrazione dell'inibitore, mediante suo prelievo dalla vasca (5) contenente l'inibitore stesso. - a tank (5) for the storage and feeding of the inhibitor, managed by the unit (3,4) which, comparing the concentration value of the inhibitor, obtained from the data coming from the sensors (2), with the limit of operating interval established according to standard procedure, decides if necessary to trigger the reintegration action by sending an input to the metering pump (6) which restores the correct concentration value of the inhibitor, by taking it from the tank (5) containing the inhibitor itself.
In una forma di realizzazione dell'apparecchiatura secondo la presente invenzione, il metallo del circuito di raffreddamento è scelto dal gruppo comprendente acciaio, ghisa, rame e leghe di rame. In one embodiment of the apparatus according to the present invention, the metal of the cooling circuit is selected from the group comprising steel, cast iron, copper and copper alloys.
La presente invenzione non è limitata all'apparecchiatura sopra descritta. The present invention is not limited to the apparatus described above.
E' infatti oggetto dell'invenzione anche un metodo per controllare ed eventualmente modificare la concentrazione dell'inibitore di corrosione nei circuiti di raffreddamento ad acqua di motori, comprendente le seguenti operazioni: In fact, the invention also relates to a method for controlling and possibly modifying the concentration of the corrosion inhibitor in the water cooling circuits of engines, comprising the following operations:
- rilevare con sensori, ad intervalli di tempo prestabiliti, la conducibilità, la temperatura,, il pH e la velocità di corrosione del metallo del circuito di raffreddamento, nell'acqua circolante nel circuito di raffreddamento stesso; - detect with sensors, at predetermined time intervals, the conductivity, the temperature, the pH and the corrosion rate of the metal of the cooling circuit, in the water circulating in the cooling circuit itself;
- raccogliere i dati così rilevati e calcolare la concentrazione dell'inibitore nell'acqua di raffreddamento attraverso l'elaborazione di questi dati tramite il seguente algoritmo: - collect the data thus detected and calculate the concentration of the inhibitor in the cooling water by processing these data using the following algorithm:
[inibitore] [inhibitor]
dove: χ, T, vcorre pH rappresentano, nell'acqua circolante nel circuito di raffreddamento, i valori di conducibilità, temperatura, pH e velocità di corrosione del metallo del circuito di raffreddamento, a, b, c sono coefficienti che possono assumere valori compresi nell'intervallo tra - e 010 e d è un coefficiente che può assumere valori compresi nell'intervallo tra -430 e 01430 e sono espressi nelle seguenti unità di misura where: χ, T, vcorre pH represent, in the water circulating in the cooling circuit, the values of conductivity, temperature, pH and corrosion rate of the metal of the cooling circuit, a, b, c are coefficients that can assume values including in the interval between - and 010 and d is a coefficient that can assume values in the interval between -430 and 01430 and are expressed in the following units of measurement
- reintegrare nel circuito di raffreddamento ad acqua la concentrazione prestabilita di inibitore, inviando un input alla pompa dosatrice che agisce sulla vasca contenente 1'inibitore. - reintegrate the predetermined inhibitor concentration in the water cooling circuit, sending an input to the dosing pump which acts on the tank containing the inhibitor.
Per ragioni di chiarezza si precisa il significato della simbologia utilizzata per le unità di misura dei coefficienti a, b, c e d: ppm parti per milione, mS milli Siemens, y anno, V volt. For reasons of clarity, we specify the meaning of the symbols used for the units of measurement of the coefficients a, b, c and d: ppm parts per million, mS milli Siemens, y year, V volts.
In una forma di realizzazione del metodo secondo la presente invenzione, la velocità di corrosione del metallo del circuito di raffreddamento viene valutata per un metallo scelto dal gruppo comprendente acciaio, ghisa, rame e leghe di rame. In one embodiment of the method according to the present invention, the corrosion rate of the metal of the cooling circuit is evaluated for a metal selected from the group comprising steel, cast iron, copper and copper alloys.
Si è data finora della presente invenzione una descrizione di carattere generale. Con l'aiuto delle seguenti figure e dei seguenti esempi verranno ora forniti maggiori dettagli su forme di realizzazione dell'invenzione finalizzate a farne meglio comprendere finalità, caratteristiche, vantaggi e modalità operative. Up to now, a general description of the present invention has been given. With the help of the following figures and examples, more details will now be provided on embodiments of the invention aimed at making it better understood the purposes, characteristics, advantages and operating modes.
La figura 1 rappresenta una forma di realizzazione dell'apparecchiatura secondo l'invenzione applicata ad un motore navale. Figure 1 represents an embodiment of the apparatus according to the invention applied to a naval engine.
ESEMPIO 1 EXAMPLE 1
La presente invenzione è stata operativamente utilizzata su un motore navale diesel avente una potenza di circa 16000 kW. The present invention has been operationally used on a diesel marine engine having a power of about 16000 kW.
Nel circuito di raffreddamento del motore circola un volume di acqua distillata di circa 10 mc, additivata con inibitore di corrosione ai nitriti, a temperatura variabile tra 45 e 80°C. In the engine cooling circuit circulates a volume of distilled water of about 10 cubic meters, with the addition of a nitrite corrosion inhibitor, at a temperature ranging between 45 and 80 ° C.
Inseriti nel circuito di raffreddamento ci sono sensori di conducibilità, temperatura, velocità di corrosione e pH Inserted in the cooling circuit there are sensors for conductivity, temperature, corrosion rate and pH
I dati così rilevati vengono elaborati mediante il seguente algoritmo ottenuto sperimentalmente The data thus collected are processed using the following experimentally obtained algorithm
[inibitore] = a-χ.Τ b.vcorr.T .c.χ.ρΗ d dove il coefficiente a ha il valore di 0,785, il coefficiente b il valore di -0,800, il coefficiente c ha il valore di 0,057, il coefficiente d ha il valore di 969,96. Dal calcolo si ottiene il valore di concentrazione pari a 1191 ppm (a fronte di un valore ricavato dall'analisi chimica di 1170). [inhibitor] = a-χ.Τ b.vcorr.T .c.χ.ρΗ d where the coefficient a has the value of 0.785, the coefficient b the value of -0.800, the coefficient c has the value of 0.057, the coefficient d has the value of 969.96. The calculation gives the concentration value equal to 1191 ppm (compared to a value obtained from the chemical analysis of 1170).
Il sistema di elaborazione, valutato il valore di concentrazione nel circuito, se quest'ultimo è al di sotto del limite operativo, regola il quantitativo d'inibitore, (nel caso specifico a base di nitriti), da reintegrare per il ripristino della concentrazione all'interno del range stabilito dalla pratica operativa relativa al particolare tipo di inibitore utilizzato. Ciò viene fatto agendo sulla pompa che preleva 1'inibitore da un serbatoio di stoccaggio inviandolo nel circuito di raffreddamento. The processing system, having evaluated the concentration value in the circuit, if the latter is below the operating limit, adjusts the quantity of inhibitor (in the specific case based on nitrites), to be reintegrated to restore the concentration to the within the range established by operational practice relating to the particular type of inhibitor used. This is done by acting on the pump which takes the inhibitor from a storage tank and sends it into the cooling circuit.
ESEMPIO 2 EXAMPLE 2
La presente invenzione è stata operativamente utilizzata su un motore navale diesel avente una potenza di circa 14000 kW. The present invention has been operationally used on a diesel marine engine having a power of about 14000 kW.
Nel circuito di raffreddamento del motore circola un volume di acqua distillata di circa 10 mc, additivata con inibitore di corrosione ai nitriti, a temperatura variabile tra 60 e 90°C. In the engine cooling circuit circulates a volume of distilled water of about 10 cubic meters, additivated with a nitrite corrosion inhibitor, at a temperature ranging between 60 and 90 ° C.
Inseriti nel circuito di raffreddamento ci sono sensori di conducibilità, temperatura, velocità di corrosione e pH. Inserted in the cooling circuit there are sensors for conductivity, temperature, corrosion rate and pH.
I dati così rilevati vengono elaborati mediante il seguente algoritmo ottenuto sperimentalmente The data thus collected are processed using the following experimentally obtained algorithm
[inibitore] = a-χ.Τ b.vcorr.T c.χ.ρΗ d dove il coefficiente a ha il valore di 0,785, il coefficiente b il valore di -0,800, il coefficiente c ha il valore di 0,057, il coefficiente d ha il valore di 969,96. Dal calcolo si ottiene il valore di concentrazione pari a 818 ppm (a fronte di un valore ricavato dall'analisi chimica di 810). [inhibitor] = a-χ.Τ b.vcorr.T c.χ.ρΗ d where the coefficient a has the value of 0.785, the coefficient b the value of -0.800, the coefficient c has the value of 0.057, the coefficient d has the value of 969.96. The calculation gives the concentration value equal to 818 ppm (compared to a value obtained from the chemical analysis of 810).
II sistema di elaborazione valutato il valore di concentrazione nel circuito, se quest'ultimo è al di sotto del limite operativo, regola il quantitativo d'inibitore, (nel caso specifico a base di nitriti), da reintegrare per il ripristino della concentrazione all'interno del range stabilito dalla pratica operativa relativa al particolare tipo di inibitore utilizzato. Ciò viene fatto agendo sulla pompa che preleva 1'inibitore da un serbatoio di stoccaggio inviandolo nel circuito di raffreddamento. The processing system, evaluated the concentration value in the circuit, if the latter is below the operating limit, regulates the quantity of inhibitor, (in the specific case based on nitrites), to be reintegrated to restore the concentration to the within the range established by operational practice relating to the particular type of inhibitor used. This is done by acting on the pump which takes the inhibitor from a storage tank and sends it into the cooling circuit.
ESEMPIO 3 EXAMPLE 3
La presente invenzione è stata operativamente utilizzata su un motore navale diesel avente una potenza di circa 9000 kW. The present invention has been operationally used on a diesel marine engine having a power of about 9000 kW.
Nel circuito di raffreddamento del motore circola un volume di acqua distillata di circa 10 mc, additivata con inibitore di corrosione ai nitriti, a temperatura variabile tra 60 e 90°C. In the engine cooling circuit circulates a volume of distilled water of about 10 cubic meters, additivated with a nitrite corrosion inhibitor, at a temperature ranging between 60 and 90 ° C.
Inseriti nel circuito di raffreddamento ci sono sensori di conducibilità, temperatura, velocità di corrosione e pH . Inserted in the cooling circuit there are sensors for conductivity, temperature, corrosion rate and pH.
I dati così rilevati vengono elaborati mediante il seguente algoritmo ottenuto sperimentalmente The data thus collected are processed using the following experimentally obtained algorithm
[inibitore] = a-χ.Τ b.vcorr.T c.χ.ρΗ d dove il coefficiente a ha il valore di 1,080, il coefficiente b il valore di -0,581, il coefficiente c ha il valore di 0,223, il coefficiente d ha il valore di 677,82. Dal calcolo si ottiene il valore di concentrazione pari a 901 ppm (a fronte di un valore ricavato dall'analisi chimica di 900). [inhibitor] = a-χ.Τ b.vcorr.T c.χ.ρΗ d where the coefficient a has the value of 1.080, the coefficient b the value of -0.581, the coefficient c has the value of 0.223, the coefficient d has the value of 677.82. From the calculation, the concentration value equal to 901 ppm is obtained (compared to a value obtained from the chemical analysis of 900).
Il sistema di elaborazione, valutato il valore di concentrazione nel circuito, se quest'ultimo è al di sotto del limite operativo, regola il quantitativo d'inibitore, (nel caso specifico a base di nitriti), da reintegrare per il ripristino della concentrazione all'interno del range stabilito dalla pratica operativa relativa al particolare tipo di inibitore utilizzato. Ciò viene fatto agendo sulla pompa che preleva 1'inibitore da un serbatoio di stoccaggio inviandolo nel circuito di raffreddamento. The processing system, having evaluated the concentration value in the circuit, if the latter is below the operating limit, adjusts the quantity of inhibitor (in the specific case based on nitrites), to be reintegrated to restore the concentration to the within the range established by operational practice relating to the particular type of inhibitor used. This is done by acting on the pump which takes the inhibitor from a storage tank and sends it into the cooling circuit.
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| IT (1) | ITRM20070141A1 (en) |
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2007
- 2007-03-19 IT ITRM20070141 patent/ITRM20070141A1/en unknown
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