用于抑制在燃气涡轮空气压缩机中的腐蚀的组合物和方法
【专利说明】用于抑制在燃气涡轮空气压缩机中的腐蚀的组合物和方法
[0001] 相关申请的交叉引用 本申请要求2013年3月1日提交并且结合在本文中的美国临时专利申请61/771，416 号的优先权权益。 发明领域
[0002] 本发明涉及用于抑制在燃气涡轮空气压缩机中由周围环境和工艺条件引起的腐 蚀的组合物和方法。
[0003] 发明背景 除了意外的停机或维护或基于由周期性电需求模式驱动的不连续或调度，否则发电成 套设备会连续地操作其燃气涡轮机。发电成套设备常具有仅在消费者对于电力的需求高时 的"高峰"时间期间使用的闲置涡轮机。高峰时间的持续时间可根据许多因素而变化，这些 因素包括一年中会影响空调负荷的时间；和一天中会影响家用电器使用的时间。燃气涡轮 压缩机输入大量的空气，空气可含有沉积在金属表面上且随后在离线期间暴露于冷凝时形 成水性腐蚀物质的盐及其他污染物。不使用时，放置在室外的涡轮机暴露于造成腐蚀的多 重环境因素，例如雨、热驱动的冷凝和蒸发循环、暴露于大气氧气以及甚至在位于海岸线附 近的发电站处夹带在空气中的盐水。即使放在室内，大气湿气也可在涡轮机表面上冷凝并 导致腐蚀。
[0004] 在金属表面的含水电化学腐蚀中，氧化过程与还原过程一起发生。对于腐蚀的发 生，必须发生金属的氧化或劣化的阳极表面处形成离子并释放电子。在阴极表面处同时存 在对应反应（counter-reaction)以消耗在阳极处产生的电子。阳极反应和阴极反应同时 且以相同速率进行。对铁的腐蚀攻击为由金属表面上的含水膜或电解质层支持的电化学反 应，该电化学反应根据方程式（I)和（II)像电化学电路（例如，类似于车用蓄电池）一样 起作用： 在阳极处（氧化）：Fe(s) - Fe2+ + 2e (I) 在阴极处（还原）：2H+ + 2e - H2(g) (II) 在阴极表面处氢离子的该还原破坏了酸性氢离子（H+)和碱性羟基离子（OH )之间的平 衡并使得溶液在腐蚀界面处酸性减小或碱性增大。如在方程式（III)和（IV)中，这影响氧 还原的机制： (酸性溶液）：〇2 + 4H+ + 4e - 2H20 (III) (中性或碱性溶液）：〇2 + 2H20 + 4e - 40H (IV) 当在含水膜中存在溶解氧时，铁更易于氧化和腐蚀。该含水膜可来自包括但不限于以 下的多种来源：水洗、大气冷凝、雨水和在沿海地区的海水雾。当存在溶解氧时，可发生全面 腐蚀和氧点蚀两者。全面腐蚀引起金属从整个表面上损失。氧点蚀引起金属表面的高度局 部化损失，这可在金属表面上产生大缺陷或应力集中，导致开裂或部件损坏。众所周知，例 如氯离子（C1 )和硫酸根离子（S042 )的某些带负电荷离子（称为阴离子）可通过迀移到阳 极部位并促进新形成的亚铁离子（Fe2+)的中和和溶解而加速腐蚀反应，如上所示，亚铁离 子为在阳极处的铁腐蚀（或氧化）反应的最初产物。该效应常称为"去极化"。这些阴离子 可促进或加速在受侵袭金属表面的广泛区域上的局部腐蚀反应（常称为"点蚀攻击"）以及 全面腐蚀。
[0005] 发明简述 意外地发现，包含成膜胺的腐蚀抑制组合物即使在燃气涡轮空气压缩机典型的条件下 也有效抑制金属表面上的腐蚀。因此，公开了用于抑制在燃气涡轮空气压缩机的金属表面 上的腐蚀的方法和组合物。所述方法包括使金属表面与包含至少一种成膜胺的腐蚀抑制组 合物接触。
[0006]在一个实施方案中，所述成膜胺可具有通式Y-R，其中Y为含杂原子（N或0)的基 团或含多个杂原子的基团，且其中R为衍生自脂肪酸的烷基链。在另一实施方案中，所述成 膜胺可选自N-油胺、N-十八烷基胺、（Z)-N_9_十八碳烯基-1，3-丙二胺、十八碳烯基氨基 三亚甲基胺、十八碳烯基氨基二_(三甲基氨基）_三亚甲基胺、N-硬脂酰基-1，3-丙二胺、 N-(2-氨基丙基）-N-十六烷基-N-甲基-1，3-丙二胺及其混合物。
[0007]在另一实施方案中，所述组合物还可包含至少一种中和胺。所述中和胺可选自 氨、肼、甲胺、二甲胺、三甲胺、环己胺、乙醇胺（"MEA"）、吗啉、N，N-二甲基氨基丙基胺 ("DMAPA")、甲氧基丙基胺、N，N-二乙基氨基乙醇（"DEAE")、N，N-二甲基乙醇胺（"DMAE"） 及其混合物。
[0008]在另一方法中，所述成膜胺与所述中和胺的重量比可为约1:0-约1:25。在又一方 法中，所述重量比可为约1:2-约1:10。供选地，成膜胺与中和胺的所述重量比可为约1:4。
[0009]在另一方法中，所述组合物可包含至少两种中和胺。所述组合物可用水或水溶液 稀释。所述组合物的浓度可为约0. 1-约20, OOOppm，基于水的体积计算。
[0010] 在另一实施方案中，所述方法还可包括在使所述金属表面与所述腐蚀抑制组合物 接触之前使所述金属表面与柠檬酸溶液接触。在又一实施方案中，所述方法还可包括在使 所述金属表面与所述柠檬酸溶液接触之后且在使所述金属表面与所述组合物接触之前用 水冲洗所述金属表面。在又一实施方案中，所述金属表面为燃气祸轮空气压缩机的表面。
[0011] 在另一实施方案中，公开了洗涤离线的燃气涡轮空气压缩机的方法。所述离线洗 涤方法可包括洗涤周期、冲洗周期和离线处理周期。所述离线处理周期可包括使所述燃气 涡轮空气压缩机的金属表面与包含至少一种成膜胺的腐蚀抑制组合物接触。合适的成膜胺 包括上述的那些。在又一实施方案中，公开了洗涤在线燃气涡轮空气压缩机的方法。所述 在线洗涤方法可包括在线处理周期，其包括使所述燃气涡轮空气压缩机的金属表面与包含 至少一种成膜胺的腐蚀抑制组合物接触。合适的成膜胺包括上述的那些。在另一在线洗涤 方法中，所述方法可包括在所述在线处理周期之前的冲洗周期。
[0012] 附图简述 图1为显示在腐蚀模拟中电探针所暴露的溶液的顺序的流程图； 图2显示在表面刮擦之后且在探针暴露于任何溶液之前的探针； 图3显示在老化步骤期间探针的腐蚀速率（Wn/y)的图表； 图4显示在老化步骤之后的探针； 图5显示H202洗涤对探针的腐蚀速率（Mm/y)的影响的图表； 图6显示柠檬酸洗涤对探针的腐蚀速率（Wn/y)的影响的图表； 图7显示在室温柠檬酸洗涤之后且在暴露于75 °C盐水之前的探针； 图8显示在75 °C柠檬酸洗涤之后且在暴露于75 °C盐水之前的探针； 图9显示在75 °C柠檬酸洗涤之后且在暴露于75 °C盐水之后的探针； 图10显示腐蚀抑制组合物对探针的平均腐蚀速率（Mm/y)和最大腐蚀速率（Mm/y)的 影响； 图11显示腐蚀抑制组合物对探针的平均腐蚀速率的影响； 图12显示在75°C柠檬酸洗涤之后且在暴露于腐蚀抑制溶液之前的探针； 图13显示在暴露于腐蚀抑制溶液、接着暴露于75°C盐水2小时之后的探针； 图14显示对于如在图1中所示的全部试验顺序而言探针的平均腐蚀速率的图表； 图15为在"A"组箱片和对照箱片上的水珠试验结果的照片； 图16为在高速气流试验之前和之后在"A"组箱片和"B"组箱片上的水珠试验结果的 照片； 图17为用于在锅炉条件下试验包含成膜胺（多胺）的腐蚀抑制组合物的腐蚀设备的 示意图； 图18为在腐蚀试验之后用传统亚硫酸钠处理来处理的试片的照片； 图19为在lOOOppb的溶解02存在下用Comp 2 (仅中和胺）处理的试片的照片； 图20为在lOOOppb溶解02存在下用Ex 2处理的试片的照片。
[0013] 例示性实施方案的详细描述 在锅炉应用中已经使用包含一种或多种成膜胺且常为中和胺的腐蚀抑制组合物。虽然 这类组合物已经用于锅炉应用中，但是先前并不知道这类组合物会在通常包围燃气涡轮空 气压缩机的环境和工艺条件下有效地抑制腐蚀。
[0014] 在锅炉应用中的操作条件与包围燃气涡轮空气压缩机的条件非常不同。首先，锅 炉进水在用于锅炉中之前经受了深度纯化步骤。因此，锅炉进水通常具有极低水平的例如 无机盐、酸、碱和气体的诱发腐蚀的污染物。通常，锅炉在高温和高压下在极低水平的氧气 下在两相蒸汽和水环境中操作。溶解氧在锅炉系统操作的温度下在水中具有极低的溶解 度，该温度通常显著高于水在大气压下的沸点（<212°F或100°C)。为了从锅炉进水中加热 并除去溶解氧的特殊目的，锅炉通常装备有机械或热脱气设备（通常称为"除气器"）。除 气器通常可生成包含低于10亿万分率（ppb重量或ygl)的以0 2计的溶解氧水平的加热 的锅炉进水。在除气之后，通常的做法是加入化学溶解氧清除剂以从锅炉进水中除去任何 最