New corrosion inhibitors for evaporative cooling systems

Inhibiteurs de corrosion innovants pour circuits d’eau de refroidissement de type évaporatif

¹ BKG Water Solutions, Niederheider Strasse 22, 40589 Dusseldorf, Germany
² BKG Water Solutions, ZI Le Roineau, 72500 Vaas, France

^* Corresponding author: christophe.foret@bk-giulini.fr

Received: 10 June 2013
Accepted: 12 September 2013

Abstract

Corrosion of heat exchangers and installations in evaporative cooling systems is a serious problem of industry, as it may lead to increased maintenance effort, damages, up to plant shut-down causing high cost. Furthermore, there may be a high environmental impact due to the discharge of blow-down water containing heavy metals or hazardous compounds, which may enter the water system via leakages.

State of the art corrosion inhibitor programs are based on phosphate, phosphonates, zinc and combinations thereof. Although generally satisfying control of corrosion can be achieved, all programs suffer more or less severe drawbacks, such as lack of biodegradability, content of heavy metals or necessity of pH control combined with acid dosage. Consequently, there is a need of corrosion inhibitors having an improved environmental profile and/or an improved performance. This paper shows the first results of two newly developed corrosion inhibitors. Both molecules are based on modified organic acids, free of heavy metals, one additionally doesn’t contain phosphorous.

Corrosion tests have been carried out with carbon steel specimen in dependence of inhibitor concentration, water composition and water temperature. Electrochemical methods, e.g. voltammetrie and polarization resistance, were applied as well as beaker tests and long term tests in cooling circuit simulating devices. Furthermore, the anti-scaling efficiency of the new inhibitors was studied.

The results of the corrosion tests clearly show an excellent efficiency of both substances, that meets the performance of commercially available corrosion inhibitors. In addition to this the phosphorous containing molecule shows a very good inhibition of calcium carbonate scaling, similar or even better compared to the performance of modern polycarboxylates. Thus, it could be the backbone of a complete treatment program for cooling systems. The second corrosion inhibitor could be applied in phosphorous and heavy metal free corrosion inhibition programs.

Résumé

La corrosion des échangeurs thermiques et des canalisations dans les circuits de refroidissement peut entraîner des dommages sérieux allant jusqu’à des arrêts de production qui engendrent des coûts économiques importants. De plus, l’impact environnemental peut être significativement affecté via les purges de déconcentration des circuits de refroidissement contenant des métaux lourds ou autres substances dangereuses présentes dans le circuit d’eau de refroidissement suite à des fuites au niveau des échangeurs thermiques.

Les stratégies de traitement anticorrosion couramment utilisées pour la protection des installations de refroidissement mettent en œuvre des inhibiteurs à base de phosphates, de phosphonates, de zinc et des combinaisons de ces derniers. Si la protection apportée par ces différents inhibiteurs est généralement efficace, ces réactifs chimiques présentent en revanche plusieurs inconvénients: faible biodégradabilité, présence de métaux lourds, nécessité de maîtriser le pH de l’eau du circuit par addition d’un acide minéral, etc.

Il y a donc un réel besoin de disposer d’inhibiteurs de corrosion ayant un meilleur profil environnemental et une efficacité anticorrosion importante voire optimisée. Notre présente étude montre les premiers résultats de deux inhibiteurs de corrosion nouvellement développés. Les deux molécules sont formulées à base d’acides organiques modifiés, sont exemptes de métaux, et, pour une des deux, ne contient pas de phosphore.

Des tests comPtifs d’efficacité anticorrosion ont été effectués en présence d’acier au carbone à différentes concentrations de chaque d’inhibiteur et avec différentes qualités d’eau (plus ou moins agressive). Des tests de corrosion accélérés utilisant des techniques électrochimiques, comme la voltampérométrie, mesure de la résistance de polarisation (spectroscopie d’impédance électrochimique), ont été appliquées ainsi que des tests à long terme en laboratoire utilisant des pilotes simulateurs de circuits d’eau. De plus, l’efficacité antitartre de ces nouveaux inhibiteurs a été étudiée.

Les résultats des tests de corrosion montrent une efficacité excellente des deux substances sur la tenue de l’acier au carbone, au moins similaire aux performances des inhibiteurs de corrosion classiquement utilisés et commercialisés.

En outre, la molécule contenant du phosphore a démontré des propriétés inhibitrices de précipitation du carbonate de calcium comPbles, voire meilleures que celles obtenues en présence de polycarboxylates. Ainsi, cet inhibiteur pourrait constituer la base d’un traitement complet (tout-en-un) antitartre et anticorrosion d’un circuit industriel de refroidissement. Enfin, le second inhibiteur pourrait constituer une alternative « verte » et écologique dans le cadre d’une stratégie de traitement antitartre-anticorrosion sans métaux lourd et sans phosphore.