一、緩(huan)蝕劑概(gai)述(shu)
在腐蝕(shi)性介質(zhi)中，加入少(shao)量的一種或幾種物(wu)質(zhi)，能使金屬(shu)的腐蝕(shi)速率大大降低，這種物(wu)質(zhi)或復合物(wu)質(zhi)就稱為緩(huan)蝕(shi)劑。這種保護金屬(shu)的方法(fa)通稱為緩(huan)蝕(shi)劑保護技術。
對于金屬管(guan)道(dao)來(lai)說(shuo)，緩(huan)(huan)蝕劑保護技術屬工藝(yi)性防腐方法，緩(huan)(huan)蝕利的(de)(de)(de)添加是(shi)(shi)通過工藝(yi)操作(zuo)(zuo)來(lai)實現的(de)(de)(de)。緩(huan)(huan)蝕劑的(de)(de)(de)防腐機理一般(ban)認為是(shi)(shi)在金屬表面上生成了連續(xu)的(de)(de)(de)起隔離作(zuo)(zuo)用的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)層保護膜(mo)，從而降低金屬的(de)(de)(de)腐蝕速率(lv)。工業上采用緩(huan)(huan)蝕劑保護金屬管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)事例有：石油和天然氣（特別是(shi)(shi)高含硫的(de)(de)(de)）的(de)(de)(de)采集、輸(shu)送系(xi)(xi)統(tong)；煉油裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)(de)常減壓系(xi)(xi)統(tong)；乙烯裂解裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)(de)工藝(yi)水系(xi)(xi)統(tong)；合成氨苯菲爾(er)法脫(tuo)碳系(xi)(xi)統(tong)；工業冷卻水系(xi)(xi)統(tong)等(deng)。
二(er)、緩蝕(shi)劑分類(lei)
1. 通常(chang)緩(huan)蝕劑有多種分類(lei)方法(fa)，按緩(huan)蝕劑的化(hua)學組成(cheng)分類(lei)可分為無機緩(huan)蝕劑和有機緩(huan)蝕劑。見圖8.2.1。
2. 按緩(huan)蝕劑對電(dian)(dian)極(ji)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)影響分(fen)(fen)類。金屬和電(dian)(dian)解質溶(rong)液(ye)接觸時，會(hui)發生電(dian)(dian)化(hua)學腐蝕。在此過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)鐵以鐵離(li)子(zi)(zi)形式進入溶(rong)液(ye)，鐵受到了腐蝕，而溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)的(de)氫離(li)子(zi)(zi)則在電(dian)(dian)極(ji)表面(mian)的(de)某些區域接受電(dian)(dian)子(zi)(zi)，成為氫分(fen)(fen)子(zi)(zi)逸出。這兩(liang)個(ge)(ge)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)是共軛(e)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，如果由于在介質中(zhong)(zhong)添加了緩(huan)蝕劑，使其中(zhong)(zhong)的(de)一個(ge)(ge)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)或兩(liang)個(ge)(ge)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)受到阻滯(zhi)，腐蝕速度(du)就(jiu)會(hui)減緩(huan)。
3. 根據緩蝕(shi)劑對腐蝕(shi)電化學過程的(de)抑制作用可將緩蝕(shi)劑分為以下三類。
①. 陽極型緩蝕劑
這類(lei)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑又稱(cheng)陽極抑(yi)(yi)制(zhi)型(xing)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑。例如：鉻(ge)酸鹽、硝酸鹽、正(zheng)磷酸鹽、硅(gui)酸鹽、苯(ben)甲(jia)酸鹽等(deng)。這類(lei)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑，有(you)的(de)(de)(de)能(neng)阻止(zhi)金屬表面陽極部分的(de)(de)(de)離子進入溶液，有(you)的(de)(de)(de)則是因能(neng)形(xing)成保護(hu)膜(mo)（鈍化(hua)膜(mo)）從而(er)起到緩(huan)蝕(shi)(shi)作(zuo)用。應注意(yi)的(de)(de)(de)是上述(shu)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑中苯(ben)甲(jia)酸鹽系非氧化(hua)型(xing)的(de)(de)(de)，它(ta)只有(you)在(zai)介質(zhi)中存在(zai)溶解(jie)氧的(de)(de)(de)情況下，才能(neng)起到抑(yi)(yi)制(zhi)腐蝕(shi)(shi)作(zuo)用。
②. 陰極型緩(huan)蝕劑
它又稱陰極抑制型緩蝕劑。例如：酸式碳酸鈣、聚磷酸鹽、硫酸鋅、砷離子、銻離子等。它們能使陰極過程減慢，能增大陰極極化，使電位負移。有的陰極型緩蝕劑，如鋅鹽及碳酸氫鈣等，在中性溶液中可與陰極過程產生的OH結合，生成難溶性的氫氧化物或碳酸鹽覆蓋于陰極表面，從而阻礙了陰極反應。而有的陰極型緩蝕劑，如AsCl3、SbSbCl3、Bi(SO4)3等在酸性溶液中，其相應的金屬離子可在陰極表面被還原成As、Sb、Bi元素覆蓋在電極表面，使氫的過電位顯著增加，從而減慢了腐蝕速率。
③. 混合型緩蝕劑
它又(you)稱混(hun)合(he)(he)抑制型緩蝕(shi)劑，這(zhe)類緩蝕(shi)劑主要(yao)是一些(xie)有機化(hua)(hua)合(he)(he)物，如(ru)含(han)氮、含(han)硫(liu)及既含(han)氮又(you)含(han)硫(liu)的有機化(hua)(hua)合(he)(he)物、瓊脂(zhi)、生物堿等。
4. 按緩蝕劑在金(jin)屬表面形成(cheng)保護膜的特征(zheng)分(fen)類(lei)，一般(ban)可將緩蝕劑分(fen)為如下三類(lei)：
①. 氧化(hua)膜(mo)型(xing)緩蝕劑
這類緩蝕劑有鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鉬酸鹽和鎢酸鹽等，它們可以使金屬表面形成致密的y-Fe2O3保護膜，厚度可達5～10nm。其中鉬酸鹽和鎢酸鹽只有在介質中有氧存在時才能起緩蝕作用。
②. 沉淀膜型緩(huan)蝕劑
這類緩蝕劑如六偏磷酸鈉、硫(liu)酸鋅、聚磷酸鈉等(deng)，它們能與介(jie)質中的有關離子反應，并(bing)在(zai)金屬表(biao)面上的陰極區形成抑制腐蝕的沉(chen)淀膜(mo)(mo)(mo)，這種沉(chen)淀膜(mo)(mo)(mo)一般要(yao)比(bi)氧(yang)化膜(mo)(mo)(mo)厚（約為幾(ji)十到100nm），但(dan)其致密性和附著力則比(bi)氧(yang)化膜(mo)(mo)(mo)差得多。因此，它們的保護(hu)效果比(bi)氧(yang)化膜(mo)(mo)(mo)型(xing)緩蝕劑差一些。
③. 吸附膜型(xing)緩蝕劑
這(zhe)類(lei)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑一般(ban)都是有機化(hua)合物，它們能吸附(fu)在金屬(shu)表面，使(shi)介質不(bu)易(yi)與金屬(shu)接觸而(er)減緩(huan)了腐蝕(shi)(shi)。根(gen)據吸附(fu)形式不(bu)同，它又可分為(wei)物理吸附(fu)和化(hua)學吸附(fu)兩類(lei)。
5. 按緩蝕(shi)劑(ji)使用(yong)(yong)范圍分類，可將(jiang)緩蝕(shi)劑(ji)分為酸(suan)洗緩蝕(shi)劑(ji)、冷(leng)凍水(shui)緩蝕(shi)劑(ji)、油氣井酸(suan)化(hua)緩蝕(shi)劑(ji)、石油化(hua)工工藝(yi)緩蝕(shi)劑(ji)、油田(tian)注水(shui)緩蝕(shi)劑(ji)、鍋爐用(yong)(yong)水(shui)緩蝕(shi)劑(ji)、循環冷(leng)卻用(yong)(yong)水(shui)緩蝕(shi)劑(ji)等。
三(san)、影響緩蝕作用的因素
影響緩蝕劑(ji)緩蝕效果的因素很多，除了(le)緩蝕劑(ji)的組分(fen)、結構、介(jie)質(zhi)性(xing)質(zhi)、金屬(shu)的種類和表(biao)面(mian)狀態諸因素外，還(huan)與(yu)緩蝕劑(ji)的用(yong)量、使(shi)用(yong)溫度(du)和介(jie)質(zhi)的運動速度(du)等因素有關(guan)。
1. 用(yong)量的影響
緩蝕劑(ji)用(yong)量(liang)（濃度(du)）對金屬腐蝕速率的影響大致(zhi)有三種情況：
①. 金屬腐蝕速率隨緩蝕劑濃度的增加而降低。如碳鋼在含H2S的油-鹽水介質中就是如此。
②. 緩蝕劑的濃(nong)(nong)度與金屬腐(fu)(fu)蝕速率(lv)的關系有極限值。這類緩蝕劑當濃(nong)(nong)度增(zeng)加到一定程度后，如(ru)再繼續增(zeng)加緩蝕劑濃(nong)(nong)度，金屬的腐(fu)(fu)蝕速率(lv)不(bu)僅(jin)不(bu)下降，反而(er)會升(sheng)高。
③. 緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)用量不(bu)足會(hui)加(jia)速金屬腐蝕(shi)(shi)。例如，為減緩(huan)淡水和鹽水腐蝕(shi)(shi)性(xing)常用的緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)亞(ya)(ya)硝(xiao)酸(suan)鈉就屬于這(zhe)類(lei)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)，在鹽水中亞(ya)(ya)硝(xiao)酸(suan)鈉添加(jia)量不(bu)足時，碳鋼的腐蝕(shi)(shi)速率不(bu)僅加(jia)大，而且還會(hui)發生明顯(xian)的點(dian)腐蝕(shi)(shi)。因(yin)此(ci)，對(dui)于這(zhe)類(lei)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)添加(jia)量太少就非常危(wei)險，必須十分(fen)注意。大部分(fen)氧(yang)化劑(ji)也屬于這(zhe)類(lei)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)，如鉻酸(suan)鹽、重鉻酸(suan)鹽、過氧(yang)化氫以及硅(gui)酸(suan)鈉等。
2. 溫度的影響
金屬腐(fu)蝕(shi)一般隨著溫(wen)度升高(gao)而加(jia)(jia)快，尤(you)其是(shi)在(zai)腐(fu)蝕(shi)過程(cheng)有(you)氫析出的介(jie)質(zhi)中，如鋼在(zai)酸性(xing)介(jie)質(zhi)中就是(shi)如此。如果(guo)腐(fu)蝕(shi)過程(cheng)有(you)氧參(can)與陰極反應（即氧去極化），則由于(yu)溫(wen)度升高(gao)時氧的溶解度降低(di)(di)，腐(fu)蝕(shi)速率與溫(wen)度的關系就比(bi)較復(fu)雜。有(you)可(ke)能溫(wen)度高(gao)時的腐(fu)蝕(shi)速率比(bi)溫(wen)度低(di)(di)時還(huan)小，加(jia)(jia)入(ru)緩蝕(shi)劑的情況也是(shi)同樣(yang)的情形。
①. 溫度升高，緩蝕(shi)率(lv)降低。大(da)多數有機(ji)緩蝕(shi)劑及許多無機(ji)緩蝕(shi)劑都屬于(yu)這種類型。
②. 在一定的溫(wen)度(du)范圍(wei)內緩蝕率不(bu)(bu)隨(sui)溫(wen)度(du)升(sheng)高而(er)改變(bian)。例如苯甲(jia)酸鈉(na)在20～80℃溫(wen)度(du)范圍(wei)內，對(dui)碳鋼在水(shui)溶液中的腐(fu)蝕抑(yi)制作用(yong)幾乎不(bu)(bu)隨(sui)溫(wen)度(du)變(bian)化而(er)改變(bian)，但在沸騰的水(shui)中，苯甲(jia)酸鈉(na)則不(bu)(bu)能抑(yi)制鋼的腐(fu)蝕。
③. 溫(wen)度(du)增(zeng)(zeng)高(gao)(gao)，緩(huan)(huan)(huan)蝕(shi)率也增(zeng)(zeng)高(gao)(gao)。有些(xie)緩(huan)(huan)(huan)蝕(shi)作用特(te)別強的(de)緩(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑，不僅能使(shi)腐蝕(shi)速率減小，而(er)(er)且可以使(shi)腐蝕(shi)反應(ying)速率隨溫(wen)度(du)升高(gao)(gao)而(er)(er)增(zeng)(zeng)加的(de)變化率（即溫(wen)度(du)系數）減小，從而(er)(er)進(jin)一步(bu)提高(gao)(gao)了緩(huan)(huan)(huan)蝕(shi)率。屬于這類(lei)緩(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑的(de)有：鹽酸溶液中(zhong)的(de)7701、7801、含氮堿(jian)和某(mou)些(xie)生物堿(jian)等(deng)。
3. 介質(zhi)流動速率對緩蝕作用的影響
介質(zhi)流動速率對緩蝕劑緩蝕作用(yong)的(de)影響(xiang)并不亞于溫度、壓力、介質(zhi)的(de)組(zu)成及其他因素的(de)影響(xiang)，這種影響(xiang)大致(zhi)有三(san)種情況：
①. 流(liu)(liu)速(su)加(jia)快，緩蝕(shi)(shi)(shi)率(lv)降低。在大多數情況下，提高(gao)介質的流(liu)(liu)動速(su)率(lv)或對(dui)介質進(jin)行攪拌都會(hui)造(zao)成緩蝕(shi)(shi)(shi)效率(lv)的降低。但有(you)時由(you)于流(liu)(liu)速(su)增大反而會(hui)加(jia)快腐蝕(shi)(shi)(shi)。
②. 流速增加，緩(huan)蝕率提(ti)高(gao)。當緩(huan)蝕劑(ji)由于在介(jie)質(zhi)中不能均(jun)勻分布而影響(xiang)保護效(xiao)果(guo)時，增加介(jie)質(zhi)流動速率，有利于緩(huan)蝕劑(ji)均(jun)勻地擴散(san)到(dao)金(jin)屬表面(mian)形成面(mian)膜(mo)，而使緩(huan)蝕效(xiao)率提(ti)高(gao)。
③. 介質流速對緩蝕效率的影響因緩蝕劑使用濃度不同而出現相反的結果。例如：采用四份六偏磷酸鈉和一份氯化鋅的混合物作循環冷卻水的緩蝕劑，當緩蝕劑的濃度為8×10-6以上時，緩蝕率隨介質流速增加而提高。當其濃度在8×10-6以下下時，緩蝕率隨流速增大而減小。
