缓蚀剂防腐及其在石油机械中的应用

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1、缓蚀剂防腐及其在石油机械中的应用概　述　　钢铁材料作为主要的工程材料广泛应用于石油工业的各个领域，钢铁结构在使用过程中，不可避免地要同各种腐蚀性介质接触。腐蚀造成的经济损失十分巨大，如设备、管道由于腐蚀穿孔造成的泄漏，不仅结构本身被破坏，还浪费了能源，污染了环境。　　将少量物质加入腐蚀环境中，借助该物质在金属表面上发生的物理、化学作用，降低金属材料溶解速度的方法称为缓蚀剂防腐，所加物质即缓蚀剂。与其它防腐方法相比，采用缓蚀剂防腐，由于设备简单，使用方便，投资少，收效快，因而十分适用于石油、化工、机械等部门，是一项很有

2、发展前途的防腐措施。　　缓蚀剂防腐具有以下特点：　　(1)缓蚀剂用量极少，浓度一般为几个ppm至2％，基本不改变介质体系，成本低；　　(2)缓蚀效率高，可以节约大量钢材，提高设备的使用寿命，如酸洗时使用缓蚀剂可以使损耗减少90％以上；　　(3)使用缓蚀剂防腐，可以使一些先进的工艺流程得以实现；　　(4)缓蚀剂具有高度的选择性，不同的腐蚀体系一般应选用不同的缓蚀剂配方，甚至同一体系，在温度、浓度、流速改变时，所用缓蚀剂也应有所不同，因此对于每一个具体的腐蚀体系应通过实验来确定适宜的缓蚀剂种类及浓度，不可生搬硬套；　　(

3、5)缓蚀剂可能随时间而消耗，随介质而流动，因此缓蚀剂的应用场所多限于循环和半循环体系。缓蚀剂的作用机理　　1.吸附理论　　许多有机缓蚀剂属于表面活性物质，其分子由亲水疏油的极性基和亲油疏水的非极性基组成。在介质中，极性基定向吸附排列在金属表面，从表面排除水分子和氢离子等致腐离子，使之难于接近金属表面，从而起到缓蚀作用。　　2.成膜理论　　缓蚀剂能与金属或腐蚀介质的离子发生反应，在金属表面生成不溶或难溶的具有保护作用的各种膜层，阻止腐蚀过程，起到了缓蚀作用。　　3.电极过程抑制理论　　缓蚀剂的加入抑制了金属在腐蚀介质中

4、的电化学过程，减缓了电化学腐蚀速度。缓蚀剂的存在可能分别增大阴极极化或阳极极化，也可能同时增大阴极极化和阳极极化。　　上述三种理论具有内在联系，即缓蚀剂与金属相互作用使金属表面状态发生变化，阻止或减缓腐蚀过程。缓蚀剂的协同效应　　两种或两种以上缓蚀剂混合使用（或者缓蚀剂与其它物质混合使用）而使缓蚀效果加强的现象，称为缓蚀剂的协同效应。这种协同效应并不是简单的加合，而是相互促进的结果。　　在酸性介质中，吸附膜型的缓蚀剂产生协同效应，是由于在金属表面吸附了某种电荷的离子后，再吸附另外一种离子导致表面覆盖度增大，因而加强了

5、缓蚀效果。中性介质中的沉淀膜型的缓蚀剂产生协同效应，是因为不同的缓蚀剂分子或离子，产生溶度积更小的新沉淀物，导致阳极区和阴极区被更大面积覆盖，所以具有更好的缓蚀效果。　　为了发挥缓蚀剂的协同效应，一般都选用复合型缓蚀剂，选用的原则是阴极型缓蚀剂和阳极型缓蚀剂配合使用。例如作为阴极型缓蚀剂的锌离子，总是与作为阳极型缓蚀剂的某些含氧酸根离子配合使用。缓蚀剂的评定筛选方法　　1.重量法　　采用缓蚀剂防腐，其保护效率用缓蚀效率Z表示　　　　　　　(1)式中　v0——未加缓蚀剂时金属的腐蚀速度，g/(cm2．h)；　　　v——

6、加缓蚀剂后金属的腐蚀速度，g/(cm2．h)。　　可以采用测定金属腐蚀重量来评定缓蚀剂的缓蚀效果，即用重量法测定施加缓蚀剂前后金属腐蚀速度，然后用上式计算Z值，评定各种不同缓蚀剂或缓蚀剂浓度改变时的Z值可以得到各种腐蚀体系的最佳缓蚀剂成分及用量。Z值越大，缓蚀效果越好，金属腐蚀速度减小越多。这种方法虽然原理简单、可靠，但需要耗费较长时间，尤其对于高效的缓蚀剂，要测定较为准确的金属腐蚀损失量，往往需要很长时间，并且测重仪器必须具有相当的精度，方能获得较为准确的Z值。　　2.电化学法　　根据法拉第定律，金属腐蚀电流密度与

7、金属腐蚀速度之间有如下关系　　　　　　　　　　　(2)式中　v′——金属腐蚀速度，g/(cm2．h)　　　M——腐蚀金属的原子量；　　　ic——金属的自腐蚀电流密度，A/cm2；　　　n——化合价；　　　F——法拉第常数(1F=96494C=26.8A．h)。　　因此可用电化学方法通过测得ic进而计算得Z值，如极化曲线法、线性极化法等。前者只适用于活化控制的腐蚀体系，如析氢型的腐蚀；对于浓度极化较大的体系、电阻较大的溶液和在强烈极化时金属表面发生较大变化（如膜的生成和溶解）的情况就不适用。　　线性极化技术是快速测定金

8、属腐蚀速度的一种电化学方法，特点是灵敏、快捷，适用于任何电解质溶液所构成的腐蚀体系。由于极化电流极小，所以不致于破坏试件的表面状态，用一个试件可作多次连续测定，并且可以采用同材料同结构的三电极体系。如果采用碳钢制作电极，电极成本低且具有较强的代表性，并适用于现场监控。　　　　线性极化技术是对工作电极外加电流进行极化，使工作电极的电位在自腐蚀电位