一、緩蝕劑概述
在腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)介(jie)質中，加入少量的一(yi)種或幾種物質，能(neng)使金屬的腐蝕(shi)(shi)(shi)速(su)率大(da)大(da)降低，這(zhe)種物質或復合物質就稱為緩蝕(shi)(shi)(shi)劑。這(zhe)種保護(hu)金屬的方法(fa)通稱為緩蝕(shi)(shi)(shi)劑保護(hu)技術。
對于金(jin)屬(shu)管道來說，緩(huan)(huan)蝕劑保護(hu)技術屬(shu)工(gong)藝(yi)性防腐方(fang)法，緩(huan)(huan)蝕利的(de)(de)添加(jia)是(shi)通過(guo)工(gong)藝(yi)操作(zuo)來實現(xian)的(de)(de)。緩(huan)(huan)蝕劑的(de)(de)防腐機理一(yi)般認為是(shi)在(zai)金(jin)屬(shu)表面(mian)上生成了連續的(de)(de)起(qi)隔離作(zuo)用的(de)(de)吸附(fu)層(ceng)保護(hu)膜，從而降低(di)金(jin)屬(shu)的(de)(de)腐蝕速(su)率。工(gong)業上采(cai)用緩(huan)(huan)蝕劑保護(hu)金(jin)屬(shu)管道的(de)(de)事例有(you)：石油和天(tian)然(ran)氣(qi)（特別(bie)是(shi)高含硫(liu)的(de)(de)）的(de)(de)采(cai)集(ji)、輸(shu)送系(xi)(xi)統(tong)；煉油裝置(zhi)的(de)(de)常(chang)減壓系(xi)(xi)統(tong)；乙烯(xi)裂解裝置(zhi)的(de)(de)工(gong)藝(yi)水系(xi)(xi)統(tong)；合成氨苯菲(fei)爾法脫碳系(xi)(xi)統(tong)；工(gong)業冷卻(que)水系(xi)(xi)統(tong)等。
二、緩蝕劑分類
1. 通常緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)有(you)多種分類(lei)(lei)方法，按緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)的化學組(zu)成分類(lei)(lei)可分為(wei)無機緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)和有(you)機緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)。見(jian)圖8.2.1。
2. 按(an)緩(huan)蝕劑對電極過(guo)程的影響分類。金屬和(he)電解質溶液接觸時，會發生電化學腐(fu)蝕。在此過(guo)程中(zhong)鐵以(yi)鐵離子(zi)形式進(jin)入(ru)溶液，鐵受(shou)(shou)到了腐(fu)蝕，而溶液中(zhong)的氫(qing)離子(zi)則在電極表面的某(mou)些(xie)區(qu)域接受(shou)(shou)電子(zi)，成為氫(qing)分子(zi)逸(yi)出。這兩(liang)個過(guo)程是共軛(e)過(guo)程，如果由于(yu)在介質中(zhong)添(tian)加了緩(huan)蝕劑，使其中(zhong)的一個過(guo)程或兩(liang)個過(guo)程受(shou)(shou)到阻滯，腐(fu)蝕速度就會減緩(huan)。
3. 根(gen)據(ju)緩(huan)蝕(shi)劑對(dui)腐蝕(shi)電(dian)化學過程的抑制(zhi)作用可將緩(huan)蝕(shi)劑分為以下三類(lei)。
①. 陽極型(xing)緩蝕(shi)劑
這類緩(huan)蝕(shi)劑又稱陽極抑制(zhi)型緩(huan)蝕(shi)劑。例(li)如(ru)：鉻酸鹽(yan)(yan)、硝酸鹽(yan)(yan)、正(zheng)磷酸鹽(yan)(yan)、硅(gui)酸鹽(yan)(yan)、苯甲酸鹽(yan)(yan)等。這類緩(huan)蝕(shi)劑，有的(de)(de)能阻(zu)止金屬表面陽極部分的(de)(de)離子進入(ru)溶液，有的(de)(de)則是因能形成保護(hu)膜（鈍化(hua)膜）從而(er)起(qi)到(dao)緩(huan)蝕(shi)作(zuo)用。應注意(yi)的(de)(de)是上述緩(huan)蝕(shi)劑中苯甲酸鹽(yan)(yan)系非(fei)氧化(hua)型的(de)(de)，它(ta)只(zhi)有在介質中存在溶解氧的(de)(de)情況(kuang)下，才能起(qi)到(dao)抑制(zhi)腐(fu)蝕(shi)作(zuo)用。
②. 陰極型緩蝕(shi)劑(ji)
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(shi)劑
它又稱(cheng)混合抑(yi)制(zhi)型緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)，這類緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)主要(yao)是(shi)一些有機化合物，如(ru)含(han)(han)氮、含(han)(han)硫及既含(han)(han)氮又含(han)(han)硫的有機化合物、瓊脂(zhi)、生物堿(jian)等。
4. 按緩(huan)蝕(shi)劑(ji)在金屬表面(mian)形(xing)成保護膜的特征分(fen)類，一般可將緩(huan)蝕(shi)劑(ji)分(fen)為(wei)如(ru)下三(san)類：
①. 氧(yang)化膜型(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(chen)淀膜型緩(huan)蝕(shi)劑
這(zhe)類緩蝕劑(ji)如(ru)六偏磷酸(suan)鈉、硫酸(suan)鋅、聚磷酸(suan)鈉等(deng)，它們(men)能與介質中的有關離子反應，并(bing)在(zai)金(jin)屬表面上(shang)的陰極區形成(cheng)抑制(zhi)腐蝕的沉(chen)(chen)淀(dian)膜(mo)(mo)，這(zhe)種(zhong)沉(chen)(chen)淀(dian)膜(mo)(mo)一般要比(bi)氧化(hua)膜(mo)(mo)厚（約為幾十(shi)到100nm），但其致密性和附(fu)著力(li)則(ze)比(bi)氧化(hua)膜(mo)(mo)差得多。因此(ci)，它們(men)的保護效果(guo)比(bi)氧化(hua)膜(mo)(mo)型緩蝕劑(ji)差一些。
③. 吸(xi)附膜型緩蝕劑
這類(lei)緩蝕劑一般都是有機(ji)化(hua)合物，它(ta)們能吸附(fu)(fu)(fu)(fu)在(zai)金(jin)屬表面(mian)，使介質不易與金(jin)屬接觸而減緩了腐蝕。根(gen)據吸附(fu)(fu)(fu)(fu)形式不同，它(ta)又可分為物理(li)吸附(fu)(fu)(fu)(fu)和(he)化(hua)學吸附(fu)(fu)(fu)(fu)兩類(lei)。
5. 按(an)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)(ji)使用(yong)范圍(wei)分(fen)(fen)類，可(ke)將緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)(ji)分(fen)(fen)為酸洗緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)(ji)、冷(leng)凍水(shui)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)(ji)、油氣井(jing)酸化緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)(ji)、石油化工工藝緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)(ji)、油田(tian)注水(shui)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)(ji)、鍋爐用(yong)水(shui)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)(ji)、循環冷(leng)卻用(yong)水(shui)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)(ji)等(deng)。
三、影(ying)響緩蝕作用的因素
影響緩(huan)(huan)蝕劑(ji)緩(huan)(huan)蝕效果的(de)因(yin)素很多，除了緩(huan)(huan)蝕劑(ji)的(de)組(zu)分、結構、介質性質、金屬的(de)種類(lei)和表面狀態諸因(yin)素外，還與緩(huan)(huan)蝕劑(ji)的(de)用(yong)量、使用(yong)溫度(du)和介質的(de)運動速度(du)等因(yin)素有關。
1. 用(yong)量(liang)的影(ying)響
緩(huan)蝕劑用量（濃度）對金屬腐蝕速率的影響大致有三種情況：
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(de)(de)濃度與(yu)金屬(shu)腐蝕速率的(de)(de)關(guan)系(xi)有極限(xian)值。這(zhe)類緩蝕劑當濃度增加到一(yi)定程度后(hou)，如再(zai)繼續增加緩蝕劑濃度，金屬(shu)的(de)(de)腐蝕速率不(bu)僅不(bu)下(xia)降，反(fan)而會升(sheng)高。
③. 緩蝕(shi)劑(ji)用量(liang)不(bu)足會加(jia)速金屬腐(fu)(fu)蝕(shi)。例如(ru)，為(wei)減緩淡水和鹽(yan)水腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)常用的緩蝕(shi)劑(ji)亞硝(xiao)酸(suan)鈉(na)就屬于(yu)這類緩蝕(shi)劑(ji)，在(zai)鹽(yan)水中(zhong)亞硝(xiao)酸(suan)鈉(na)添加(jia)量(liang)不(bu)足時，碳鋼的腐(fu)(fu)蝕(shi)速率不(bu)僅加(jia)大，而且還會發生明顯的點腐(fu)(fu)蝕(shi)。因此，對于(yu)這類緩蝕(shi)劑(ji)添加(jia)量(liang)太少就非常危險，必須十分注(zhu)意。大部分氧(yang)化(hua)劑(ji)也屬于(yu)這類緩蝕(shi)劑(ji)，如(ru)鉻(ge)酸(suan)鹽(yan)、重鉻(ge)酸(suan)鹽(yan)、過氧(yang)化(hua)氫以(yi)及硅酸(suan)鈉(na)等(deng)。
2. 溫度(du)的影響(xiang)
金(jin)屬腐(fu)蝕(shi)一般隨(sui)著溫(wen)(wen)(wen)度(du)升(sheng)高(gao)而加快，尤其(qi)是(shi)在腐(fu)蝕(shi)過(guo)程有(you)氫(qing)析出(chu)的(de)(de)介(jie)質中，如鋼在酸性介(jie)質中就(jiu)是(shi)如此(ci)。如果腐(fu)蝕(shi)過(guo)程有(you)氧參與陰極反應（即氧去極化），則(ze)由于溫(wen)(wen)(wen)度(du)升(sheng)高(gao)時(shi)氧的(de)(de)溶解度(du)降低，腐(fu)蝕(shi)速率與溫(wen)(wen)(wen)度(du)的(de)(de)關系就(jiu)比較復雜。有(you)可能溫(wen)(wen)(wen)度(du)高(gao)時(shi)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)速率比溫(wen)(wen)(wen)度(du)低時(shi)還小，加入緩(huan)蝕(shi)劑的(de)(de)情況也是(shi)同樣的(de)(de)情形(xing)。
①. 溫度(du)升(sheng)高，緩蝕(shi)(shi)率降低。大多(duo)數有機緩蝕(shi)(shi)劑(ji)及(ji)許多(duo)無機緩蝕(shi)(shi)劑(ji)都屬于這種類(lei)型(xing)。
②. 在(zai)一定的(de)(de)溫度(du)(du)(du)范圍內緩蝕(shi)率不(bu)(bu)隨溫度(du)(du)(du)升(sheng)高而改變(bian)。例如苯(ben)甲(jia)酸鈉(na)在(zai)20～80℃溫度(du)(du)(du)范圍內，對(dui)碳鋼在(zai)水溶液中(zhong)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)抑制(zhi)作(zuo)用幾乎不(bu)(bu)隨溫度(du)(du)(du)變(bian)化而改變(bian)，但在(zai)沸騰的(de)(de)水中(zhong)，苯(ben)甲(jia)酸鈉(na)則不(bu)(bu)能抑制(zhi)鋼的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)。
③. 溫(wen)度(du)增高(gao)，緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)率(lv)(lv)也增高(gao)。有些緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)作用特別強的緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)劑，不僅(jin)能使腐蝕(shi)(shi)(shi)速率(lv)(lv)減小，而(er)且(qie)可以使腐蝕(shi)(shi)(shi)反應速率(lv)(lv)隨溫(wen)度(du)升高(gao)而(er)增加的變(bian)化(hua)率(lv)(lv)（即溫(wen)度(du)系數）減小，從而(er)進一步提高(gao)了緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)率(lv)(lv)。屬于這類緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)劑的有：鹽酸溶液中的7701、7801、含氮(dan)堿和某(mou)些生物堿等。
3. 介質流動(dong)速率對緩蝕作用(yong)的影響(xiang)
介(jie)質流動速(su)率(lv)對緩(huan)蝕劑緩(huan)蝕作用的影(ying)(ying)響并不亞于溫度、壓力、介(jie)質的組成及其(qi)他(ta)因素(su)的影(ying)(ying)響，這種影(ying)(ying)響大致有(you)三種情況：
①. 流(liu)速(su)(su)加快，緩蝕率降低。在大多數(shu)情況(kuang)下，提高介(jie)質(zhi)的(de)流(liu)動速(su)(su)率或對介(jie)質(zhi)進行攪拌都會造成緩蝕效(xiao)率的(de)降低。但有時(shi)由于流(liu)速(su)(su)增大反而(er)會加快腐蝕。
②. 流速增加，緩(huan)蝕率(lv)提(ti)高(gao)。當緩(huan)蝕劑由(you)于(yu)在介質(zhi)中(zhong)不能(neng)均勻分布而影(ying)響保護(hu)效果時，增加介質(zhi)流動速率(lv)，有利于(yu)緩(huan)蝕劑均勻地擴散(san)到(dao)金屬表(biao)面(mian)形成面(mian)膜，而使(shi)緩(huan)蝕效率(lv)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。
