一、緩蝕(shi)劑概述

  在腐蝕(shi)(shi)性(xing)介質中，加入少量的(de)一種(zhong)或幾種(zhong)物質，能(neng)使金屬的(de)腐蝕(shi)(shi)速率大大降低，這(zhe)種(zhong)物質或復(fu)合物質就稱為(wei)(wei)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)。這(zhe)種(zhong)保(bao)護金屬的(de)方(fang)法(fa)通稱為(wei)(wei)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)保(bao)護技術。

  對于(yu)金屬管道來說，緩(huan)蝕(shi)(shi)劑保護(hu)技術屬工(gong)(gong)藝性防(fang)腐(fu)方法(fa)，緩(huan)蝕(shi)(shi)利的(de)(de)(de)(de)添(tian)加是通過工(gong)(gong)藝操作來實(shi)現的(de)(de)(de)(de)。緩(huan)蝕(shi)(shi)劑的(de)(de)(de)(de)防(fang)腐(fu)機理一般認(ren)為是在金屬表面上(shang)生成了連(lian)續的(de)(de)(de)(de)起(qi)隔離作用的(de)(de)(de)(de)吸(xi)附層(ceng)保護(hu)膜，從(cong)而降低金屬的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)速率。工(gong)(gong)業上(shang)采用緩(huan)蝕(shi)(shi)劑保護(hu)金屬管道的(de)(de)(de)(de)事例(li)有：石油和天然氣（特(te)別是高含硫(liu)的(de)(de)(de)(de)）的(de)(de)(de)(de)采集(ji)、輸送系(xi)(xi)(xi)統(tong)；煉油裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)(de)(de)常減壓系(xi)(xi)(xi)統(tong)；乙烯裂解裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)藝水系(xi)(xi)(xi)統(tong)；合成氨(an)苯菲爾法(fa)脫(tuo)碳系(xi)(xi)(xi)統(tong)；工(gong)(gong)業冷(leng)卻水系(xi)(xi)(xi)統(tong)等。

二、緩蝕(shi)劑(ji)分類(lei)

  1. 通常緩(huan)蝕(shi)(shi)劑有(you)(you)多種分(fen)類(lei)方法，按緩(huan)蝕(shi)(shi)劑的化學(xue)組成分(fen)類(lei)可(ke)分(fen)為(wei)無機(ji)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑和有(you)(you)機(ji)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑。見(jian)圖(tu)8.2.1。

  2. 按緩(huan)(huan)蝕劑對電極過程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的影響分類。金(jin)屬和電解(jie)質溶液(ye)(ye)接觸時(shi)，會發生電化學腐(fu)蝕。在此過程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)鐵(tie)以鐵(tie)離子形式進入(ru)溶液(ye)(ye)，鐵(tie)受到(dao)了腐(fu)蝕，而溶液(ye)(ye)中(zhong)的氫(qing)離子則在電極表面(mian)的某些區域接受電子，成為氫(qing)分子逸出。這(zhe)兩(liang)(liang)個(ge)過程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)是共軛過程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，如果由于在介(jie)質中(zhong)添加了緩(huan)(huan)蝕劑，使(shi)其中(zhong)的一個(ge)過程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)或兩(liang)(liang)個(ge)過程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)受到(dao)阻滯，腐(fu)蝕速度(du)就會減緩(huan)(huan)。

  3. 根(gen)據緩蝕(shi)劑對腐(fu)蝕(shi)電化學(xue)過(guo)程的抑制作用可將緩蝕(shi)劑分(fen)為以下(xia)三類(lei)。

    ①. 陽極型(xing)緩(huan)蝕劑

     這類緩蝕(shi)(shi)(shi)(shi)劑(ji)又稱(cheng)陽(yang)極抑制型(xing)緩蝕(shi)(shi)(shi)(shi)劑(ji)。例(li)如：鉻(ge)酸鹽(yan)、硝酸鹽(yan)、正磷酸鹽(yan)、硅(gui)酸鹽(yan)、苯甲酸鹽(yan)等(deng)。這類緩蝕(shi)(shi)(shi)(shi)劑(ji)，有(you)的(de)(de)能(neng)阻(zu)止(zhi)金屬表(biao)面(mian)陽(yang)極部(bu)分的(de)(de)離子進入溶液，有(you)的(de)(de)則是因能(neng)形(xing)成保護膜(mo)（鈍化膜(mo)）從而起到(dao)緩蝕(shi)(shi)(shi)(shi)作用。應注意的(de)(de)是上述(shu)緩蝕(shi)(shi)(shi)(shi)劑(ji)中(zhong)苯甲酸鹽(yan)系非(fei)氧化型(xing)的(de)(de)，它只有(you)在(zai)介質(zhi)中(zhong)存在(zai)溶解氧的(de)(de)情(qing)況(kuang)下，才(cai)能(neng)起到(dao)抑制腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)作用。

    ②. 陰(yin)極型(xing)緩(huan)蝕劑(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(huan)蝕劑

     它又稱混合抑制型緩(huan)蝕(shi)劑，這類(lei)緩(huan)蝕(shi)劑主要(yao)是(shi)一些有機(ji)化合物，如含(han)氮、含(han)硫及既(ji)含(han)氮又含(han)硫的有機(ji)化合物、瓊脂、生物堿(jian)等。

  4. 按緩(huan)蝕(shi)(shi)劑在金(jin)屬(shu)表面形成保護膜的特征(zheng)分類，一般可將緩(huan)蝕(shi)(shi)劑分為如下三類：

    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. 沉淀膜型緩蝕劑

     這(zhe)類緩(huan)蝕(shi)劑如(ru)六偏磷酸鈉、硫(liu)酸鋅、聚磷酸鈉等，它們(men)能(neng)與介質中的有關離(li)子反應，并(bing)在金屬表面上的陰極區形成抑制腐(fu)蝕(shi)的沉(chen)淀膜，這(zhe)種(zhong)沉(chen)淀膜一(yi)般要比(bi)氧化膜厚（約為幾(ji)十到100nm），但其致密性(xing)和附著力則比(bi)氧化膜差(cha)得(de)多。因此，它們(men)的保(bao)護效果比(bi)氧化膜型緩(huan)蝕(shi)劑差(cha)一(yi)些。

    ③. 吸(xi)附膜(mo)型(xing)緩蝕劑

     這類緩蝕(shi)劑一般都(dou)是有機化合物(wu)，它(ta)們能吸附在金(jin)屬表面，使介質不(bu)易與金(jin)屬接觸(chu)而(er)減緩了腐(fu)蝕(shi)。根據吸附形(xing)式不(bu)同，它(ta)又可分為物(wu)理吸附和化學(xue)吸附兩類。

5. 按緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)使(shi)用范圍分類，可將緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)分為酸(suan)洗緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、冷凍水(shui)緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、油(you)(you)氣井酸(suan)化緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、石(shi)油(you)(you)化工工藝緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、油(you)(you)田(tian)注水(shui)緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、鍋爐用水(shui)緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、循環冷卻用水(shui)緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)等。

三(san)、影響緩蝕作用的因素

  影響(xiang)緩蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)緩蝕(shi)(shi)效果的(de)因(yin)素(su)很多，除了緩蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)的(de)組(zu)分(fen)、結(jie)構、介質性質、金屬的(de)種類(lei)和表面狀態諸因(yin)素(su)外，還與(yu)緩蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)的(de)用(yong)量、使用(yong)溫度(du)和介質的(de)運動速(su)度(du)等因(yin)素(su)有關。

 1. 用量(liang)的影(ying)響

  緩蝕劑(ji)用量(liang)（濃(nong)度(du)）對金屬(shu)腐蝕速率的影響大致有三(san)種(zhong)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(shi)(shi)劑(ji)的(de)(de)濃(nong)度與(yu)金屬腐蝕(shi)(shi)速率的(de)(de)關(guan)系有極限值。這類緩蝕(shi)(shi)劑(ji)當濃(nong)度增(zeng)加(jia)到一(yi)定程度后，如再繼續增(zeng)加(jia)緩蝕(shi)(shi)劑(ji)濃(nong)度，金屬的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)速率不僅不下降(jiang)，反而會升高。

   ③. 緩蝕(shi)(shi)劑用量不足會加速金屬腐蝕(shi)(shi)。例如(ru)，為減緩淡水(shui)和鹽(yan)水(shui)腐蝕(shi)(shi)性常用的(de)緩蝕(shi)(shi)劑亞(ya)硝酸(suan)(suan)鈉(na)(na)就(jiu)屬于(yu)這類緩蝕(shi)(shi)劑，在(zai)鹽(yan)水(shui)中(zhong)亞(ya)硝酸(suan)(suan)鈉(na)(na)添加量不足時(shi)，碳鋼(gang)的(de)腐蝕(shi)(shi)速率不僅加大，而且還會發(fa)生(sheng)明顯的(de)點腐蝕(shi)(shi)。因此，對于(yu)這類緩蝕(shi)(shi)劑添加量太(tai)少(shao)就(jiu)非(fei)常危險，必須十分(fen)(fen)注意。大部分(fen)(fen)氧(yang)化劑也屬于(yu)這類緩蝕(shi)(shi)劑，如(ru)鉻酸(suan)(suan)鹽(yan)、重鉻酸(suan)(suan)鹽(yan)、過(guo)氧(yang)化氫以及硅酸(suan)(suan)鈉(na)(na)等。

 2. 溫度(du)的影響

   金(jin)屬腐(fu)蝕一般隨著(zhu)溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)而(er)加快，尤其(qi)是(shi)在(zai)腐(fu)蝕過程有氫析出的介(jie)質中，如(ru)鋼在(zai)酸(suan)性介(jie)質中就是(shi)如(ru)此(ci)。如(ru)果腐(fu)蝕過程有氧參與(yu)陰極反應（即氧去(qu)極化），則由于溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)時(shi)(shi)氧的溶解度(du)降低，腐(fu)蝕速率(lv)與(yu)溫(wen)度(du)的關(guan)系就比較復(fu)雜(za)。有可能溫(wen)度(du)高(gao)時(shi)(shi)的腐(fu)蝕速率(lv)比溫(wen)度(du)低時(shi)(shi)還小，加入緩(huan)蝕劑(ji)的情況也是(shi)同樣的情形(xing)。

   ①. 溫度(du)升(sheng)高，緩(huan)蝕(shi)率降(jiang)低。大多數(shu)有機(ji)緩(huan)蝕(shi)劑(ji)及(ji)許(xu)多無機(ji)緩(huan)蝕(shi)劑(ji)都屬于這種類型。

   ②. 在(zai)(zai)一定的(de)(de)溫(wen)度(du)范(fan)圍(wei)(wei)內緩蝕率不隨(sui)溫(wen)度(du)升(sheng)高而改變。例如苯(ben)甲(jia)酸(suan)鈉在(zai)(zai)20～80℃溫(wen)度(du)范(fan)圍(wei)(wei)內，對碳鋼在(zai)(zai)水溶液(ye)中的(de)(de)腐蝕抑(yi)(yi)制作(zuo)用幾乎不隨(sui)溫(wen)度(du)變化而改變，但在(zai)(zai)沸(fei)騰的(de)(de)水中，苯(ben)甲(jia)酸(suan)鈉則不能抑(yi)(yi)制鋼的(de)(de)腐蝕。

   ③. 溫(wen)度增高(gao)，緩蝕(shi)(shi)率(lv)也增高(gao)。有些(xie)緩蝕(shi)(shi)作用特別強的(de)緩蝕(shi)(shi)劑(ji)，不僅能使(shi)腐(fu)蝕(shi)(shi)速率(lv)減小(xiao)，而且可(ke)以使(shi)腐(fu)蝕(shi)(shi)反應速率(lv)隨溫(wen)度升高(gao)而增加的(de)變(bian)化率(lv)（即溫(wen)度系數）減小(xiao)，從而進一步提高(gao)了緩蝕(shi)(shi)率(lv)。屬(shu)于這類緩蝕(shi)(shi)劑(ji)的(de)有：鹽酸(suan)溶液中的(de)7701、7801、含氮堿(jian)和(he)某些(xie)生物堿(jian)等。

  3. 介質流動速率對緩(huan)蝕作(zuo)用(yong)的影(ying)響

   介質流動速率對緩(huan)蝕(shi)劑緩(huan)蝕(shi)作用的(de)影響并不亞于溫度、壓力、介質的(de)組成及其他因素的(de)影響，這(zhe)種(zhong)影響大致有三種(zhong)情況(kuang)：

   ①. 流(liu)速(su)加(jia)快，緩蝕率降(jiang)低。在大多數情(qing)況下，提高介質的(de)流(liu)動速(su)率或(huo)對(dui)介質進行攪(jiao)拌都會造成緩蝕效率的(de)降(jiang)低。但有(you)時由于流(liu)速(su)增(zeng)大反而會加(jia)快腐(fu)蝕。

   ②. 流(liu)速增加(jia)，緩(huan)蝕(shi)率提高(gao)。當緩(huan)蝕(shi)劑由于(yu)在介質中不能均勻分布而(er)影響(xiang)保(bao)護效(xiao)果時，增加(jia)介質流(liu)動速率，有利(li)于(yu)緩(huan)蝕(shi)劑均勻地擴(kuo)散到(dao)金屬表面形成面膜(mo)，而(er)使緩(huan)蝕(shi)效(xiao)率提高(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。