一、緩蝕劑概述
在腐(fu)蝕性(xing)介質(zhi)中，加(jia)入少量的(de)一(yi)種(zhong)或幾(ji)種(zhong)物質(zhi)，能(neng)使金(jin)屬的(de)腐(fu)蝕速率大(da)大(da)降低，這(zhe)種(zhong)物質(zhi)或復(fu)合(he)物質(zhi)就稱(cheng)為緩蝕劑。這(zhe)種(zhong)保護(hu)金(jin)屬的(de)方(fang)法通稱(cheng)為緩蝕劑保護(hu)技術。
對于(yu)金(jin)屬(shu)(shu)管道來說，緩蝕(shi)(shi)劑(ji)保護(hu)技(ji)術屬(shu)(shu)工藝性(xing)防腐方法，緩蝕(shi)(shi)利的(de)(de)添加是(shi)通過工藝操作來實現的(de)(de)。緩蝕(shi)(shi)劑(ji)的(de)(de)防腐機理(li)一般(ban)認為是(shi)在金(jin)屬(shu)(shu)表(biao)面上(shang)生成了連(lian)續的(de)(de)起(qi)隔離(li)作用的(de)(de)吸附層保護(hu)膜，從而降低金(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)速率(lv)。工業上(shang)采(cai)用緩蝕(shi)(shi)劑(ji)保護(hu)金(jin)屬(shu)(shu)管道的(de)(de)事(shi)例有：石油(you)和(he)天(tian)然氣（特別是(shi)高(gao)含硫的(de)(de)）的(de)(de)采(cai)集、輸送系(xi)統(tong)；煉(lian)油(you)裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)常減壓(ya)系(xi)統(tong)；乙烯裂解(jie)裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)工藝水(shui)系(xi)統(tong)；合(he)成氨(an)苯菲爾法脫(tuo)碳系(xi)統(tong)；工業冷卻水(shui)系(xi)統(tong)等。
二、緩(huan)蝕劑分類(lei)
1. 通常緩蝕劑(ji)有(you)多(duo)種分類(lei)方法，按緩蝕劑(ji)的化學組成分類(lei)可分為(wei)無機緩蝕劑(ji)和有(you)機緩蝕劑(ji)。見圖8.2.1。
2. 按緩蝕(shi)(shi)劑(ji)對電(dian)極過程(cheng)的(de)(de)影響分類。金屬和電(dian)解質溶液接(jie)觸時，會(hui)發生電(dian)化學(xue)腐(fu)蝕(shi)(shi)。在此過程(cheng)中鐵以(yi)鐵離(li)子(zi)形式進入(ru)溶液，鐵受到了(le)腐(fu)蝕(shi)(shi)，而(er)溶液中的(de)(de)氫離(li)子(zi)則在電(dian)極表面的(de)(de)某些區域接(jie)受電(dian)子(zi)，成為氫分子(zi)逸出(chu)。這兩個(ge)(ge)過程(cheng)是共(gong)軛(e)過程(cheng)，如果由(you)于在介質中添加(jia)了(le)緩蝕(shi)(shi)劑(ji)，使其中的(de)(de)一個(ge)(ge)過程(cheng)或兩個(ge)(ge)過程(cheng)受到阻滯，腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)度就會(hui)減緩。
3. 根(gen)據緩蝕劑(ji)對(dui)腐(fu)蝕電化(hua)學過程的抑制作用可將緩蝕劑(ji)分為以下三類。
①. 陽極型緩蝕(shi)劑
這(zhe)類緩(huan)(huan)蝕(shi)劑又(you)稱陽(yang)極(ji)抑(yi)制(zhi)型緩(huan)(huan)蝕(shi)劑。例如(ru)：鉻酸鹽(yan)、硝酸鹽(yan)、正磷(lin)酸鹽(yan)、硅酸鹽(yan)、苯(ben)(ben)甲(jia)酸鹽(yan)等。這(zhe)類緩(huan)(huan)蝕(shi)劑，有(you)的(de)(de)(de)能阻止金屬表面(mian)陽(yang)極(ji)部分(fen)的(de)(de)(de)離子(zi)進入溶液，有(you)的(de)(de)(de)則是(shi)因能形成保護膜（鈍化(hua)膜）從而起到(dao)緩(huan)(huan)蝕(shi)作用。應注意的(de)(de)(de)是(shi)上述緩(huan)(huan)蝕(shi)劑中(zhong)苯(ben)(ben)甲(jia)酸鹽(yan)系非氧(yang)化(hua)型的(de)(de)(de)，它只有(you)在介質(zhi)中(zhong)存(cun)在溶解(jie)氧(yang)的(de)(de)(de)情況(kuang)下，才能起到(dao)抑(yi)制(zhi)腐蝕(shi)作用。
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(he)型緩蝕(shi)劑
它又(you)(you)稱混合抑制型緩蝕劑，這類(lei)緩蝕劑主要是一些有機化合物(wu)，如含氮(dan)、含硫及既含氮(dan)又(you)(you)含硫的(de)有機化合物(wu)、瓊脂、生(sheng)物(wu)堿等。
4. 按緩蝕劑在(zai)金(jin)屬表面形成保護(hu)膜的特征分(fen)類，一般可將緩蝕劑分(fen)為如下(xia)三類：
①. 氧(yang)化膜型緩(huan)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(lei)緩(huan)蝕(shi)劑如六(liu)偏磷酸鈉、硫酸鋅、聚磷酸鈉等(deng)，它們能與介質中的(de)有關離子反應，并(bing)在金屬表面上的(de)陰(yin)極(ji)區形成(cheng)抑(yi)制(zhi)腐蝕(shi)的(de)沉淀膜，這(zhe)種沉淀膜一般要比(bi)氧化膜厚（約為幾十到100nm），但其致密性和附著力則(ze)比(bi)氧化膜差(cha)得多(duo)。因此，它們的(de)保護效果比(bi)氧化膜型緩(huan)蝕(shi)劑差(cha)一些。
③. 吸附膜型緩蝕劑
這(zhe)類緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)一般都是有機化合(he)物，它們能吸附(fu)(fu)在金屬表面，使介質不易與金屬接(jie)觸而減緩(huan)(huan)了腐蝕(shi)。根據吸附(fu)(fu)形(xing)式(shi)不同，它又可(ke)分為物理吸附(fu)(fu)和化學吸附(fu)(fu)兩類。
5. 按緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)使用(yong)(yong)范圍(wei)分(fen)類，可將(jiang)緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)分(fen)為(wei)酸洗緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、冷(leng)凍水緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、油氣(qi)井酸化緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、石(shi)油化工(gong)工(gong)藝(yi)緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、油田注水緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、鍋爐(lu)用(yong)(yong)水緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、循環冷(leng)卻用(yong)(yong)水緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)等。
三(san)、影響緩蝕(shi)作用的因素
影響緩(huan)(huan)蝕劑(ji)緩(huan)(huan)蝕效果的因素很多，除了(le)緩(huan)(huan)蝕劑(ji)的組分、結(jie)構、介質性質、金屬的種類和(he)表面狀(zhuang)態諸因素外，還(huan)與緩(huan)(huan)蝕劑(ji)的用量、使(shi)用溫度(du)和(he)介質的運動(dong)速(su)度(du)等因素有關。
1. 用(yong)量(liang)的影響
緩蝕劑用量(liang)（濃度(du)）對金屬腐蝕速率(lv)的(de)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(huan)蝕(shi)劑的濃(nong)度與金(jin)屬(shu)(shu)腐蝕(shi)速率的關系有(you)極限(xian)值。這類(lei)緩(huan)蝕(shi)劑當濃(nong)度增(zeng)加到一定程度后，如再(zai)繼續(xu)增(zeng)加緩(huan)蝕(shi)劑濃(nong)度，金(jin)屬(shu)(shu)的腐蝕(shi)速率不僅不下降(jiang)，反而會升高(gao)。
③. 緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)用(yong)量不(bu)足(zu)會加(jia)速(su)金屬(shu)腐(fu)蝕(shi)(shi)。例如，為減緩(huan)淡水(shui)(shui)和鹽(yan)水(shui)(shui)腐(fu)蝕(shi)(shi)性常(chang)用(yong)的(de)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)亞硝酸(suan)鈉(na)就屬(shu)于(yu)這類緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)，在鹽(yan)水(shui)(shui)中亞硝酸(suan)鈉(na)添加(jia)量不(bu)足(zu)時，碳(tan)鋼(gang)的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)率不(bu)僅加(jia)大，而且(qie)還會發生明顯的(de)點腐(fu)蝕(shi)(shi)。因此，對于(yu)這類緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)添加(jia)量太(tai)少(shao)就非常(chang)危險，必須十分注意。大部分氧化劑(ji)(ji)也(ye)屬(shu)于(yu)這類緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)，如鉻(ge)酸(suan)鹽(yan)、重鉻(ge)酸(suan)鹽(yan)、過氧化氫以(yi)及硅酸(suan)鈉(na)等。
2. 溫度(du)的(de)影響(xiang)
金(jin)屬腐(fu)蝕(shi)一般隨(sui)著溫(wen)(wen)度升高(gao)而加快，尤其是(shi)在腐(fu)蝕(shi)過程(cheng)有(you)氫析出的(de)介(jie)質中，如(ru)(ru)鋼在酸性介(jie)質中就是(shi)如(ru)(ru)此。如(ru)(ru)果腐(fu)蝕(shi)過程(cheng)有(you)氧(yang)參與陰極反(fan)應（即氧(yang)去極化），則由于溫(wen)(wen)度升高(gao)時(shi)(shi)氧(yang)的(de)溶(rong)解度降低(di)，腐(fu)蝕(shi)速(su)率與溫(wen)(wen)度的(de)關系(xi)就比較復雜。有(you)可(ke)能(neng)溫(wen)(wen)度高(gao)時(shi)(shi)的(de)腐(fu)蝕(shi)速(su)率比溫(wen)(wen)度低(di)時(shi)(shi)還小，加入緩蝕(shi)劑的(de)情(qing)況也(ye)是(shi)同樣(yang)的(de)情(qing)形(xing)。
①. 溫度(du)升(sheng)高(gao)，緩蝕率降低。大(da)多數有機(ji)緩蝕劑及許多無機(ji)緩蝕劑都屬(shu)于(yu)這種(zhong)類型。
②. 在(zai)一定的(de)(de)溫(wen)度(du)范圍(wei)內緩蝕(shi)率不隨溫(wen)度(du)升高(gao)而(er)改(gai)變。例如(ru)苯甲酸(suan)鈉(na)在(zai)20～80℃溫(wen)度(du)范圍(wei)內，對碳鋼在(zai)水(shui)溶液中的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)抑制作用幾乎不隨溫(wen)度(du)變化而(er)改(gai)變，但(dan)在(zai)沸騰的(de)(de)水(shui)中，苯甲酸(suan)鈉(na)則不能(neng)抑制鋼的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)。
③. 溫(wen)度增高，緩(huan)蝕(shi)率(lv)(lv)也(ye)增高。有些(xie)緩(huan)蝕(shi)作用(yong)特別強的緩(huan)蝕(shi)劑(ji)，不僅能使腐蝕(shi)速(su)(su)率(lv)(lv)減小，而且可以(yi)使腐蝕(shi)反應速(su)(su)率(lv)(lv)隨溫(wen)度升高而增加的變(bian)化率(lv)(lv)（即溫(wen)度系數）減小，從而進一步提高了(le)緩(huan)蝕(shi)率(lv)(lv)。屬(shu)于(yu)這類(lei)緩(huan)蝕(shi)劑(ji)的有：鹽酸溶液中的7701、7801、含氮堿(jian)和某些(xie)生物堿(jian)等(deng)。
3. 介質流動(dong)速率(lv)對緩蝕作(zuo)用的(de)影響
介(jie)質(zhi)流動(dong)速率對緩(huan)蝕劑緩(huan)蝕作用(yong)的(de)影響(xiang)并不(bu)亞于(yu)溫度(du)、壓力、介(jie)質(zhi)的(de)組成及(ji)其他(ta)因素的(de)影響(xiang)，這種(zhong)影響(xiang)大致有三種(zhong)情況：
①. 流速(su)(su)加快(kuai)，緩蝕率(lv)(lv)降低。在大(da)(da)多數情(qing)況下(xia)，提高介(jie)質的(de)流動速(su)(su)率(lv)(lv)或對介(jie)質進(jin)行攪拌都會(hui)造成(cheng)緩蝕效率(lv)(lv)的(de)降低。但有時由于(yu)流速(su)(su)增大(da)(da)反而會(hui)加快(kuai)腐蝕。
②. 流(liu)速(su)增加，緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)率(lv)提高(gao)。當(dang)緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)劑由于(yu)在介(jie)質(zhi)中不能均勻分(fen)布而影響保護效(xiao)果(guo)時，增加介(jie)質(zhi)流(liu)動速(su)率(lv)，有利于(yu)緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)劑均勻地擴散到金屬(shu)表面形成面膜，而使緩(huan)(huan)蝕(shi)(shi)效(xiao)率(lv)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。
