一、緩(huan)蝕劑(ji)概述
在腐(fu)蝕性介質中，加入少量的(de)一種(zhong)(zhong)(zhong)或幾(ji)種(zhong)(zhong)(zhong)物質，能(neng)使金(jin)(jin)屬的(de)腐(fu)蝕速(su)率大(da)大(da)降低，這種(zhong)(zhong)(zhong)物質或復合物質就(jiu)稱為緩(huan)蝕劑。這種(zhong)(zhong)(zhong)保(bao)護(hu)金(jin)(jin)屬的(de)方(fang)法通(tong)稱為緩(huan)蝕劑保(bao)護(hu)技(ji)術。
對于(yu)金屬(shu)管道來說，緩(huan)蝕劑保(bao)(bao)護技術屬(shu)工(gong)(gong)藝(yi)性防腐(fu)方(fang)法，緩(huan)蝕利的(de)(de)添加是通過工(gong)(gong)藝(yi)操作來實現的(de)(de)。緩(huan)蝕劑的(de)(de)防腐(fu)機(ji)理一般認為(wei)是在金屬(shu)表面上(shang)生成了連續的(de)(de)起隔離作用的(de)(de)吸附層保(bao)(bao)護膜，從而降低金屬(shu)的(de)(de)腐(fu)蝕速率。工(gong)(gong)業上(shang)采(cai)用緩(huan)蝕劑保(bao)(bao)護金屬(shu)管道的(de)(de)事例有：石(shi)油(you)(you)和天然(ran)氣(qi)（特(te)別是高含硫的(de)(de)）的(de)(de)采(cai)集、輸(shu)送系統(tong)(tong)；煉油(you)(you)裝置(zhi)的(de)(de)常減壓系統(tong)(tong)；乙烯裂解裝置(zhi)的(de)(de)工(gong)(gong)藝(yi)水(shui)系統(tong)(tong)；合(he)成氨苯菲爾法脫(tuo)碳系統(tong)(tong)；工(gong)(gong)業冷(leng)卻(que)水(shui)系統(tong)(tong)等。
二、緩蝕劑分(fen)類
1. 通常緩蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)有多種分(fen)類方(fang)法，按緩蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)的化學組成分(fen)類可分(fen)為無機緩蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)和有機緩蝕(shi)(shi)劑(ji)(ji)。見(jian)圖8.2.1。
2. 按緩蝕(shi)劑對電極過程(cheng)的影響(xiang)分(fen)類。金屬和(he)電解質溶液(ye)接(jie)(jie)觸時，會(hui)發(fa)生電化學腐(fu)蝕(shi)。在此過程(cheng)中鐵(tie)以鐵(tie)離子(zi)形(xing)式(shi)進入溶液(ye)，鐵(tie)受(shou)(shou)到了(le)腐(fu)蝕(shi)，而(er)溶液(ye)中的氫(qing)離子(zi)則(ze)在電極表面(mian)的某些區域接(jie)(jie)受(shou)(shou)電子(zi)，成為氫(qing)分(fen)子(zi)逸出。這兩個(ge)過程(cheng)是共軛過程(cheng)，如果由于在介質中添加了(le)緩蝕(shi)劑，使其中的一個(ge)過程(cheng)或兩個(ge)過程(cheng)受(shou)(shou)到阻滯，腐(fu)蝕(shi)速度就會(hui)減緩。
3. 根據緩蝕(shi)(shi)劑(ji)對腐蝕(shi)(shi)電化(hua)學過程(cheng)的抑制(zhi)作用可將緩蝕(shi)(shi)劑(ji)分為(wei)以(yi)下(xia)三類(lei)。
①. 陽極型緩蝕劑
這類緩(huan)蝕劑(ji)(ji)又稱陽極(ji)抑(yi)(yi)制型緩(huan)蝕劑(ji)(ji)。例如(ru)：鉻酸(suan)鹽(yan)(yan)、硝酸(suan)鹽(yan)(yan)、正磷酸(suan)鹽(yan)(yan)、硅酸(suan)鹽(yan)(yan)、苯甲酸(suan)鹽(yan)(yan)等。這類緩(huan)蝕劑(ji)(ji)，有的(de)能阻止(zhi)金屬表面(mian)陽極(ji)部分的(de)離子進入溶液(ye)，有的(de)則是因能形成保護(hu)膜(mo)（鈍化(hua)(hua)膜(mo)）從而(er)起到緩(huan)蝕作(zuo)用(yong)。應注(zhu)意的(de)是上述緩(huan)蝕劑(ji)(ji)中苯甲酸(suan)鹽(yan)(yan)系非氧(yang)化(hua)(hua)型的(de)，它(ta)只有在(zai)介質中存在(zai)溶解氧(yang)的(de)情況下，才能起到抑(yi)(yi)制腐蝕作(zuo)用(yong)。
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. 混合型緩蝕劑
它又稱(cheng)混(hun)合抑(yi)制(zhi)型緩蝕劑，這(zhe)類(lei)緩蝕劑主要是一(yi)些有機化合物(wu)(wu)，如含(han)氮、含(han)硫及(ji)既含(han)氮又含(han)硫的有機化合物(wu)(wu)、瓊脂、生物(wu)(wu)堿等。
4. 按(an)緩(huan)蝕劑(ji)在金屬表面形(xing)成(cheng)保護膜的特征分類(lei)，一般可將緩(huan)蝕劑(ji)分為如下(xia)三(san)類(lei)：
①. 氧(yang)化(hua)膜(mo)型(xing)緩蝕(shi)劑(ji)
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(dian)膜型緩蝕劑
這(zhe)類緩(huan)蝕劑(ji)如(ru)六(liu)偏磷(lin)(lin)酸鈉、硫(liu)酸鋅、聚磷(lin)(lin)酸鈉等，它(ta)們能與介質中的有關離子反應，并在金屬表面上(shang)的陰極(ji)區形成抑制腐蝕的沉淀(dian)膜(mo)，這(zhe)種(zhong)沉淀(dian)膜(mo)一般要比(bi)氧化膜(mo)厚（約(yue)為幾(ji)十到100nm），但其致(zhi)密性和(he)附著力則(ze)比(bi)氧化膜(mo)差(cha)得多。因此，它(ta)們的保護效果比(bi)氧化膜(mo)型(xing)緩(huan)蝕劑(ji)差(cha)一些。
③. 吸附膜(mo)型緩(huan)蝕劑
這類緩蝕劑一(yi)般(ban)都是有機化(hua)(hua)合物，它(ta)們能吸(xi)(xi)附(fu)(fu)在(zai)金(jin)(jin)屬(shu)表面，使介質不(bu)易(yi)與金(jin)(jin)屬(shu)接觸而減緩了腐蝕。根據(ju)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)形式不(bu)同，它(ta)又可分為物理吸(xi)(xi)附(fu)(fu)和化(hua)(hua)學(xue)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)兩類。
5. 按緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)使用范圍分(fen)類，可將緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)分(fen)為酸(suan)洗(xi)緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、冷凍水緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、油(you)氣井酸(suan)化緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、石油(you)化工(gong)工(gong)藝緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、油(you)田(tian)注水緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、鍋(guo)爐(lu)用水緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)、循環(huan)冷卻用水緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)等。
三(san)、影響緩蝕作用的(de)因素
影響緩蝕(shi)劑緩蝕(shi)效果(guo)的(de)因(yin)素(su)很多，除了(le)緩蝕(shi)劑的(de)組(zu)分、結構、介質性質、金(jin)屬的(de)種(zhong)類和表面(mian)狀態諸因(yin)素(su)外，還與(yu)緩蝕(shi)劑的(de)用(yong)量、使用(yong)溫度和介質的(de)運動速度等因(yin)素(su)有關。
1. 用量的影響
緩蝕(shi)劑用量(liang)（濃度）對(dui)金屬(shu)腐(fu)蝕(shi)速率(lv)的影響大(da)致有(you)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)(huan)蝕劑的(de)濃(nong)度(du)與金屬(shu)腐(fu)蝕速率的(de)關系有極(ji)限值。這類緩(huan)(huan)蝕劑當濃(nong)度(du)增(zeng)加到(dao)一定程度(du)后(hou)，如再繼續增(zeng)加緩(huan)(huan)蝕劑濃(nong)度(du)，金屬(shu)的(de)腐(fu)蝕速率不(bu)僅不(bu)下降，反而會(hui)升高。
③. 緩(huan)蝕劑(ji)用(yong)量(liang)不(bu)足會(hui)加(jia)速金屬(shu)腐蝕。例如(ru)，為減緩(huan)淡水(shui)(shui)和鹽水(shui)(shui)腐蝕性(xing)常(chang)用(yong)的緩(huan)蝕劑(ji)亞硝酸鈉就屬(shu)于(yu)這類(lei)緩(huan)蝕劑(ji)，在鹽水(shui)(shui)中亞硝酸鈉添加(jia)量(liang)不(bu)足時，碳鋼的腐蝕速率不(bu)僅加(jia)大，而且還會(hui)發生明顯的點腐蝕。因此，對于(yu)這類(lei)緩(huan)蝕劑(ji)添加(jia)量(liang)太少就非常(chang)危險(xian)，必(bi)須(xu)十(shi)分(fen)注意。大部分(fen)氧(yang)化劑(ji)也(ye)屬(shu)于(yu)這類(lei)緩(huan)蝕劑(ji)，如(ru)鉻酸鹽、重(zhong)鉻酸鹽、過氧(yang)化氫以(yi)及硅酸鈉等。
2. 溫度的影(ying)響
金屬腐蝕(shi)一(yi)般(ban)隨著溫(wen)度(du)(du)(du)升(sheng)高而加(jia)快，尤其是在腐蝕(shi)過程有氫析出的(de)(de)(de)介質(zhi)中，如鋼在酸性介質(zhi)中就是如此(ci)。如果腐蝕(shi)過程有氧參與陰(yin)極反應（即氧去極化），則由于溫(wen)度(du)(du)(du)升(sheng)高時氧的(de)(de)(de)溶解度(du)(du)(du)降(jiang)低，腐蝕(shi)速率與溫(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)關系(xi)就比(bi)較(jiao)復(fu)雜。有可(ke)能(neng)溫(wen)度(du)(du)(du)高時的(de)(de)(de)腐蝕(shi)速率比(bi)溫(wen)度(du)(du)(du)低時還(huan)小(xiao)，加(jia)入緩蝕(shi)劑的(de)(de)(de)情(qing)況也(ye)是同樣的(de)(de)(de)情(qing)形。
①. 溫度升高，緩(huan)蝕(shi)率降低。大多數有(you)機緩(huan)蝕(shi)劑及許(xu)多無機緩(huan)蝕(shi)劑都(dou)屬于這種類(lei)型。
②. 在一定的(de)溫度(du)范(fan)圍內緩蝕(shi)率不(bu)(bu)(bu)隨溫度(du)升高(gao)而(er)(er)改變。例如苯甲(jia)(jia)酸(suan)鈉(na)在20～80℃溫度(du)范(fan)圍內，對(dui)碳鋼在水溶液中(zhong)的(de)腐蝕(shi)抑制(zhi)作用幾(ji)乎不(bu)(bu)(bu)隨溫度(du)變化而(er)(er)改變，但在沸(fei)騰的(de)水中(zhong)，苯甲(jia)(jia)酸(suan)鈉(na)則不(bu)(bu)(bu)能抑制(zhi)鋼的(de)腐蝕(shi)。
③. 溫(wen)度增(zeng)高，緩(huan)(huan)蝕率(lv)也(ye)增(zeng)高。有些緩(huan)(huan)蝕作(zuo)用特(te)別強(qiang)的緩(huan)(huan)蝕劑(ji)，不僅能使腐(fu)蝕速率(lv)減(jian)小，而且可以使腐(fu)蝕反應速率(lv)隨(sui)溫(wen)度升高而增(zeng)加的變化率(lv)（即(ji)溫(wen)度系數）減(jian)小，從而進一步提高了緩(huan)(huan)蝕率(lv)。屬于(yu)這類緩(huan)(huan)蝕劑(ji)的有：鹽酸(suan)溶液中的7701、7801、含氮堿和(he)某(mou)些生物(wu)堿等。
3. 介質流(liu)動速率對緩蝕作用的(de)影響
介質(zhi)流動速率對緩蝕劑緩蝕作用的影(ying)響(xiang)(xiang)并不(bu)亞于(yu)溫度、壓力、介質(zhi)的組成及其他因(yin)素(su)的影(ying)響(xiang)(xiang)，這種影(ying)響(xiang)(xiang)大致有三種情況：
①. 流(liu)(liu)速加快(kuai)，緩(huan)蝕率降(jiang)低。在大多(duo)數(shu)情況(kuang)下，提(ti)高介質的流(liu)(liu)動速率或對(dui)介質進(jin)行攪拌(ban)都(dou)會(hui)造成(cheng)緩(huan)蝕效率的降(jiang)低。但有時(shi)由于流(liu)(liu)速增大反(fan)而(er)會(hui)加快(kuai)腐蝕。
②. 流速增加，緩蝕(shi)(shi)(shi)率(lv)提高。當緩蝕(shi)(shi)(shi)劑(ji)由于在介質(zhi)中(zhong)不(bu)能均勻分(fen)布而影響保(bao)護效果時，增加介質(zhi)流動速率(lv)，有(you)利于緩蝕(shi)(shi)(shi)劑(ji)均勻地(di)擴散到(dao)金屬(shu)表面形成面膜，而使緩蝕(shi)(shi)(shi)效率(lv)提高。
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。
