一、緩蝕劑概述
在腐(fu)蝕(shi)(shi)性介(jie)質(zhi)(zhi)(zhi)中，加入少量的(de)一種(zhong)或(huo)幾種(zhong)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)，能使金屬的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)速率大(da)大(da)降(jiang)低，這種(zhong)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)或(huo)復合物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)就稱(cheng)為緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)。這種(zhong)保護金屬的(de)方法通稱(cheng)為緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)保護技術。
對于金(jin)(jin)屬(shu)(shu)管(guan)(guan)道(dao)來說(shuo)，緩(huan)蝕(shi)劑(ji)保(bao)護(hu)技術(shu)屬(shu)(shu)工藝性(xing)防腐方(fang)法，緩(huan)蝕(shi)利的(de)(de)(de)(de)添加是(shi)通過工藝操作來實(shi)現的(de)(de)(de)(de)。緩(huan)蝕(shi)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)防腐機(ji)理一(yi)般(ban)認為(wei)是(shi)在(zai)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)表(biao)面上生成了連(lian)續(xu)的(de)(de)(de)(de)起(qi)隔離作用(yong)的(de)(de)(de)(de)吸附層保(bao)護(hu)膜，從而(er)降低金(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)速率。工業(ye)上采(cai)用(yong)緩(huan)蝕(shi)劑(ji)保(bao)護(hu)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)管(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)(de)(de)事例有：石油和(he)天(tian)然(ran)氣（特別是(shi)高含硫的(de)(de)(de)(de)）的(de)(de)(de)(de)采(cai)集、輸送(song)系統(tong)(tong)(tong)(tong)；煉油裝(zhuang)置的(de)(de)(de)(de)常減壓系統(tong)(tong)(tong)(tong)；乙烯裂解裝(zhuang)置的(de)(de)(de)(de)工藝水系統(tong)(tong)(tong)(tong)；合成氨苯菲(fei)爾(er)法脫碳系統(tong)(tong)(tong)(tong)；工業(ye)冷(leng)卻(que)水系統(tong)(tong)(tong)(tong)等。
二、緩蝕劑分(fen)類
1. 通常緩蝕劑(ji)有多種分類方法，按緩蝕劑(ji)的化學組成分類可分為(wei)無機緩蝕劑(ji)和有機緩蝕劑(ji)。見圖(tu)8.2.1。
2. 按(an)緩(huan)蝕(shi)劑對電(dian)極(ji)(ji)過程(cheng)的影響分(fen)類。金屬和(he)電(dian)解質溶液接觸時，會發(fa)生電(dian)化學腐(fu)(fu)蝕(shi)。在此過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)鐵以鐵離(li)子(zi)形式(shi)進入溶液，鐵受到了(le)腐(fu)(fu)蝕(shi)，而溶液中(zhong)(zhong)(zhong)的氫(qing)離(li)子(zi)則在電(dian)極(ji)(ji)表面(mian)的某些(xie)區域(yu)接受電(dian)子(zi)，成為氫(qing)分(fen)子(zi)逸出。這(zhe)兩個過程(cheng)是(shi)共軛過程(cheng)，如果由(you)于在介質中(zhong)(zhong)(zhong)添加了(le)緩(huan)蝕(shi)劑，使其中(zhong)(zhong)(zhong)的一個過程(cheng)或(huo)兩個過程(cheng)受到阻滯，腐(fu)(fu)蝕(shi)速度(du)就會減緩(huan)。
3. 根據緩(huan)蝕(shi)劑對(dui)腐蝕(shi)電化(hua)學過程(cheng)的抑(yi)制作用可將(jiang)緩(huan)蝕(shi)劑分(fen)為(wei)以下三類。
①. 陽(yang)極(ji)型緩蝕劑
這(zhe)類緩(huan)(huan)蝕(shi)劑又稱陽極(ji)抑制(zhi)型緩(huan)(huan)蝕(shi)劑。例如(ru)：鉻酸(suan)(suan)鹽、硝酸(suan)(suan)鹽、正(zheng)磷(lin)酸(suan)(suan)鹽、硅酸(suan)(suan)鹽、苯甲酸(suan)(suan)鹽等。這(zhe)類緩(huan)(huan)蝕(shi)劑，有的(de)能阻止(zhi)金(jin)屬表面陽極(ji)部分的(de)離子進入(ru)溶液，有的(de)則是因(yin)能形成保(bao)護膜（鈍(dun)化膜）從而起(qi)(qi)到緩(huan)(huan)蝕(shi)作(zuo)用。應注意的(de)是上述(shu)緩(huan)(huan)蝕(shi)劑中苯甲酸(suan)(suan)鹽系非氧化型的(de)，它只有在介(jie)質(zhi)中存(cun)在溶解氧的(de)情況下(xia)，才(cai)能起(qi)(qi)到抑制(zhi)腐蝕(shi)作(zuo)用。
②. 陰極型(xing)緩蝕劑
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(xing)緩蝕劑
它又稱(cheng)混合抑制型緩蝕(shi)劑，這類緩蝕(shi)劑主要(yao)是一些有機化合物，如含(han)氮(dan)、含(han)硫及既(ji)含(han)氮(dan)又含(han)硫的有機化合物、瓊脂、生物堿(jian)等(deng)。
4. 按緩(huan)蝕劑在金屬表面形成保護(hu)膜(mo)的特征分(fen)類，一般可將緩(huan)蝕劑分(fen)為(wei)如(ru)下三類：
①. 氧化(hua)膜型緩蝕劑
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(mo)型緩蝕劑(ji)
這(zhe)類緩蝕(shi)(shi)劑如(ru)六偏磷酸鈉、硫酸鋅、聚磷酸鈉等(deng)，它(ta)們能(neng)與介質中(zhong)的有關離子反(fan)應，并在金屬表面上(shang)的陰極區形(xing)成抑(yi)制腐蝕(shi)(shi)的沉(chen)淀膜(mo)，這(zhe)種沉(chen)淀膜(mo)一般要比(bi)氧化(hua)(hua)膜(mo)厚（約為幾十到100nm），但(dan)其(qi)致密性和附著力則比(bi)氧化(hua)(hua)膜(mo)差得(de)多。因此(ci)，它(ta)們的保護效果比(bi)氧化(hua)(hua)膜(mo)型緩蝕(shi)(shi)劑差一些。
③. 吸附(fu)膜型緩蝕劑
這類(lei)緩蝕(shi)(shi)劑一般都是有機(ji)化合(he)物，它們能(neng)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)在金(jin)屬(shu)表(biao)面，使介質不易與金(jin)屬(shu)接觸(chu)而減緩了(le)腐蝕(shi)(shi)。根據吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)形式不同(tong)，它又可分為物理吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)和化學吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)兩(liang)類(lei)。
5. 按緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)使(shi)用范圍(wei)分(fen)類，可將緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)分(fen)為酸(suan)洗緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)、冷凍水緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)、油氣井酸(suan)化(hua)(hua)緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)、石油化(hua)(hua)工(gong)工(gong)藝緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)、油田注(zhu)水緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)、鍋(guo)爐(lu)用水緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)、循(xun)環冷卻用水緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)等(deng)。
三、影(ying)響緩蝕作用(yong)的因素
影響緩蝕劑(ji)緩蝕效果的(de)因素很多(duo)，除了緩蝕劑(ji)的(de)組分、結構、介質性質、金屬的(de)種類和(he)表面狀態諸因素外，還與緩蝕劑(ji)的(de)用量(liang)、使用溫度和(he)介質的(de)運(yun)動速度等(deng)因素有關。
1. 用量的影響
緩蝕(shi)劑用量(liang)（濃度）對金屬腐蝕(shi)速率的(de)影(ying)響大致有三種情況(kuang)：
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)(shi)劑(ji)的濃度(du)與金屬腐蝕(shi)(shi)速(su)率(lv)的關系(xi)有極限值。這類緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)當濃度(du)增(zeng)加(jia)到(dao)一定程(cheng)度(du)后(hou)，如再繼續增(zeng)加(jia)緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)濃度(du)，金屬的腐蝕(shi)(shi)速(su)率(lv)不僅不下降，反而會升(sheng)高(gao)。
③. 緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)用(yong)(yong)量(liang)不(bu)足會(hui)加(jia)速金屬腐(fu)蝕(shi)。例如(ru)，為減緩(huan)(huan)淡水和鹽(yan)水腐(fu)蝕(shi)性(xing)常(chang)用(yong)(yong)的(de)緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)亞硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鈉就屬于(yu)這類(lei)(lei)緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)，在鹽(yan)水中(zhong)亞硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鈉添加(jia)量(liang)不(bu)足時，碳鋼的(de)腐(fu)蝕(shi)速率不(bu)僅加(jia)大，而(er)且還會(hui)發生明(ming)顯的(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)。因(yin)此，對于(yu)這類(lei)(lei)緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)添加(jia)量(liang)太少就非(fei)常(chang)危險(xian)，必(bi)須十分(fen)注意。大部分(fen)氧化(hua)劑(ji)(ji)(ji)也屬于(yu)這類(lei)(lei)緩(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)，如(ru)鉻(ge)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)、重鉻(ge)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)、過氧化(hua)氫以及硅酸(suan)(suan)(suan)鈉等。
2. 溫度的影響
金屬(shu)腐蝕(shi)一般隨著溫度(du)升(sheng)高而(er)加快，尤其(qi)是(shi)在腐蝕(shi)過程有氫析出的介質中，如(ru)鋼在酸(suan)性介質中就(jiu)是(shi)如(ru)此。如(ru)果腐蝕(shi)過程有氧參與陰極(ji)反(fan)應(ying)（即氧去極(ji)化），則(ze)由于溫度(du)升(sheng)高時(shi)氧的溶解度(du)降低，腐蝕(shi)速(su)率與溫度(du)的關(guan)系就(jiu)比較(jiao)復雜。有可能溫度(du)高時(shi)的腐蝕(shi)速(su)率比溫度(du)低時(shi)還小，加入緩蝕(shi)劑的情(qing)況也是(shi)同樣(yang)的情(qing)形。
①. 溫度升高，緩蝕率降低(di)。大多(duo)數(shu)有機緩蝕劑及(ji)許多(duo)無機緩蝕劑都屬(shu)于(yu)這種類型。
②. 在(zai)一定的(de)溫(wen)度(du)范圍內緩蝕(shi)率不隨溫(wen)度(du)升(sheng)高而(er)改變。例如苯甲酸鈉(na)(na)在(zai)20～80℃溫(wen)度(du)范圍內，對(dui)碳鋼在(zai)水溶液(ye)中的(de)腐蝕(shi)抑制作(zuo)用幾乎不隨溫(wen)度(du)變化而(er)改變，但在(zai)沸騰(teng)的(de)水中，苯甲酸鈉(na)(na)則(ze)不能抑制鋼的(de)腐蝕(shi)。
③. 溫(wen)度增(zeng)高(gao)，緩(huan)(huan)蝕率(lv)(lv)也(ye)增(zeng)高(gao)。有些(xie)緩(huan)(huan)蝕作用特別強的(de)(de)緩(huan)(huan)蝕劑，不僅能使腐(fu)(fu)蝕速率(lv)(lv)減小，而(er)且(qie)可以使腐(fu)(fu)蝕反應速率(lv)(lv)隨溫(wen)度升高(gao)而(er)增(zeng)加的(de)(de)變化率(lv)(lv)（即溫(wen)度系數）減小，從(cong)而(er)進一步(bu)提高(gao)了緩(huan)(huan)蝕率(lv)(lv)。屬(shu)于這類緩(huan)(huan)蝕劑的(de)(de)有：鹽酸溶液中的(de)(de)7701、7801、含(han)氮堿和某些(xie)生物堿等。
3. 介(jie)質流(liu)動速率對緩蝕作用的影響
介質流動(dong)速率對緩蝕(shi)(shi)劑緩蝕(shi)(shi)作用的(de)(de)影響(xiang)并(bing)不(bu)亞(ya)于溫度(du)、壓力、介質的(de)(de)組成及其他因素的(de)(de)影響(xiang)，這種(zhong)影響(xiang)大(da)致有三種(zhong)情(qing)況：
①. 流速加(jia)快，緩蝕率(lv)降低。在大多數(shu)情況下，提高(gao)介(jie)(jie)質的流動速率(lv)或對介(jie)(jie)質進(jin)行攪拌都會造(zao)成緩蝕效率(lv)的降低。但有時由于流速增大反而會加(jia)快腐蝕。
②. 流速增(zeng)(zeng)加，緩蝕率提高(gao)。當緩蝕劑(ji)由于在介(jie)質(zhi)中不能均勻分布而(er)影響(xiang)保護效果時，增(zeng)(zeng)加介(jie)質(zhi)流動速率，有(you)利于緩蝕劑(ji)均勻地擴散到金屬表面(mian)形成(cheng)面(mian)膜，而(er)使緩蝕效率提高(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。
