一、緩蝕劑(ji)概述
在腐蝕性介質(zhi)中，加入少量的一種(zhong)或幾(ji)種(zhong)物質(zhi)，能(neng)使(shi)金屬的腐蝕速率(lv)大(da)大(da)降低，這種(zhong)物質(zhi)或復合物質(zhi)就稱為(wei)(wei)緩蝕劑。這種(zhong)保護(hu)(hu)金屬的方法通稱為(wei)(wei)緩蝕劑保護(hu)(hu)技術。
對于金(jin)(jin)屬(shu)管道(dao)來說，緩蝕(shi)(shi)劑保護(hu)技術屬(shu)工(gong)藝(yi)性(xing)防腐(fu)方法，緩蝕(shi)(shi)利的(de)添加是(shi)通過工(gong)藝(yi)操作來實現(xian)的(de)。緩蝕(shi)(shi)劑的(de)防腐(fu)機理一般認為是(shi)在金(jin)(jin)屬(shu)表面上(shang)生成了連續的(de)起隔離(li)作用的(de)吸附(fu)層(ceng)保護(hu)膜，從(cong)而(er)降低金(jin)(jin)屬(shu)的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)速率。工(gong)業上(shang)采(cai)用緩蝕(shi)(shi)劑保護(hu)金(jin)(jin)屬(shu)管道(dao)的(de)事例有：石(shi)油和天(tian)然氣（特別是(shi)高含(han)硫的(de)）的(de)采(cai)集、輸送系統(tong)(tong)；煉(lian)油裝置的(de)常減(jian)壓(ya)系統(tong)(tong)；乙烯(xi)裂解(jie)裝置的(de)工(gong)藝(yi)水(shui)系統(tong)(tong)；合(he)成氨苯菲爾法脫碳系統(tong)(tong)；工(gong)業冷卻(que)水(shui)系統(tong)(tong)等。
二、緩(huan)蝕劑分類(lei)
1. 通常緩蝕(shi)劑(ji)有多(duo)種分類(lei)方法，按緩蝕(shi)劑(ji)的化學組成分類(lei)可分為無(wu)機緩蝕(shi)劑(ji)和有機緩蝕(shi)劑(ji)。見圖(tu)8.2.1。
2. 按(an)緩蝕劑對電(dian)極過程(cheng)的(de)(de)影(ying)響(xiang)分類。金屬和(he)電(dian)解質(zhi)溶液接觸時，會發生電(dian)化學腐蝕。在(zai)此過程(cheng)中(zhong)鐵(tie)以鐵(tie)離(li)子(zi)形(xing)式進入溶液，鐵(tie)受(shou)(shou)到(dao)了(le)腐蝕，而溶液中(zhong)的(de)(de)氫(qing)離(li)子(zi)則(ze)在(zai)電(dian)極表面的(de)(de)某些區域接受(shou)(shou)電(dian)子(zi)，成為氫(qing)分子(zi)逸出。這兩個過程(cheng)是共軛過程(cheng)，如果由于在(zai)介質(zhi)中(zhong)添加了(le)緩蝕劑，使其中(zhong)的(de)(de)一(yi)個過程(cheng)或兩個過程(cheng)受(shou)(shou)到(dao)阻滯，腐蝕速度(du)就(jiu)會減緩。
3. 根據緩(huan)蝕(shi)劑(ji)對腐蝕(shi)電化學過程的抑制作用可將緩(huan)蝕(shi)劑(ji)分為以(yi)下(xia)三類(lei)。
①. 陽極型緩蝕劑
這類緩蝕(shi)劑又(you)稱(cheng)陽(yang)極抑制(zhi)(zhi)型緩蝕(shi)劑。例如：鉻酸(suan)(suan)鹽、硝酸(suan)(suan)鹽、正磷酸(suan)(suan)鹽、硅酸(suan)(suan)鹽、苯甲酸(suan)(suan)鹽等。這類緩蝕(shi)劑，有的(de)能阻止(zhi)金屬表面陽(yang)極部分的(de)離子進入溶(rong)液(ye)，有的(de)則是(shi)(shi)因能形成保護膜（鈍化膜）從而(er)起(qi)到緩蝕(shi)作用。應注意的(de)是(shi)(shi)上述緩蝕(shi)劑中苯甲酸(suan)(suan)鹽系非氧化型的(de)，它只(zhi)有在(zai)介質(zhi)中存(cun)在(zai)溶(rong)解氧的(de)情況下(xia)，才能起(qi)到抑制(zhi)(zhi)腐(fu)蝕(shi)作用。
②. 陰極型緩蝕劑(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. 混合型緩蝕劑
它又稱(cheng)混(hun)合抑制型緩(huan)(huan)蝕(shi)劑，這類(lei)緩(huan)(huan)蝕(shi)劑主要(yao)是(shi)一(yi)些有機化(hua)合物(wu)(wu)，如含氮(dan)、含硫(liu)及(ji)既含氮(dan)又含硫(liu)的有機化(hua)合物(wu)(wu)、瓊脂、生物(wu)(wu)堿等(deng)。
4. 按緩蝕劑在金屬表面形成保(bao)護膜的特征分類，一般可將緩蝕劑分為(wei)如下三類：
①. 氧化膜型緩蝕劑(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. 沉淀膜(mo)型緩蝕劑
這類緩蝕(shi)劑如六偏(pian)磷酸(suan)鈉(na)、硫酸(suan)鋅(xin)、聚磷酸(suan)鈉(na)等，它們能(neng)與(yu)介(jie)質中的(de)有(you)關離子反應，并在金屬表面(mian)上的(de)陰極區形成抑制(zhi)腐蝕(shi)的(de)沉(chen)(chen)淀(dian)膜，這種沉(chen)(chen)淀(dian)膜一(yi)般(ban)要(yao)比(bi)氧(yang)化(hua)膜厚(hou)（約為幾(ji)十到100nm），但其致密性(xing)和附著力(li)則比(bi)氧(yang)化(hua)膜差(cha)得多。因此，它們的(de)保護效果比(bi)氧(yang)化(hua)膜型緩蝕(shi)劑差(cha)一(yi)些。
③. 吸附膜型緩(huan)蝕劑
這類緩(huan)蝕劑一般都是有機化合(he)物，它們能吸附(fu)在金屬表面，使介質不易與金屬接(jie)觸而減緩(huan)了腐(fu)蝕。根(gen)據吸附(fu)形式(shi)不同，它又可分(fen)為物理吸附(fu)和化學吸附(fu)兩類。
5. 按緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)使用(yong)范圍分類，可將(jiang)緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)分為酸洗緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)、冷凍(dong)水(shui)緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)、油氣井(jing)酸化(hua)緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)、石油化(hua)工工藝緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)、油田注水(shui)緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)、鍋爐(lu)用(yong)水(shui)緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)、循環冷卻用(yong)水(shui)緩(huan)(huan)(huan)(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)等。
三(san)、影(ying)響(xiang)緩蝕作用的因素
影響緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)緩(huan)蝕(shi)(shi)效果(guo)的因(yin)素(su)很多(duo)，除了緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)的組分、結構、介質(zhi)性質(zhi)、金屬的種類和表面狀態諸(zhu)因(yin)素(su)外，還與緩(huan)蝕(shi)(shi)劑(ji)的用量、使(shi)用溫度和介質(zhi)的運動(dong)速(su)度等因(yin)素(su)有關。
1. 用量的影響
緩蝕劑(ji)用(yong)量（濃度）對金屬腐蝕速率(lv)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(huan)蝕劑的濃度與金屬腐蝕速率的關系(xi)有極(ji)限值。這類緩(huan)蝕劑當濃度增加(jia)到一(yi)定(ding)程(cheng)度后，如(ru)再(zai)繼續增加(jia)緩(huan)蝕劑濃度，金屬的腐蝕速率不(bu)僅不(bu)下降(jiang)，反而(er)會升高。
③. 緩(huan)蝕劑(ji)用(yong)量不(bu)足會加速(su)金屬(shu)腐蝕。例(li)如，為減緩(huan)淡(dan)水和鹽(yan)水腐蝕性常用(yong)的緩(huan)蝕劑(ji)亞硝(xiao)酸鈉(na)就(jiu)屬(shu)于這類緩(huan)蝕劑(ji)，在(zai)鹽(yan)水中亞硝(xiao)酸鈉(na)添加量不(bu)足時(shi)，碳鋼(gang)的腐蝕速(su)率不(bu)僅加大(da)，而且還會發(fa)生明顯的點腐蝕。因此，對于這類緩(huan)蝕劑(ji)添加量太少(shao)就(jiu)非常危險(xian)，必須十分注意。大(da)部分氧(yang)化(hua)劑(ji)也屬(shu)于這類緩(huan)蝕劑(ji)，如鉻酸鹽(yan)、重(zhong)鉻酸鹽(yan)、過氧(yang)化(hua)氫以及硅(gui)酸鈉(na)等。
2. 溫度的影響
金(jin)屬腐(fu)蝕(shi)(shi)一般隨著(zhu)溫度(du)升高而(er)加(jia)快(kuai)，尤其是(shi)在腐(fu)蝕(shi)(shi)過程有氫析出的介質中(zhong)，如(ru)(ru)鋼在酸(suan)性介質中(zhong)就是(shi)如(ru)(ru)此。如(ru)(ru)果腐(fu)蝕(shi)(shi)過程有氧(yang)(yang)參與陰極(ji)反應（即氧(yang)(yang)去極(ji)化），則由于溫度(du)升高時(shi)氧(yang)(yang)的溶(rong)解度(du)降低，腐(fu)蝕(shi)(shi)速率與溫度(du)的關(guan)系就比較復(fu)雜(za)。有可能溫度(du)高時(shi)的腐(fu)蝕(shi)(shi)速率比溫度(du)低時(shi)還小，加(jia)入緩蝕(shi)(shi)劑的情況(kuang)也(ye)是(shi)同(tong)樣的情形。
①. 溫度(du)升(sheng)高，緩(huan)蝕(shi)率(lv)降低(di)。大多(duo)數有(you)機緩(huan)蝕(shi)劑及(ji)許多(duo)無機緩(huan)蝕(shi)劑都屬于這種(zhong)類型(xing)。
②. 在(zai)一定的(de)(de)溫度(du)(du)范圍內緩(huan)蝕率(lv)不(bu)隨(sui)溫度(du)(du)升高而改變(bian)。例如苯(ben)(ben)甲(jia)酸鈉(na)在(zai)20～80℃溫度(du)(du)范圍內，對(dui)碳鋼在(zai)水溶液中的(de)(de)腐(fu)蝕抑制(zhi)作用幾乎不(bu)隨(sui)溫度(du)(du)變(bian)化而改變(bian)，但在(zai)沸騰的(de)(de)水中，苯(ben)(ben)甲(jia)酸鈉(na)則(ze)不(bu)能(neng)抑制(zhi)鋼的(de)(de)腐(fu)蝕。
③. 溫(wen)(wen)度(du)增高，緩蝕(shi)率(lv)(lv)也(ye)增高。有些緩蝕(shi)作用(yong)特別(bie)強(qiang)的(de)緩蝕(shi)劑，不僅能使腐(fu)蝕(shi)速(su)率(lv)(lv)減小(xiao)，而且可(ke)以使腐(fu)蝕(shi)反應速(su)率(lv)(lv)隨溫(wen)(wen)度(du)升高而增加的(de)變(bian)化率(lv)(lv)（即溫(wen)(wen)度(du)系(xi)數）減小(xiao)，從而進一(yi)步提高了緩蝕(shi)率(lv)(lv)。屬于這類緩蝕(shi)劑的(de)有：鹽酸溶液中的(de)7701、7801、含氮堿和(he)某(mou)些生(sheng)物堿等。
3. 介質流動速率對緩蝕作用的影響
介質(zhi)流動速率對緩(huan)蝕劑緩(huan)蝕作用的影(ying)響并不亞于(yu)溫度、壓力、介質(zhi)的組(zu)成及其他因(yin)素(su)的影(ying)響，這種影(ying)響大致有三(san)種情況：
①. 流(liu)速加快(kuai)，緩蝕(shi)(shi)率(lv)(lv)降低。在大多數(shu)情況下，提高(gao)介(jie)質(zhi)的流(liu)動速率(lv)(lv)或(huo)對介(jie)質(zhi)進行攪拌都會造成緩蝕(shi)(shi)效率(lv)(lv)的降低。但有時由于流(liu)速增(zeng)大反而會加快(kuai)腐蝕(shi)(shi)。
②. 流速增(zeng)加，緩蝕率提高。當緩蝕劑(ji)由于在介(jie)質(zhi)中(zhong)不能均(jun)勻分布而(er)影響保護效(xiao)果時，增(zeng)加介(jie)質(zhi)流動速率，有利于緩蝕劑(ji)均(jun)勻地擴散到(dao)金(jin)屬表面(mian)形成面(mian)膜，而(er)使緩蝕效(xiao)率提高。
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。
