一、緩蝕劑概述

  在腐蝕性介質(zhì)中，加入少量的一種或幾種物質(zhì)，能使金屬的腐蝕速率大大降低，這種物質(zhì)或復(fù)合物質(zhì)就稱為緩蝕劑。這種保護(hù)金屬的方法通稱為緩蝕劑保護(hù)技術(shù)。

  對(duì)于金屬管道來(lái)說(shuō)，緩蝕劑保護(hù)技術(shù)屬工藝性防腐方法，緩蝕利的添加是通過(guò)工藝操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。緩蝕劑的防腐機(jī)理一般認(rèn)為是在金屬表面上生成了連續(xù)的起隔離作用的吸附層保護(hù)膜，從而降低金屬的腐蝕速率。工業(yè)上采用緩蝕劑保護(hù)金屬管道的事例有：石油和天然氣（特別是高含硫的）的采集、輸送系統(tǒng)；煉油裝置的常減壓系統(tǒng)；乙烯裂解裝置的工藝水系統(tǒng)；合成氨苯菲爾法脫碳系統(tǒng)；工業(yè)冷卻水系統(tǒng)等。

二、緩蝕劑分類(lèi)

  1. 通常緩蝕劑有多種分類(lèi)方法，按緩蝕劑的化學(xué)組成分類(lèi)可分為無(wú)機(jī)緩蝕劑和有機(jī)緩蝕劑。見(jiàn)圖8.2.1。

  2. 按緩蝕劑對(duì)電極過(guò)程的影響分類(lèi)。金屬和電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕。在此過(guò)程中鐵以鐵離子形式進(jìn)入溶液，鐵受到了腐蝕，而溶液中的氫離子則在電極表面的某些區(qū)域接受電子，成為氫分子逸出。這兩個(gè)過(guò)程是共軛過(guò)程，如果由于在介質(zhì)中添加了緩蝕劑，使其中的一個(gè)過(guò)程或兩個(gè)過(guò)程受到阻滯，腐蝕速度就會(huì)減緩。

  3. 根據(jù)緩蝕劑對(duì)腐蝕電化學(xué)過(guò)程的抑制作用可將緩蝕劑分為以下三類(lèi)。

    ①. 陽(yáng)極型緩蝕劑

     這類(lèi)緩蝕劑又稱陽(yáng)極抑制型緩蝕劑。例如：鉻酸鹽、硝酸鹽、正磷酸鹽、硅酸鹽、苯甲酸鹽等。這類(lèi)緩蝕劑，有的能阻止金屬表面陽(yáng)極部分的離子進(jìn)入溶液，有的則是因能形成保護(hù)膜（鈍化膜）從而起到緩蝕作用。應(yīng)注意的是上述緩蝕劑中苯甲酸鹽系非氧化型的，它只有在介質(zhì)中存在溶解氧的情況下，才能起到抑制腐蝕作用。

    ②. 陰極型緩蝕劑

     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(guò)程減慢，能增大陰極極化，使電位負(fù)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(guò)程產(chǎn)生的OH結(jié)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(yīng)。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(yīng)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(guò)電位顯著增加，從而減慢了腐蝕速率。

    ③. 混合型緩蝕劑

     它又稱混合抑制型緩蝕劑，這類(lèi)緩蝕劑主要是一些有機(jī)化合物，如含氮、含硫及既含氮又含硫的有機(jī)化合物、瓊脂、生物堿等。

  4. 按緩蝕劑在金屬表面形成保護(hù)膜的特征分類(lèi)，一般可將緩蝕劑分為如下三類(lèi)：

    ①. 氧化膜型緩蝕劑

     這類(lèi)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(hù)膜，厚度可達(dá)5～10nm。其中鉬酸鹽和鎢酸鹽只有在介質(zhì)中有氧存在時(shí)才能起緩蝕作用。

    ②. 沉淀膜型緩蝕劑

     這類(lèi)緩蝕劑如六偏磷酸鈉、硫酸鋅、聚磷酸鈉等，它們能與介質(zhì)中的有關(guān)離子反應(yīng)，并在金屬表面上的陰極區(qū)形成抑制腐蝕的沉淀膜，這種沉淀膜一般要比氧化膜厚（約為幾十到100nm），但其致密性和附著力則比氧化膜差得多。因此，它們的保護(hù)效果比氧化膜型緩蝕劑差一些。

    ③. 吸附膜型緩蝕劑

     這類(lèi)緩蝕劑一般都是有機(jī)化合物，它們能吸附在金屬表面，使介質(zhì)不易與金屬接觸而減緩了腐蝕。根據(jù)吸附形式不同，它又可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩類(lèi)。

5. 按緩蝕劑使用范圍分類(lèi)，可將緩蝕劑分為酸洗緩蝕劑、冷凍水緩蝕劑、油氣井酸化緩蝕劑、石油化工工藝緩蝕劑、油田注水緩蝕劑、鍋爐用水緩蝕劑、循環(huán)冷卻用水緩蝕劑等。

三、影響緩蝕作用的因素

  影響緩蝕劑緩蝕效果的因素很多，除了緩蝕劑的組分、結(jié)構(gòu)、介質(zhì)性質(zhì)、金屬的種類(lèi)和表面狀態(tài)諸因素外，還與緩蝕劑的用量、使用溫度和介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度等因素有關(guān)。

 1. 用量的影響

  緩蝕劑用量（濃度）對(duì)金屬腐蝕速率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(zhì)中就是如此。

   ②. 緩蝕劑的濃度與金屬腐蝕速率的關(guān)系有極限值。這類(lèi)緩蝕劑當(dāng)濃度增加到一定程度后，如再繼續(xù)增加緩蝕劑濃度，金屬的腐蝕速率不僅不下降，反而會(huì)升高。

   ③. 緩蝕劑用量不足會(huì)加速金屬腐蝕。例如，為減緩淡水和鹽水腐蝕性常用的緩蝕劑亞硝酸鈉就屬于這類(lèi)緩蝕劑，在鹽水中亞硝酸鈉添加量不足時(shí)，碳鋼的腐蝕速率不僅加大，而且還會(huì)發(fā)生明顯的點(diǎn)腐蝕。因此，對(duì)于這類(lèi)緩蝕劑添加量太少就非常危險(xiǎn)，必須十分注意。大部分氧化劑也屬于這類(lèi)緩蝕劑，如鉻酸鹽、重鉻酸鹽、過(guò)氧化氫以及硅酸鈉等。

 2. 溫度的影響

   金屬腐蝕一般隨著溫度升高而加快，尤其是在腐蝕過(guò)程有氫析出的介質(zhì)中，如鋼在酸性介質(zhì)中就是如此。如果腐蝕過(guò)程有氧參與陰極反應(yīng)（即氧去極化），則由于溫度升高時(shí)氧的溶解度降低，腐蝕速率與溫度的關(guān)系就比較復(fù)雜。有可能溫度高時(shí)的腐蝕速率比溫度低時(shí)還小，加入緩蝕劑的情況也是同樣的情形。

   ①. 溫度升高，緩蝕率降低。大多數(shù)有機(jī)緩蝕劑及許多無(wú)機(jī)緩蝕劑都屬于這種類(lèi)型。

   ②. 在一定的溫度范圍內(nèi)緩蝕率不隨溫度升高而改變。例如苯甲酸鈉在20～80℃溫度范圍內(nèi)，對(duì)碳鋼在水溶液中的腐蝕抑制作用幾乎不隨溫度變化而改變，但在沸騰的水中，苯甲酸鈉則不能抑制鋼的腐蝕。

   ③. 溫度增高，緩蝕率也增高。有些緩蝕作用特別強(qiáng)的緩蝕劑，不僅能使腐蝕速率減小，而且可以使腐蝕反應(yīng)速率隨溫度升高而增加的變化率（即溫度系數(shù)）減小，從而進(jìn)一步提高了緩蝕率。屬于這類(lèi)緩蝕劑的有：鹽酸溶液中的7701、7801、含氮堿和某些生物堿等。

  3. 介質(zhì)流動(dòng)速率對(duì)緩蝕作用的影響

   介質(zhì)流動(dòng)速率對(duì)緩蝕劑緩蝕作用的影響并不亞于溫度、壓力、介質(zhì)的組成及其他因素的影響，這種影響大致有三種情況：

   ①. 流速加快，緩蝕率降低。在大多數(shù)情況下，提高介質(zhì)的流動(dòng)速率或?qū)橘|(zhì)進(jìn)行攪拌都會(huì)造成緩蝕效率的降低。但有時(shí)由于流速增大反而會(huì)加快腐蝕。

   ②. 流速增加，緩蝕率提高。當(dāng)緩蝕劑由于在介質(zhì)中不能均勻分布而影響保護(hù)效果時(shí)，增加介質(zhì)流動(dòng)速率，有利于緩蝕劑均勻地?cái)U(kuò)散到金屬表面形成面膜，而使緩蝕效率提高。

   ③. 介質(zhì)流速對(duì)緩蝕效率的影響因緩蝕劑使用濃度不同而出現(xiàn)相反的結(jié)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(huán)冷卻水的緩蝕劑，當(dāng)緩蝕劑的濃度為8×10^-6以上時(shí)，緩蝕率隨介質(zhì)流速增加而提高。當(dāng)其濃度在8×10^-6以下下時(shí)，緩蝕率隨流速增大而減小。