一种多(duō)金属缓蚀剂的研制与应用(yòng)

商(shāng)海智1乔旗1田民(mín)格2李爱兵2
（1. 山(shān)东省特种设备检验研究院济宁分(fēn)院，山(shān)东济宁　272000；2.济宁新(xīn)格瑞水处理(lǐ)有(yǒu)限公司，山(shān)东济宁　272415）
摘要：本文(wén)通过对SGR－HSJ－01缓蚀剂的缓蚀机理(lǐ)、研发过程、性能(néng)实验、工程实际应用(yòng)等几个方面的阐述，证明了该缓蚀剂缓蚀性能(néng)优良，完全能(néng)符合國(guó)家标准及清洗工程的需要，另外，从降低施工成本、简化施工程序的角度，分(fēn)析了该缓蚀剂良好的市场前景。
关键词：多(duō)金属缓蚀剂  缓蚀机理(lǐ) 性能(néng)实验 工程应用(yòng) 市场分(fēn)析
　　　　　　　　Haizhi Shang1Qi qiao1Minge Tian2Aibing Li2 Xiaoshuang Li2
（1. Shandong Special Equipment Inspection & Research Institute-Jining Branch
Jining,Shandong  272000,China； 2. Jining scientific green water treatment Co., Ltd. , Jining,Shandong 272415 ,China)

一、概述
　　　近年来，随着工业清洗的迅速发展，缓蚀剂作為(wèi)一门防腐蚀技术越来越得到广泛应用(yòng)。设备清洗在清除污垢的同时，也会对设备本體(tǐ)产生腐蚀。為(wèi)保证清洗设备不遭受清洗液破坏，通常是向清洗液中加入缓蚀剂来控制设备腐蚀。对一种有(yǒu)实用(yòng)价值的清洗缓蚀剂，实际使用(yòng)剂量应该很(hěn)小(xiǎo)，一般加入剂量為(wèi)0.2%-0.5%，而对金属腐蚀的减缓程度必须大于90%。
　　　即便如此，缓蚀剂作為(wèi)一种必不可(kě)少的清洗助剂，其应用(yòng)量也是越来越大，一般的清洗公司，年用(yòng)量也要在几十到上百吨。
　　　目前市场上的缓蚀剂，不但种类繁多(duō)，造成工程应用(yòng)的诸多(duō)麻烦，而且价格昂贵，致使缓蚀剂的投入占了清洗成本的很(hěn)大比例。因此，开发一种适合多(duō)金属防腐蚀需要的、价格便宜的缓蚀剂，成為(wèi)目前清洗行业的当務(wù)之急。
二、缓蚀机理(lǐ)
　　缓蚀剂的缓蚀机理(lǐ)，亦即缓蚀剂在電(diàn)解质溶液中对腐蚀電(diàn)池的電(diàn)极过程的抑制，是由于缓蚀剂或缓蚀剂与電(diàn)解质作用(yòng)于金属表面，使金属表面发生变化的结果。金属表面的变化可(kě)以表现為(wèi)氧化膜或沉淀膜的吸附，或者是离子、分(fēn)子在金属表面的吸附。因此，从物(wù)理(lǐ)化學(xué)角度出发，缓蚀剂的作用(yòng)可(kě)以分(fēn)為(wèi)氧化膜型缓蚀剂、沉淀膜型缓蚀剂和吸附膜型缓蚀剂三大类。
　　本文(wén)介绍的SGR－HSJ－01缓蚀剂的主要缓蚀机理(lǐ)是：缓蚀剂在金属表面形成了一层致密的吸附膜，极大地减少了酸与金属接触的机会；主剂的中心N原子与金属的空d轨道形成稳定配位价键，牢固地吸附在了金属表面，改变了金属表面的双電(diàn)层，提高了氢原子放電(diàn)的活性能(néng)，使腐蚀速度降低。
三、配方筛选
　　SGR－HSJ－01為(wèi)吸附膜型有(yǒu)机缓蚀剂，此类缓蚀剂在腐蚀介质中对金属表面有(yǒu)良好的吸附性，这种吸附改变了金属的性质，抑制了金属的腐蚀。它们具有(yǒu)极性基团，可(kě)被金属的表面電(diàn)荷吸附，在整个阳极和阴极區(qū)域形成一层单分(fēn)子膜，从而阻止或减缓相应電(diàn)化學(xué)的反应。具有(yǒu)表面活性的有(yǒu)机化合物(wù)，有(yǒu)两种性质相反的基团；亲水基和亲油基，这些化合物(wù)
收稿日期：2011-10
　作者简介：商(shāng)海智（1973-）男，工程师，山(shān)东邹城人，主要从事特种设备监督检验、安全运行防护工作。
的分(fēn)子以亲水基吸附于金属表面上，形成一层致密的憎水膜，保护金属表面不受水腐蚀。胺类就是水处理(lǐ)中常见的吸附膜型缓蚀剂。唑类是有(yǒu)色金属（尤其是铜）的理(lǐ)想缓蚀剂。它们虽然与铜金属本身作用(yòng)成膜，但与上述典型的氧化膜型缓蚀剂不同，不是通过氧化，而是通过与金属表面的铜离子形成络合物(wù)，以化學(xué)吸附成膜的。当金属表面為(wèi)清洁或活性状态时，此类缓蚀剂能(néng)形成缓蚀效果令人满意的吸附膜。但如果金属表面有(yǒu)腐蚀产物(wù)或有(yǒu)垢沉积的情况下，就很(hěn)难形成效果良好的缓蚀膜，此时可(kě)适当加入少量表面活性剂，以帮助此类缓蚀剂成膜。
四、性能(néng)实验
1、缓蚀性能(néng)与缓蚀剂浓度的静态/动态实验
  為(wèi)了验证SGR－HSJ－01缓蚀剂的最佳使用(yòng)量，取标准碳钢腐蚀试片，在不同酸洗液条件和不同缓蚀剂浓度下，检测其不同的腐蚀速率（如下表），从而分(fēn)析出该缓蚀剂的缓蚀性能(néng)与缓蚀剂浓度的关系
                                                                  g/m2h

　　通过以上实验可(kě)以看出：该缓蚀剂浓度在0-0.15%區(qū)间变化时，金属腐蚀速率显著下降，缓蚀效果明显，当缓蚀剂浓度达到2%以上时，缓蚀效果完全达到國(guó)家标准要求并变化稳定，考虑到实际应用(yòng)中的诸多(duō)不确定因素，故推荐SGR－HSJ－01缓蚀剂的最佳使用(yòng)量為(wèi)0.3%。
　2、缓蚀性能(néng)与酸液浓度的静态/动态实验
為(wèi)了验证SGR－HSJ－01缓蚀剂对清洗液中酸浓度的适用(yòng)范围，取标准不锈钢腐蚀试片，在不同酸浓度条件下，检测试片腐蚀速率（如下表），从而分(fēn)析出该缓蚀剂的缓蚀性能(néng)与酸液浓度的关系
                                                                  g/m2h

　　　实验结论：通过以上实验可(kě)以看出，在0.3%的SGR－HSJ－01缓蚀剂的保护下，清洗液中酸浓度在0-8%區(qū)间变化时，金属腐蚀速率无明显变化，缓蚀效果明显，当酸液浓度达到10%以上时，金属腐蚀速率开始明显增大，该缓蚀剂缓蚀性能(néng)开始降低，故SGR－HSJ－01缓蚀剂适宜应用(yòng)于10%以下的酸液浓度中。
 3、本缓蚀剂的缓蚀性能(néng)与目前市场上出售的缓蚀性能(néng)较高的两种缓蚀剂A和B的对比实验
   目前市场上出售的缓蚀剂种类繁多(duō)，性能(néng)各异，為(wèi)了验证本缓蚀剂的优越性，除了上文(wén)所做的性能(néng)实验外，另外选取目前市场上出售的缓蚀性能(néng)较高的两种缓蚀剂A和B，在同等条件下进行各种对比实验（实验数据见下表），从而分(fēn)析出SGR－HSJ－01缓蚀剂在目前市场上所出售的各类缓蚀剂中技术是先进的。
　　对比实验一： 20#钢试片在不同种酸液下的静态缓蚀速率
　　                                                       g／（m2·h）

　　对比实验二：不锈钢试片在不同种酸液下的静态缓蚀性能(néng)对比。
　　                                                       g／（m2·h）

　　对比实验三：铜试片在不同种酸液下的静态缓蚀性能(néng)对比。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　g／（m2·h）

　　
　　对比实验四：在不同温度下静态缓蚀性能(néng)对比试验
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　g／（m2·h）

　　实验结论：通过以上实验对比表明SGR－HSJ－01在不同清洗液中对不同材质均有(yǒu)较好缓蚀效果，缓蚀性能(néng)与目前市场上出售的缓蚀性能(néng)较高的两种缓蚀剂A和B不相上下，尤其清洗不锈钢时缓蚀性能(néng)要高于市场上其他(tā)缓蚀剂。
五、工程应用(yòng)
5.1 在锅炉清洗中的应用(yòng)
　　　工程概况及清洗工艺：2010年08月我公司承接了呼伦贝尔金新(xīn)化工热電(diàn)厂XD-240/9.8M型新(xīn)建锅炉的清洗工程，根据《火力发電(diàn)厂锅炉化學(xué)清洗导则》及业主方的要求，对该锅炉进行了碱洗、盐酸酸洗、柠檬酸漂洗、亚硝酸钠钝化的工艺进行了清洗。由于该炉建设周期较長(cháng)，致使炉管锈蚀严重，因此在酸洗液中添加了1%的HF，清洗液温度控制在50℃。
　　　清洗步骤：酸洗前，缓慢投加450Kg的SGR－HSJ－01多(duō)金属缓蚀剂（0.3%的浓度），循环40分(fēn)钟，使缓蚀剂混合均匀，然后投加4.5T盐酸和1.5T氢氟酸，进行酸洗。酸洗时间為(wèi)8小(xiǎo)时，然后进行冲洗、漂洗、钝化，。
　　　腐蚀率的检控：清洗前，取三片20#钢试片处理(lǐ)称重后，悬挂于清洗箱、汽包及监视管段等位置，清洗后处理(lǐ)称重，所得锅炉清洗腐蚀率测定结果如下表

　　　工程结束后，双方对清洗质量进行了割管验收，除垢率达到98%以上，平均腐蚀速率為(wèi)0.94g/m2.h,并形成了一层完整致密的钝化膜，完全达到DL/T794-2001《火力发電(diàn)厂锅炉化學(xué)清洗导则》中规定的各项要求，尤其是腐蚀速率，在该炉锈蚀如此严重的情况下，能(néng)保证除垢率在98%以上而腐蚀率如此低，说明本工程所使用(yòng)的SGR－HSJ－01多(duō)金属缓蚀剂性能(néng)良好，值得推广应用(yòng)。
5.2  在不锈钢凝汽器清洗工程中的应用(yòng)
　工程概况与清洗工艺：2010年06月我公司对安徽淮南矿业潘三電(diàn)厂135MW机组不锈钢管凝汽器进行化學(xué)清洗，考虑到不锈钢的主要化學(xué)成分(fēn)為(wèi)铁铬合金，并加入镍、钼、锰等金属，尽管耐蚀力较好，但并非对所有(yǒu)化學(xué)药品都有(yǒu)抵抗能(néng)力。铬镍不锈钢会被硫酸、醋酸、草(cǎo)酸所腐蚀，另外水溶液中含有(yǒu)氯离子等卤素离子也会对不锈钢的腐蚀起促进作用(yòng)(晶间腐蚀)，如盐酸对不锈钢有(yǒu)强烈的腐蚀作用(yòng)，因此决定采用(yòng)硝酸进行清洗，但硝酸又(yòu)对碳钢管板和碳钢水室的腐蚀性较强，这种情况下，由于单一的缓蚀剂难以满足保护两种材质的需要，同时添加两种缓蚀剂又(yòu)增加运输和施工成本，因此决定使用(yòng)SGR－HSJ－01多(duō)金属缓蚀剂。清洗液配方為(wèi)：5% HNO3+0.3%缓蚀剂+0.3%渗透剂，常温状态下清洗时间6小(xiǎo)时。
　　腐蚀率的监控：清洗前，取四片不锈钢试片处理(lǐ)称重后，悬挂于清洗箱及凝汽器的进、及出口等位置，清洗后处理(lǐ)称重，所得清洗腐蚀率测定结果如下表

   由于不锈钢的腐蚀率國(guó)标标准<2 g/m2·h，本次情况基本无腐蚀性，缓蚀性能(néng)很(hěn)好。
　　通过本工程的顺利实施，表明SGR－HSJ－01多(duō)金属缓蚀剂可(kě)以满足一个清洗系统中同时存在两种以上不同金属材质的清洗要求，為(wèi)以后的类似工程提供了实践依据
六、结论
    在保证施工质量的前提下，尽量降低管理(lǐ)成本和药剂投入，是每个清洗公司都非常关
注和研究的课题，而SGR－HSJ－01缓蚀剂，作為(wèi)一种适宜多(duō)金属材质、多(duō)清洗介质的清洗助剂，不但缓蚀效果理(lǐ)想，而且投加量低，价格低廉，适应了清洗市场的需要，具有(yǒu)很(hěn)大的开发利用(yòng)价值。

　　                  参考文(wén)献
　　1．李得福 张學(xué)法. 工业清洗技术 [M].北京：化學(xué)工业出版社，2003.                                 
　　2．张天胜. 缓蚀剂 [M].北京：化學(xué)工业出版社，2002.
　　　
　　作者简介：
　　商(shāng)海智，男，38岁，大學(xué)，山(shān)东邹城人，山(shān)东省特种设备检验研究院济宁分(fēn)院产品监检中心主任，工程师，主要从事特种设备监督检验及运行防护工作；
　　通讯地址：山(shān)东嘉祥经济技术开发區(qū) 济宁新(xīn)格瑞水处理(lǐ)有(yǒu)限公司，邮编272415，電(diàn)话0537－6988088；