缓蚀剂性能评价方法探讨

缓蚀剂性能评价方法探讨

摘要:文章详细介绍了缓蚀剂(anti-corrosive.corrosive inhibiter.)的评价方法及缓蚀剂的浓度对缓蚀率的影响。适用于中性、酸性与气体介质中,常见的有在锅炉、冷却系统中用的加入水中的缓蚀剂,在电镀工业中,电镀前要用酸性溶液去掉电镀件表面的锈,但又要求酸性溶液对电镀件的腐蚀小时,就要在酸性溶剂中加入缓蚀剂,缓蚀剂一般用量不大,但效果显著,其效果用抑制效率(也叫缓蚀效率)I来表示,I=V0-VV×10%,其中V0为没加缓蚀剂时的金属受到腐蚀的速率,V为加入缓蚀剂时的金属受到腐蚀的速率,0≤I≤1,值越大,缓蚀效果越好。

关键词:缓蚀剂;评价方法;浓度;缓蚀率

缓蚀剂是这样一类物质,只要在腐蚀环境中添加少量的此类物质,就可将金属材料受的腐蚀大大减少,缓蚀剂的这种减少腐蚀的性能称为缓蚀作用。

1缓蚀剂的评价方法

缓蚀剂的测试评价主要在各种条件下,对金属在腐蚀介质中,有无缓蚀剂时的腐蚀速率,从而测定缓蚀效率、最佳添加量和最佳使用条件。

缓蚀剂的性能可以通过缓蚀率η表征。缓蚀率越大,缓蚀性能越好。

η=×100%或η= ×100%

式中,η为缓蚀率,%;Δm0为空白试验(无缓蚀剂)中试片的质量损失,g;Δm1为加药试验(有缓蚀剂)中试片的质量损失,g;ik、ik0为用电化学方法测定的有、无缓蚀剂条件下相应的腐蚀电流密度值。

评价缓蚀剂的缓蚀性能,还需检测其后效性能,即缓蚀剂浓度从其正常使用浓度显著降低后仍能保持其缓蚀作用的能力。这表明缓蚀剂膜从形成到被破坏能维持的时间。因此,对缓蚀剂除了要求其具有较高的缓蚀效率以减少缓蚀剂用量、减少加入次数和总用量外,还希望具有较好的后效性能。为评价后效性能,需在较长的一段时间内进行试验。

水处理系统中通常使用腐蚀速率来评价缓蚀剂的优劣。

平均(均匀)腐蚀速率的计算公式如下:rcoor=

式中,rcoor为平均(均匀)腐蚀速率,mm/a;m为试验前的试片质量,g;m1为试验后的试片质量,g;S1为试片的总面积,cm2;ρ为试片材料的密度,g/cm3;t为试验时间,h。

缓蚀剂的性能评价方法有常压静态腐蚀速率及缓蚀率测定方法、室内动态腐蚀速率及缓蚀率测定方法和缓蚀剂现场试验评定方法等三种。

1.1常压静态腐蚀速率及缓蚀率测定方法

1.1.1方法提要

将已称量的金属试片挂入已加和未加缓蚀剂的试验介质中,在规定的条件下浸泡到一定的时间,然后取出试片,经清洗干燥处理后称重,根据试片的质量损失分别计算出平均腐蚀速率和缓蚀率。同时测出最深的点蚀深度,计算点蚀速率。

1.1.2试验条件

①试验温度按现场实际温度确定,一般选择50℃。

②试验时间按JB/T7901—1999的规定执行,一般选择7～14 d为一周期。

③试验容器应符合JB/T7901—1999中4.1的规定,一般采用橡胶塞密封的广口玻璃瓶。支持系统应符合JB/T7901—1999中4.3的规定,一般采用塑料挂具。

④试验介质采用油田采出水或人工自配模拟水。试验介质的用量为每1cm2试片面积不少于20 mL。

⑤试片。试片的材质应与现场实际应用的钢材相同,一般使用A3钢。试片的制备应符合JB/T7901—1999中3.2的规定。试片的形状推荐采用长方体,外形尺寸为76 mm×13 mm×1.5 mm或50 mm×13 mm×1.5 mm。在一端距边线10 mm处钻一直径为4 mm的小孔,并打号。同批实验目的的试片,其形状及规格应相同。

⑥酸清洗液组成。取盐酸(分析纯)100 mL,六亚甲基四胺(分析纯)5～10g,用水稀释到1000 mL。取硫酸(分析纯)100 mL,有机缓蚀剂(分析纯)5～10g,,用水稀释到1000 mL。取硝酸(分析纯)105 mL,苯胺(分析纯)2.0 g,,六亚甲基四胺(分析纯)2.0 g,硫氰酸钾(分析纯)2.0 g,用水稀释到1000 mL。

1.1.3试验步骤

按试验要求用容量瓶配制缓蚀剂溶液。该溶液应在试验当天或前一天配制。

将试片先用滤纸擦净,然后放入盛有沸程为60～90℃的石油醚或丙酮的器皿中,用脱脂棉除去试片表面油脂后,再放入无水乙醇中浸泡约5 min,进一步脱脂和脱水。取出试片放在滤纸上,用冷风吹干后再用滤纸将试片包好,贮存于干燥器中,放置1 h后用游标卡尺测量尺寸并称重,精确至0.1 mg。

试验介质采用现场水时,先用氮气吹扫取样用下口瓶,排除其中的空气后,采

用排气取样法采集水样,严防空气进入。现场取样后封闭,24 h内使用。

试样介质采用自配模拟水时,可根据现场实际水质和主要离子成分用符合要求的实际配制。用氮气驱氧2～4 h。当水中氧符合要求时,再用气瓶导入二氧化碳气体或用启普发生器倒入硫化氢,是自配模拟水能最大限度地模拟现场采出水。

将配制好的缓蚀剂溶液按设计质量浓度值用移液管分别加入试验容器中。

用氮气吹扫试验容器,排除其中的空气,再用橡胶管将试验介质分别导入试验容器中。导入时橡胶管应插入液面以下并紧贴瓶壁,以防进入空气。然后随液面的上升逐步提高橡胶管,液面到瓶颈时挂入试片,用橡胶瓶塞密封。同时做不加缓蚀剂的空白试验。

每组试验至少做三个平行试验,每个平行试验容器中挂3个试片。试片不允许与瓶壁接触,试片间距应在1 cm以上。

将试验装置放入恒温箱中,在设定温度下恒温放置一个试验周期。

将已达到试验周期的试片取出,观察、记录表面腐蚀状态及腐蚀产物粘附情况后,立即用清水冲洗掉试验介质,并用滤纸查干。

将试片放入沸程为60℃～90℃的石油醚或丙酮的容器中,用脱脂棉出去试片表面油污后,再放入无水乙醇中浸泡5 min,进一步脱脂和脱水。将试片放入酸清洗液中浸泡5 min,同时用镊子夹少量脱脂棉轻拭表面的腐蚀产物。从清洗液中取出试片,用自来水冲去表面残酸后,立即将试片浸入氢氧化钠溶液(60g/L)中,30s后再用自来水冲洗,然后放入无水乙醇中浸泡约5min,清洗脱水两次。取出试片放在滤纸上,用冷风吹干,然后用滤纸将试片包好,贮存在干燥器中,放置1 h后称重,精确至0.1mg。

观察并记录试片的腐蚀情况,若有点蚀,记录单位面积的点蚀个数,并用点蚀探测仪测量出最深的点蚀深度。

1.1.4试验结果的表示和计算

分别计算平均腐蚀速率rcoor和缓蚀率η。

1.2室内动态腐蚀速率及缓蚀率测定方法

1.2.1方法提要

将金属试片分别挂入已加和未加缓蚀剂的试验介质中,在规定的温度和线速度下旋转一定的时间,然后取出试片,经清洗干燥处理后称重,由试片的质量损失计算出平均(均匀)腐蚀速率和缓蚀率。同时测出最深的点蚀深度。

1.2.2试验装置

试验装置必须符合以下要求:水温控制精度±1℃;旋转轴转速40～150 min/r,试片线速度0.20～0.60 m/s,精度±3%;旋转轴、试片固定装置和试杯需用电绝缘材料制作;试杯必须能密封、隔氧、试杯盖应用固定的进、出气口;每组试片固定装置可安装2～3片。

1.2.3试验条件

试验介质、试验温度、试片与“常压静态腐蚀速率及缓蚀率测定方法”的规定相同;试片线速度根据实际需要可选用0.30～0.50 m/s;对每个试验条件,至少做两组平行试验;试验周期为48 h,也可根据实际需要适当延长。

1.2.4试验步骤

将配制好的缓蚀剂溶液按设计质量浓度值用移液管加入试杯中;将经过处理、称重的试片安装在试验装置的试片固定装置上,装上已加缓蚀剂的试杯,用氮气驱替空气后,在氮气保护下通过进液管压入试验介质至充满;将试杯放入恒温水浴中,调整转速,在氮气和水密封下恒温运转48h。同时做不加缓蚀剂的空白试验;当运转时间达到指定值时停止运转,以后处理方法与“常压静态腐蚀速率及缓蚀率测定方法”的规定相同。

2缓蚀剂加入量对缓蚀率测定的影响试验

我们用静态缓蚀率测定方法做了试验,试验时加入样品的浓度不同,实验结果不同,如表1所示。由表1试验结果可以看出,在浓度为100mg/L时,其缓蚀率大于90%,且适应不同pH值及硬度变化。

3结语

通过实验结果表明,在较宽的自然pH范围内,高硬度的水质条件下,缓蚀剂的加入量对计算结果(缓蚀率)影响很大。

参考文献:

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[2] 中国石油天然气总公司.SY/T 6301-1997油田采出水用 缓蚀剂通用技术

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[3] 中国石油天然气总公司.SY/T 5405-1996酸化用缓蚀剂 性能试验方法及评价指标[Z].1996-12-15.