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一種多金屬緩蝕劑的研制與應(yīng)用

发布日期：2014/1/4           点击次数：

商海智1喬旗1田民格2李愛(ài)兵2
（1. 山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院濟(jì)寧分院，山東濟(jì)寧　272000；2.濟(jì)寧新格瑞水處理有限公司，山東濟(jì)寧　272415）
摘要：本文通過(guò)對(duì)SGR－HSJ－01緩蝕劑的緩蝕機(jī)理、研發(fā)過(guò)程、性能實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)際應(yīng)用等幾個(gè)方面的闡述，證明了該緩蝕劑緩蝕性能優(yōu)良，完全能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及清洗工程的需要，另外，從降低施工成本、簡(jiǎn)化施工程序的角度，分析了該緩蝕劑良好的市場(chǎng)前景。
關(guān)鍵詞：多金屬緩蝕劑  緩蝕機(jī)理 性能實(shí)驗(yàn) 工程應(yīng)用 市場(chǎng)分析
　　　　　　　　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
　　　近年來(lái)，隨著工業(yè)清洗的迅速發(fā)展，緩蝕劑作為一門(mén)防腐蝕技術(shù)越來(lái)越得到廣泛應(yīng)用。設(shè)備清洗在清除污垢的同時(shí)，也會(huì)對(duì)設(shè)備本體產(chǎn)生腐蝕。為保證清洗設(shè)備不遭受清洗液破壞，通常是向清洗液中加入緩蝕劑來(lái)控制設(shè)備腐蝕。對(duì)一種有實(shí)用價(jià)值的清洗緩蝕劑，實(shí)際使用劑量應(yīng)該很小，一般加入劑量為0.2%-0.5%，而對(duì)金屬腐蝕的減緩程度必須大于90%。
　　　即便如此，緩蝕劑作為一種必不可少的清洗助劑，其應(yīng)用量也是越來(lái)越大，一般的清洗公司，年用量也要在幾十到上百噸。
　　　目前市場(chǎng)上的緩蝕劑，不但種類繁多，造成工程應(yīng)用的諸多麻煩，而且價(jià)格昂貴，致使緩蝕劑的投入占了清洗成本的很大比例。因此，開(kāi)發(fā)一種適合多金屬防腐蝕需要的、價(jià)格便宜的緩蝕劑，成為目前清洗行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。
二、緩蝕機(jī)理
　　緩蝕劑的緩蝕機(jī)理，亦即緩蝕劑在電解質(zhì)溶液中對(duì)腐蝕電池的電極過(guò)程的抑制，是由于緩蝕劑或緩蝕劑與電解質(zhì)作用于金屬表面，使金屬表面發(fā)生變化的結(jié)果。金屬表面的變化可以表現(xiàn)為氧化膜或沉淀膜的吸附，或者是離子、分子在金屬表面的吸附。因此，從物理化學(xué)角度出發(fā)，緩蝕劑的作用可以分為氧化膜型緩蝕劑、沉淀膜型緩蝕劑和吸附膜型緩蝕劑三大類。
　　本文介紹的SGR－HSJ－01緩蝕劑的主要緩蝕機(jī)理是：緩蝕劑在金屬表面形成了一層致密的吸附膜，極大地減少了酸與金屬接觸的機(jī)會(huì)；主劑的中心N原子與金屬的空d軌道形成穩(wěn)定配位價(jià)鍵，牢固地吸附在了金屬表面，改變了金屬表面的雙電層，提高了氫原子放電的活性能，使腐蝕速度降低。
三、配方篩選
　　SGR－HSJ－01為吸附膜型有機(jī)緩蝕劑，此類緩蝕劑在腐蝕介質(zhì)中對(duì)金屬表面有良好的吸附性，這種吸附改變了金屬的性質(zhì)，抑制了金屬的腐蝕。它們具有極性基團(tuán)，可被金屬的表面電荷吸附，在整個(gè)陽(yáng)極和陰極區(qū)域形成一層單分子膜，從而阻止或減緩相應(yīng)電化學(xué)的反應(yīng)。具有表面活性的有機(jī)化合物，有兩種性質(zhì)相反的基團(tuán)；親水基和親油基，這些化合物
收稿日期：2011-10
　作者簡(jiǎn)介：商海智（1973-）男，工程師，山東鄒城人，主要從事特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)、安全運(yùn)行防護(hù)工作。
的分子以親水基吸附于金屬表面上，形成一層致密的憎水膜，保護(hù)金屬表面不受水腐蝕。胺類就是水處理中常見(jiàn)的吸附膜型緩蝕劑。唑類是有色金屬（尤其是銅）的理想緩蝕劑。它們雖然與銅金屬本身作用成膜，但與上述典型的氧化膜型緩蝕劑不同，不是通過(guò)氧化，而是通過(guò)與金屬表面的銅離子形成絡(luò)合物，以化學(xué)吸附成膜的。當(dāng)金屬表面為清潔或活性狀態(tài)時(shí)，此類緩蝕劑能形成緩蝕效果令人滿意的吸附膜。但如果金屬表面有腐蝕產(chǎn)物或有垢沉積的情況下，就很難形成效果良好的緩蝕膜，此時(shí)可適當(dāng)加入少量表面活性劑，以幫助此類緩蝕劑成膜。
四、性能實(shí)驗(yàn)
1、緩蝕性能與緩蝕劑濃度的靜態(tài)/動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)
  為了驗(yàn)證SGR－HSJ－01緩蝕劑的最佳使用量，取標(biāo)準(zhǔn)碳鋼腐蝕試片，在不同酸洗液條件和不同緩蝕劑濃度下，檢測(cè)其不同的腐蝕速率（如下表），從而分析出該緩蝕劑的緩蝕性能與緩蝕劑濃度的關(guān)系
                                                                  g/m2h

　　通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)可以看出：該緩蝕劑濃度在0-0.15%區(qū)間變化時(shí)，金屬腐蝕速率顯著下降，緩蝕效果明顯，當(dāng)緩蝕劑濃度達(dá)到2%以上時(shí)，緩蝕效果完全達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求并變化穩(wěn)定，考慮到實(shí)際應(yīng)用中的諸多不確定因素，故推薦SGR－HSJ－01緩蝕劑的最佳使用量為0.3%。
　2、緩蝕性能與酸液濃度的靜態(tài)/動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)
為了驗(yàn)證SGR－HSJ－01緩蝕劑對(duì)清洗液中酸濃度的適用范圍，取標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼腐蝕試片，在不同酸濃度條件下，檢測(cè)試片腐蝕速率（如下表），從而分析出該緩蝕劑的緩蝕性能與酸液濃度的關(guān)系
                                                                  g/m2h

　　　實(shí)驗(yàn)結(jié)論：通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)可以看出，在0.3%的SGR－HSJ－01緩蝕劑的保護(hù)下，清洗液中酸濃度在0-8%區(qū)間變化時(shí)，金屬腐蝕速率無(wú)明顯變化，緩蝕效果明顯，當(dāng)酸液濃度達(dá)到10%以上時(shí)，金屬腐蝕速率開(kāi)始明顯增大，該緩蝕劑緩蝕性能開(kāi)始降低，故SGR－HSJ－01緩蝕劑適宜應(yīng)用于10%以下的酸液濃度中。
 3、本緩蝕劑的緩蝕性能與目前市場(chǎng)上出售的緩蝕性能較高的兩種緩蝕劑A和B的對(duì)比實(shí)驗(yàn)
   目前市場(chǎng)上出售的緩蝕劑種類繁多，性能各異，為了驗(yàn)證本緩蝕劑的優(yōu)越性，除了上文所做的性能實(shí)驗(yàn)外，另外選取目前市場(chǎng)上出售的緩蝕性能較高的兩種緩蝕劑A和B，在同等條件下進(jìn)行各種對(duì)比實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表），從而分析出SGR－HSJ－01緩蝕劑在目前市場(chǎng)上所出售的各類緩蝕劑中技術(shù)是先進(jìn)的。
　　對(duì)比實(shí)驗(yàn)一： 20#鋼試片在不同種酸液下的靜態(tài)緩蝕速率
　　                                                       g／（m2·h）

　　對(duì)比實(shí)驗(yàn)二：不銹鋼試片在不同種酸液下的靜態(tài)緩蝕性能對(duì)比。
　　                                                       g／（m2·h）

　　對(duì)比實(shí)驗(yàn)三：銅試片在不同種酸液下的靜態(tài)緩蝕性能對(duì)比。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　g／（m2·h）

　　
　　對(duì)比實(shí)驗(yàn)四：在不同溫度下靜態(tài)緩蝕性能對(duì)比試驗(yàn)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　g／（m2·h）

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)論：通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)對(duì)比表明SGR－HSJ－01在不同清洗液中對(duì)不同材質(zhì)均有較好緩蝕效果，緩蝕性能與目前市場(chǎng)上出售的緩蝕性能較高的兩種緩蝕劑A和B不相上下，尤其清洗不銹鋼時(shí)緩蝕性能要高于市場(chǎng)上其他緩蝕劑。
五、工程應(yīng)用
5.1 在鍋爐清洗中的應(yīng)用
　　　工程概況及清洗工藝：2010年08月我公司承接了呼倫貝爾金新化工熱電廠XD-240/9.8M型新建鍋爐的清洗工程，根據(jù)《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》及業(yè)主方的要求，對(duì)該鍋爐進(jìn)行了堿洗、鹽酸酸洗、檸檬酸漂洗、亞硝酸鈉鈍化的工藝進(jìn)行了清洗。由于該爐建設(shè)周期較長(zhǎng)，致使?fàn)t管銹蝕嚴(yán)重，因此在酸洗液中添加了1%的HF，清洗液溫度控制在50℃。
　　　清洗步驟：酸洗前，緩慢投加450Kg的SGR－HSJ－01多金屬緩蝕劑（0.3%的濃度），循環(huán)40分鐘，使緩蝕劑混合均勻，然后投加4.5T鹽酸和1.5T氫氟酸，進(jìn)行酸洗。酸洗時(shí)間為8小時(shí)，然后進(jìn)行沖洗、漂洗、鈍化，。
　　　腐蝕率的檢控：清洗前，取三片20#鋼試片處理稱重后，懸掛于清洗箱、汽包及監(jiān)視管段等位置，清洗后處理稱重，所得鍋爐清洗腐蝕率測(cè)定結(jié)果如下表

　　　工程結(jié)束后，雙方對(duì)清洗質(zhì)量進(jìn)行了割管驗(yàn)收，除垢率達(dá)到98%以上，平均腐蝕速率為0.94g/m2.h,并形成了一層完整致密的鈍化膜，完全達(dá)到DL/T794-2001《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》中規(guī)定的各項(xiàng)要求，尤其是腐蝕速率，在該爐銹蝕如此嚴(yán)重的情況下，能保證除垢率在98%以上而腐蝕率如此低，說(shuō)明本工程所使用的SGR－HSJ－01多金屬緩蝕劑性能良好，值得推廣應(yīng)用。
5.2  在不銹鋼凝汽器清洗工程中的應(yīng)用
　工程概況與清洗工藝：2010年06月我公司對(duì)安徽淮南礦業(yè)潘三電廠135MW機(jī)組不銹鋼管凝汽器進(jìn)行化學(xué)清洗，考慮到不銹鋼的主要化學(xué)成分為鐵鉻合金，并加入鎳、鉬、錳等金屬，盡管耐蝕力較好，但并非對(duì)所有化學(xué)藥品都有抵抗能力。鉻鎳不銹鋼會(huì)被硫酸、醋酸、草酸所腐蝕，另外水溶液中含有氯離子等鹵素離子也會(huì)對(duì)不銹鋼的腐蝕起促進(jìn)作用(晶間腐蝕)，如鹽酸對(duì)不銹鋼有強(qiáng)烈的腐蝕作用，因此決定采用硝酸進(jìn)行清洗，但硝酸又對(duì)碳鋼管板和碳鋼水室的腐蝕性較強(qiáng)，這種情況下，由于單一的緩蝕劑難以滿足保護(hù)兩種材質(zhì)的需要，同時(shí)添加兩種緩蝕劑又增加運(yùn)輸和施工成本，因此決定使用SGR－HSJ－01多金屬緩蝕劑。清洗液配方為：5% HNO3+0.3%緩蝕劑+0.3%滲透劑，常溫狀態(tài)下清洗時(shí)間6小時(shí)。
　　腐蝕率的監(jiān)控：清洗前，取四片不銹鋼試片處理稱重后，懸掛于清洗箱及凝汽器的進(jìn)、及出口等位置，清洗后處理稱重，所得清洗腐蝕率測(cè)定結(jié)果如下表

   由于不銹鋼的腐蝕率國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)<2 g/m2·h，本次情況基本無(wú)腐蝕性，緩蝕性能很好。
　　通過(guò)本工程的順利實(shí)施，表明SGR－HSJ－01多金屬緩蝕劑可以滿足一個(gè)清洗系統(tǒng)中同時(shí)存在兩種以上不同金屬材質(zhì)的清洗要求，為以后的類似工程提供了實(shí)踐依據(jù)
六、結(jié)論
    在保證施工質(zhì)量的前提下，盡量降低管理成本和藥劑投入，是每個(gè)清洗公司都非常關(guān)
注和研究的課題，而SGR－HSJ－01緩蝕劑，作為一種適宜多金屬材質(zhì)、多清洗介質(zhì)的清洗助劑，不但緩蝕效果理想，而且投加量低，價(jià)格低廉，適應(yīng)了清洗市場(chǎng)的需要，具有很大的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。

　　                  參考文獻(xiàn)
　　1．李得福 張學(xué)法. 工業(yè)清洗技術(shù) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.                                 
　　2．張?zhí)靹? 緩蝕劑 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.
　　　
　　作者簡(jiǎn)介：
　　商海智，男，38歲，大學(xué)，山東鄒城人，山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院濟(jì)寧分院產(chǎn)品監(jiān)檢中心主任，工程師，主要從事特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)及運(yùn)行防護(hù)工作；
　　通訊地址：山東嘉祥經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū) 濟(jì)寧新格瑞水處理有限公司，郵編272415，電話0537－6988088；