缓蚀阻垢剂的加药浓度对冷冻盐水腐蚀率的影响
发布时间：2016/04/14 来源：admin 点击次数：次 【字体：大 中 小】
缓蚀阻垢剂的加药浓度对冷冻盐水腐蚀率的影响
李 玲1，杨秀梅1，薛 超1，王秀琴2
（1.安徽省蓝天能源环保科技有限公司, 安徽 合肥 231603；2.合肥工业大学先进能源技术与装备研究院，安徽 合肥 230009）
摘 要：A企业现场冷冻盐水的系统整体呈酸性，腐蚀已非常严重。本文利用碱性药剂AH-201将冷冻盐水调至弱碱性后，运用旋转挂片失重法实验来评价加入缓蚀阻垢剂AH-902的含量对冷冻盐水系统的缓蚀性能，从而寻找出最佳的缓蚀配方。
The effect of corrosion inhibitor and Scale concentration on freezing brine corrosion rate
LI Ling，YANG Xiu-mei，XUE Chao，WANG Xiu-qin
（Anhui lantian energy environmental protection technology co., LTD，Anhui 231603，China）
Abstract：The freezing brine system of A company is acidity, seriously corroded .This article uses alkaline reagents AH-201 to tune freezing brine to weak alkaline，then through rotating bolt experiment to evaluate the concentration of corrosion inhibitor and scale AH-902 effects on freezing brine corrosion rate, then to find out a best formulation.
Key words：freezing brine，corrosion inhibitor，Hydrolized polymaleic anhydride ，zinc salt，corrosion rate
1 简介
A企业股份有限公司双乙烯酮车间以21%的氯化钙作为制冷剂，冷冻温度约-15℃。冷冻盐水输送管道材质主要为碳钢，最初配置的工业氯化钙的pH为8-9，在系统中运行一段时间后降至4-5，整个系统呈酸性，且呈血红色，伴有刺激性气味。为缓解继续腐蚀，在不更换冷冻盐水的前提下，选择加入安徽省蓝天能源环保科技有限公司的缓蚀阻垢剂AH-902来进行缓蚀调节，另外利用碱性药剂AH-201将整个系统的pH值缓慢提升至弱碱性，同时将铁等杂质去除。
实验中用到的锌盐是沉淀型的缓蚀剂，可在腐蚀电池的阴极高电位区快速沉积形成保护膜，但厚度不均，且不牢固，容易产生局部腐蚀，所以单独使用不理想[[1]]。而聚马来酸酐（HPMA）具有很好的分散功能[[2]]，可以使得锌盐得到良好的分散性，从而在金属表面形成厚度较为均一的保护膜，提高缓蚀作用。与此同时水解聚马来酸酐还具有优良的阻垢性能，降低管道内的结垢，提高散热效果，减少垢下腐蚀。不仅如此，它还与其他药剂有良好的配伍性等优点，非常适合在高硬度、高碱度、高温度、高pH 值等苛刻条件下使用,其性能远远优于同类产品，并且不含磷，无毒，不对环境造成污染，绿色环保，在工业循环水处理领域具有良好的应用前景。本实验中总使用的缓蚀阻垢剂AH-902将锌盐和高分子量的水解聚马来酸酐很好的结合在一起。
2 实验材料和仪器
实验材料：A3碳钢(I型)；
实验用水：A企业现场冷冻盐水；
实验药品：AH-201(去除铁等杂质的碱性药剂)，缓蚀阻垢药剂AH-902(含一定比例的锌盐和水解聚马来酸酐等)；
实验仪器：pH计(S-3C数字式酸度计)，ZJ 型浸渍腐蚀试验仪；机械搅拌器(JJ-1精密增力电动搅拌器) ，电子天平；
3 缓蚀实验方案与结果分析
实验采用常温下旋转挂片失重法进行缓蚀性能测定，旋转速度80r/min，时间72小时；在弱碱性条件下改变AH-902药剂浓度分析对腐蚀率的影响，寻找出最佳的加药浓度配方。
3.1 缓蚀阻垢剂AH-902含量对抗腐蚀性能的影响
用AH-201溶液将浅冷冷冻盐水pH值调至7-9，只考虑阻垢缓蚀剂AH-902的加药浓度对冷冻盐水抗腐蚀效果的影响，平行实验3次，取平均值结果见表1：
表1 旋转挂片失重法缓蚀实验结果
编号 | AH-902含量 | 试片平均失重/g | 腐蚀速率mm/a | 缓蚀率% |
HS-1 | 0 | 0.0801 | 0.4432 | 0.00 |
HS-2 | 0.30% | 0.0473 | 0.2617 | 40.95 |
HS-3 | 0.60% | 0.0277 | 0.1534 | 65.39 |
HS-4 | 0.90% | 0.0155 | 0.0856 | 80.69 |
HS-5 | 1.20% | 0.0079 | 0.0438 | 90.12 |
HS-6 | 1.50% | 0.0050 | 0.0276 | 93.77 |
HS-7 | 1.80% | 0.0042 | 0.0234 | 94.72 |
由上表可以看出，随着加药浓度从0增加到1.8%时，腐蚀率逐渐下降，并在浓度为1.8%时达到最低值，说明HPMA在该范围内浓度越大分散性能越好，缓蚀效果也越来越好，从缓蚀率来看，均在40%以上，尤其在AH-902浓度大于1.2%后，腐蚀率均小于0.075mm/a达到国家标准，缓蚀率达到了90%以上，可见含有聚马来酸酐和锌盐的缓蚀阻垢剂AH-902具有优异的缓蚀效果。
由配制冷冻盐水可以看出溶液呈弱碱性时缓蚀效果最好，在用AH-201溶液对A企业现场冷冻盐水调节pH值时出现大量沉淀，因此建议缓慢分批加入AH-201，产生沉淀后，每两天沉降分离一批冷冻盐水，上清液回用，下层沉淀去除以维持系统的稳定。经过滤后测得钙铁等离子含量如表2：
表2 A冷冻盐水（浅冷）水质pH调整前后Ca、Fe含量对比分析
指标 | pH | Ca /g.L-1 | Fe/g.L-1 |
处理前 | 4.11 | 83.2 | 5.980 |
处理后 | 7.59 | 72.50 | 0.074 |
由表中可以看出加入AH-201，调整pH值至弱碱性，经过滤后得到溶液上清液中钙含量基本不变，但铁的含量却大幅度降低。即AH-201的加入将原溶液中大量的铁以沉淀方式去除。根据碳钢在自来水中的电化学腐蚀主要是氧的去极化[[3]] ，其反应式为：
阳极： Fe→Fe2++2e
阴极： O2 +2H2O+4e→4OH-
阳极溶解的铁离子与氢氧根和氧气分子生成红色铁锈，并附着在基层表面，从而形成锈垢，在锈垢下会出现局部腐蚀，再有大小阴极以及孔蚀自催化形成设备穿孔 [[4]]。可推测铁含量的减少对降低腐蚀率有一定的作用。
为了验证铁离子含量对腐蚀率的影响，我们设计了相应的缓蚀实验，使用碱性药剂AH-201溶液将A企业现场冷冻盐水的pH值调至弱碱性，加入1.5%的AH-902，经过滤去沉淀。平行实验3次取平均值，结果见表3 。
表3 去沉淀后旋转挂片失重法缓蚀实验结果
编号 | AH-902含量 | 试片平均失重/g | 腐蚀率（mm/a） | 缓蚀率% |
HS-8 | 0 | 0.0733 | 0.4057 | 0.00 |
HS-9 | 0.30% | 0.0436 | 0.2412 | 40.55 |
HS-10 | 0.60% | 0.0254 | 0.1408 | 65.29 |
HS-11 | 0.90% | 0.0132 | 0.0729 | 82.03 |
HS-12 | 1.20% | 0.0072 | 0.0401 | 90.12 |
HS-13 | 1.50% | 0.0042 | 0.0230 | 94.33 |
HS-14 | 1.80% | 0.0040 | 0.0219 | 94.60 |
由以上实验结果可以看出 HS-14的缓蚀效果最好，即在pH值为弱碱性是时，加药AH-902浓度为1.5%，并将沉淀过滤此时得到的腐蚀率最低，且达到国家标准。
图1 弱碱性下不同AH-902浓度未过滤组与过滤组腐蚀率的比较
我们将同等条件下过滤前后的腐蚀率作对比如图1，从图中可以看出过滤组的腐蚀率均低于为过滤组，且两组趋势类似，腐蚀率均先随着加入AH-902用量升高为降低，在浓度为1.8%时达到最低值。且腐蚀率的差值是随着加入药剂含量的增加而减小，并在药剂含量大于等于1.2%时，过滤前后的腐蚀率基本相同。也就是说此时过滤对腐蚀率的大小几乎无影响。
4 结论
综合所述可得出腐蚀率均先随着加入AH-902用量升高为降低，在浓度为1.8%时达到最低值，但出于经济方面的考虑，建议选择加入药剂含量为1.5%，也可达到很好的缓蚀效果。沉淀的过滤可以在一定程度上降低腐蚀率，但当加入缓蚀剂的含量大于等于1.2%时，对腐蚀率的影响可以忽略。但仍然建议在冷冻盐水区域安装沉降池，定期沉降过滤维持系统稳定。
参考文献：
[[1]]周晓东,王卫,王凤英.工业缓蚀阻垢剂的应用研究进展[J].腐蚀与防护,2004,4(25):153-154
[[2]]马瑞廷,姜承志,丁保宏.水解聚马来酸酐缓蚀分散性能的研究[J].腐蚀科学与防护技术,2004, 2(16):88
[[3]]曹楚南.腐蚀电化学[M] .北京:化学工业出版社,1994.
[[4]]于建辉,彭乔,崔元成.膦羧酸型缓蚀阻垢剂的缓蚀行为研究[J].材料保护,2004,7(37):43
