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    研發成果

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    一種多金屬緩蝕劑的研制與應用

    發布時間:2014/1/4 閱覽次數:

    商海智1喬旗1田民格2李愛兵2
    (1. 山東省特種設備檢驗研究院濟寧分院,山東濟寧 272000;2.濟寧新格瑞水處理有限公司,山東濟寧 272415)
    摘要:本文通過對SGR-HSJ-01緩蝕劑的緩蝕機理、研發過程、性能實驗、工程實際應用等幾個方面的闡述,證明了該緩蝕劑緩蝕性能優良,完全能符合國家標準及清洗工程的需要,另外,從降低施工成本、簡化施工程序的角度,分析了該緩蝕劑良好的市場前景。
    關鍵詞:多金屬緩蝕劑  緩蝕機理 性能實驗 工程應用 市場分析
            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,隨著工業清洗的迅速發展,緩蝕劑作為一門防腐蝕技術越來越得到廣泛應用。設備清洗在清除污垢的同時,也會對設備本體產生腐蝕。為保證清洗設備不遭受清洗液破壞,通常是向清洗液中加入緩蝕劑來控制設備腐蝕。對一種有實用價值的清洗緩蝕劑,實際使用劑量應該很小,一般加入劑量為0.2%-0.5%,而對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,其應用量也是越來越大,一般的清洗公司,年用量也要在幾十到上百噸。
       目前市場上的緩蝕劑,不但種類繁多,造成工程應用的諸多麻煩,而且價格昂貴,致使緩蝕劑的投入占了清洗成本的很大比例。因此,開發一種適合多金屬防腐蝕需要的、價格便宜的緩蝕劑,成為目前清洗行業的當務之急。
    二、緩蝕機理
      緩蝕劑的緩蝕機理,亦即緩蝕劑在電解質溶液中對腐蝕電池的電極過程的抑制,是由于緩蝕劑或緩蝕劑與電解質作用于金屬表面,使金屬表面發生變化的結果。金屬表面的變化可以表現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,從物理化學角度出發,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會;主劑的中心N原子與金屬的空d軌道形成穩定配位價鍵,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為吸附膜型有機緩蝕劑,此類緩蝕劑在腐蝕介質中對金屬表面有良好的吸附性,這種吸附改變了金屬的性質,抑制了金屬的腐蝕。它們具有極性基團,可被金屬的表面電荷吸附,在整個陽極和陰極區域形成一層單分子膜,從而阻止或減緩相應電化學的反應。具有表面活性的有機化合物,有兩種性質相反的基團;親水基和親油基,這些化合物
    收稿日期:2011-10
     作者簡介:商海智(1973-)男,工程師,山東鄒城人,主要從事特種設備監督檢驗、安全運行防護工作。
    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,保護金屬表面不受水腐蝕。胺類就是水處理中常見的吸附膜型緩蝕劑。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,不是通過氧化,而是通過與金屬表面的銅離子形成絡合物,以化學吸附成膜的。當金屬表面為清潔或活性狀態時,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,此時可適當加入少量表面活性劑,以幫助此類緩蝕劑成膜。
    四、性能實驗
    1、緩蝕性能與緩蝕劑濃度的靜態/動態實驗
      為了驗證SGR-HSJ-01緩蝕劑的最佳使用量,取標準碳鋼腐蝕試片,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系
                                                                      g/m2h

    緩蝕劑濃度

    5% HCL

    50

    7%檸檬酸

    90

    10% 氨基磺酸

    60

    靜態

    動態

    靜態

    動態

    靜態

    動態

    0.05%

    66

    115

    28

    65

    43

    92

    0.1%

    24

    65

    11

    25

    17

    56

    0.15%

    6

    12

    2

    8

    3.8

    9.4

    0.2%

    1.2

    3

    0.75

    4

    0.9

    2.2

    0.25%

    0.65

    2.3

    0.6

    1.3

    0.6

    1.4

    0.3%

    0.63

    1.8

    0.51

    1.2

    0.59

    1.23

    0.35%

    0.63

    1.7

    0.51

    1.2

    0.58

    1.18

    0.4%

    0.63

    1.7

    0.50

    1.2

    0.58

    1.17

    0.5%

    0.63

    1.7

    0.50

    1.2

    0.58

    1.17

      通過以上實驗可以看出:該緩蝕劑濃度在0-0.15%區間變化時,金屬腐蝕速率顯著下降,緩蝕效果明顯,當緩蝕劑濃度達到2%以上時,緩蝕效果完全達到國家標準要求并變化穩定,考慮到實際應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/動態實驗
    為了驗證SGR-HSJ-01緩蝕劑對清洗液中酸濃度的適用范圍,取標準不銹鋼腐蝕試片,在不同酸濃度條件下,檢測試片腐蝕速率(如下表),從而分析出該緩蝕劑的緩蝕性能與酸液濃度的關系
                                                                      g/m2h

    HNO3濃度(緩蝕劑0.3%

    腐蝕速率

    靜態

    動態

    0.5%

    0.01

    0.06

    1%

    0.02

    0.13

    1.5%

    0.02

    0.25

    2%

    0.03

    0.44

    3%

    0.05

    0.62

    4%

    0.06

    0.72

    5%

    0.08

    0.78

    6%

    0.09

    0.85

    8%

    0.11

    1.03

    10%

    0.12

    1.17

    12%

    1.22

    2.54

    15%

    2.38

    6.76

       實驗結論:通過以上實驗可以看出,在0.3%的SGR-HSJ-01緩蝕劑的保護下,清洗液中酸濃度在0-8%區間變化時,金屬腐蝕速率無明顯變化,緩蝕效果明顯,當酸液濃度達到10%以上時,金屬腐蝕速率開始明顯增大,該緩蝕劑緩蝕性能開始降低,故SGR-HSJ-01緩蝕劑適宜應用于10%以下的酸液濃度中。
     3、本緩蝕劑的緩蝕性能與目前市場上出售的緩蝕性能較高的兩種緩蝕劑A和B的對比實驗
       目前市場上出售的緩蝕劑種類繁多,性能各異,為了驗證本緩蝕劑的優越性,除了上文所做的性能實驗外,另外選取目前市場上出售的緩蝕性能較高的兩種緩蝕劑A和B,在同等條件下進行各種對比實驗(實驗數據見下表),從而分析出SGR-HSJ-01緩蝕劑在目前市場上所出售的各類緩蝕劑中技術是先進的。
      對比實驗一: 20#鋼試片在不同種酸液下的靜態緩蝕速率
                                                             g/(m2·h)

    項目

    HCL10%、50℃

    檸檬酸7%

    90℃

    氨基磺酸10%

    60℃

    EDTA10%

    65℃

    緩蝕劑A(0.3%)

    0.72

    0.54

    0.58

    0.13

    緩蝕劑B(0.3%)

    0.78

    0.65

    0.64

    0.14

    SGR-HSJ-01

    (0.3%)

    0.68

    0.51

    0.59

    0.13

      對比實驗二:不銹鋼試片在不同種酸液下的靜態緩蝕性能對比。
                                                             g/(m2·h)

    項目

    HNO3  10%

    25℃

    檸檬酸7%

    90℃

    氨基磺酸10%

    60℃

    EDTA10%

    65℃

    緩蝕劑A(0.3%)

    0.17

    0.14

    0.11

    0.10

    緩蝕劑B(0.3%)

    0.22

    0.15

    0.12

    0.12

    SGR-HSJ-01

    (0.3%)

    0.12

    0.09

    0.06

    0.07

      對比實驗三:銅試片在不同種酸液下的靜態緩蝕性能對比。
                                     g/(m2·h)

    項目

    HCL10%、50℃

    HNO3  10%

    25℃

    檸檬酸3%

    90℃

    氨基磺酸10%

    60℃

    EDTA10%

    65℃

    緩蝕劑A(0.3%)

    0.0389

    0.0531

    0.0521

    0.0375

    0.0335

    緩蝕劑B(0.3%)

    0.0472

    0.0613

    0.0498

    0.0248

    0.0314

    SGR-HSJ-01

    (0.3%)

    0.0441

    0.0562

    0.0511

    0.0251

    0.0293

      
      對比實驗四:在不同溫度下靜態緩蝕性能對比試驗
                                 g/(m2·h)

    項目

    HCL 10%

    HNO3  10%

    60℃

    50℃

    40℃

    25℃

    緩蝕劑A(0.3%)

    1.29

    0.72

    1.01

    0.57

    緩蝕劑B(0.3%)

    1.35

    0.78

    0.95

    0.62

    SGR-HSJ-01

    (0.3%)

    1.16

    0.68

    0.81

    0.56

      實驗結論:通過以上實驗對比表明SGR-HSJ-01在不同清洗液中對不同材質均有較好緩蝕效果,緩蝕性能與目前市場上出售的緩蝕性能較高的兩種緩蝕劑A和B不相上下,尤其清洗不銹鋼時緩蝕性能要高于市場上其他緩蝕劑。
    五、工程應用
    5.1 在鍋爐清洗中的應用
       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《火力發電廠鍋爐化學清洗導則》及業主方的要求,對該鍋爐進行了堿洗、鹽酸酸洗、檸檬酸漂洗、亞硝酸鈉鈍化的工藝進行了清洗。由于該爐建設周期較長,致使爐管銹蝕嚴重,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,進行酸洗。酸洗時間為8小時,然后進行沖洗、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、汽包及監視管段等位置,清洗后處理稱重,所得鍋爐清洗腐蝕率測定結果如下表

    試片編號

    懸掛位置

    清洗前試片重量(g)

    清洗后試片重量(g)

    清洗時間(h)

    腐蝕總量(g/m2

    腐蝕率(g/m2·h)

    2295

    清洗箱

    21.5588

    21.5358

    8

    8.16

    1.02

    2296

    汽包

    21.6280

    21.6054

    8

    8.00

    1.00

    2297

    監視管段

    21.6162

    21.5985

    8

    6.32

    0.79

       工程結束后,雙方對清洗質量進行了割管驗收,除垢率達到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,完全達到DL/T794-2001《火力發電廠鍋爐化學清洗導則》中規定的各項要求,尤其是腐蝕速率,在該爐銹蝕如此嚴重的情況下,能保證除垢率在98%以上而腐蝕率如此低,說明本工程所使用的SGR-HSJ-01多金屬緩蝕劑性能良好,值得推廣應用。
    5.2  在不銹鋼凝汽器清洗工程中的應用
     工程概況與清洗工藝:2010年06月我公司對安徽淮南礦業潘三電廠135MW機組不銹鋼管凝汽器進行化學清洗,考慮到不銹鋼的主要化學成分為鐵鉻合金,并加入鎳、鉬、錳等金屬,盡管耐蝕力較好,但并非對所有化學藥品都有抵抗能力。鉻鎳不銹鋼會被硫酸、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對不銹鋼的腐蝕起促進作用(晶間腐蝕),如鹽酸對不銹鋼有強烈的腐蝕作用,因此決定采用硝酸進行清洗,但硝酸又對碳鋼管板和碳鋼水室的腐蝕性較強,這種情況下,由于單一的緩蝕劑難以滿足保護兩種材質的需要,同時添加兩種緩蝕劑又增加運輸和施工成本,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,常溫狀態下清洗時間6小時。
      腐蝕率的監控: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、及出口等位置,清洗后處理稱重,所得清洗腐蝕率測定結果如下表

    編號

    材質

    位置

    清洗前試片重量(g)

    清洗后試片重量(g)

    失重10-4g

    時間(h)

    腐蝕總量(g/m2

    腐蝕率(g/m2·h)

    5721

    不銹鋼

    凝汽器

    22.4086

    22.4062

    24

    6

    0.86

    0.14

    5722

    不銹鋼

    凝汽器

    22.2896

    22.2869

    27

    6

    0.96

    0.16

    5723

    不銹鋼

    清洗箱

    22.0999

    22.0994

    5

    6

    0.18 

    0.03

    5724

    不銹鋼

    清洗箱

    22.4099

    22.4098

    1

    6

    0.024 

    0.006

       由于不銹鋼的腐蝕率國標標準<2 g/m2·h,本次情況基本無腐蝕性,緩蝕性能很好。

       由于不銹鋼的腐蝕率國標標準<2 g/m2·h,本次情況基本無腐蝕性,緩蝕性能很好。
      通過本工程的順利實施,表明SGR-HSJ-01多金屬緩蝕劑可以滿足一個清洗系統中同時存在兩種以上不同金屬材質的清洗要求,為以后的類似工程提供了實踐依據
    六、結論
        在保證施工質量的前提下,盡量降低管理成本和藥劑投入,是每個清洗公司都非常關
    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、多清洗介質的清洗助劑,不但緩蝕效果理想,而且投加量低,價格低廉,適應了清洗市場的需要,具有很大的開發利用價值。



                        參考文獻
      1.李得福 張學法. 工業清洗技術 [M].北京:化學工業出版社,2003.                                 
      2.張天勝. 緩蝕劑 [M].北京:化學工業出版社,2002.
       
      作者簡介:
      商海智,男,38歲,大學,山東鄒城人,山東省特種設備檢驗研究院濟寧分院產品監檢中心主任,工程師,主要從事特種設備監督檢驗及運行防護工作;
      通訊地址:山東嘉祥經濟技術開發區 濟寧新格瑞水處理有限公司,郵編272415,電話0537-6988088;

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