化學(xué)清洗中酸洗緩蝕劑的選擇和應(yīng)用

一、前言


酸洗廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的不同工藝，如工業(yè)設(shè)備、管路、低壓鍋爐、發(fā)電廠鍋爐、中央空調(diào)等設(shè)備清洗，鋼鐵除銹及油水酸化等。由于酸洗劑對(duì)金屬有腐蝕性，所以要添加酸洗緩蝕劑以減少或消除對(duì)金屬的傷害。


二、酸洗緩蝕劑的選擇


工業(yè)設(shè)備和管道為了適應(yīng)工藝和輸送介質(zhì)常選用不同的材質(zhì)?；瘜W(xué)酸洗中根據(jù)材質(zhì)的不同和結(jié)垢的類型及程度的不同分別選用不同的清洗介質(zhì)。常用的無(wú)機(jī)清洗介質(zhì)有鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸，**清洗介質(zhì)有檸檬酸、氨基磺酸、EDTA、羥基乙酸等。眾所周知，不同的酸具有不同的特點(diǎn)，因此需要的緩蝕劑也不相同。


清洗過(guò)程的正常進(jìn)行，不僅僅與清洗介質(zhì)、金屬材質(zhì)、緩蝕劑品種有關(guān)，同時(shí)還與緩蝕劑用量、清洗溫度、清洗流速等因素有關(guān)，而這幾個(gè)因素是相互關(guān)聯(lián)的，選擇緩蝕劑就需要綜合考慮。


2.1緩蝕劑用量的影響


緩蝕劑用量對(duì)金屬腐蝕的影響大致有三種情況：


a、金屬的腐蝕速率隨緩蝕劑用量增加而降低。**及無(wú)機(jī)緩蝕劑在酸性介質(zhì)中，基本都屬于這種情況。實(shí)際使用中應(yīng)結(jié)合保護(hù)效果，考慮綜合效益，合理確定緩蝕劑用量。


b、緩蝕劑的濃度和金屬腐蝕速率的關(guān)系有極限值。即在某一濃度時(shí)緩蝕效果較好，濃度過(guò)低或過(guò)高都會(huì)使緩蝕效率降低。因此在使用此類緩蝕劑時(shí)，必須注意緩蝕劑不能過(guò)量。


c、 緩蝕劑用量不足會(huì)加速金屬腐蝕。大部分氧化劑如過(guò)氧化氫、硅酸鈉等屬于此類緩蝕劑。對(duì)于這類緩蝕劑加量太少是危險(xiǎn)的，必須十分注意。


2.2清洗溫度的影響


a、溫度升高，緩蝕效率顯著下降。這是由于溫度升高時(shí)，緩蝕劑的吸附作用明顯降低，腐蝕加劇，大多數(shù)**及無(wú)機(jī)緩蝕劑都屬于這一情況。


b、在一定范圍內(nèi)，緩蝕劑不隨溫度升高而改變。用于中性水溶液的一些無(wú)機(jī)緩蝕劑，其緩蝕效率幾乎是不隨溫度升高而改變的。對(duì)于沉淀膜型緩蝕劑，一般也應(yīng)在介質(zhì)的沸點(diǎn)以下使用才會(huì)有較好的效果。


c、隨著溫度的升高，緩蝕效率也增高。這可能是由于溫度升高時(shí)，緩蝕劑可依靠化學(xué)吸附與金屬表面結(jié)合，生成一種反應(yīng)產(chǎn)物薄膜?；蛘呤菧囟容^高時(shí)，緩蝕劑易在金屬表面形成一層類似鈍化膜層，從而降低腐蝕速率。因此，當(dāng)介質(zhì)溫度較高時(shí)，這類緩蝕劑較有實(shí)用**。


2.3介質(zhì)流動(dòng)速度的影響


在大多數(shù)情況下，增加介質(zhì)的流速將導(dǎo)致緩蝕效率降低。由于流量增加，導(dǎo)致腐蝕加速，此時(shí)緩蝕劑變成腐蝕活化劑。


2.4清洗材質(zhì)的影響


在一套完整的清洗系統(tǒng)中，管道和設(shè)備的材質(zhì)有時(shí)并不是一種。對(duì)于一些特殊設(shè)備，為了達(dá)到特定的強(qiáng)度、韌性、塑性或其他性能常選用合金；為了滿足特殊工藝需求，而是多種材質(zhì)共存，如海水淡化多效蒸發(fā)器中，同時(shí)存在著鋁黃銅、316L不銹鋼、鈦合金；鍋爐系統(tǒng)中同時(shí)存在20G、12CrMoV、15CrMo、SA210C等材質(zhì)。


多種材質(zhì)的共存，給清洗帶來(lái)了難度，同時(shí)對(duì)緩蝕劑的要求也較高，這種情況下有時(shí)單一的緩蝕劑并不能滿足清洗的要求，需要加入輔助緩蝕劑。


2.5氧化性因子的影響


當(dāng)酸洗液中存在一定量的溶解氧、Cu2+、Fe3+時(shí)會(huì)顯著增大腐蝕速率。具體原理如下：


4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O


Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+


Cu2+ +Fe =Fe2++Cu


當(dāng)體系含有大量的Fe3+時(shí)，腐蝕速率明顯加快[1]；Cu2+的存在不僅會(huì)加速腐蝕還會(huì)造成鍍銅現(xiàn)象，所以在清洗過(guò)程中，必須選擇合適的輔助緩蝕劑，來(lái)抑制這些因子對(duì)緩蝕效率的不良影響。


2.6小型實(shí)驗(yàn)


當(dāng)我們根據(jù)各種條件選擇好合適的緩蝕劑后，在工程實(shí)施時(shí)一定要進(jìn)行小型試驗(yàn)，確保緩蝕效率達(dá)標(biāo)后才能應(yīng)用。這是保證酸洗質(zhì)量的一個(gè)非常重要的措施，怕麻煩或盲從某品牌，可能會(huì)造成重大損失。


例如，在給華電集團(tuán)某發(fā)電廠清洗300MW機(jī)組凝汽器時(shí)，清洗后發(fā)現(xiàn)腐蝕率**標(biāo)，并發(fā)生鍍銅現(xiàn)象。請(qǐng)我們進(jìn)行會(huì)診分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)目沒(méi)有對(duì)緩蝕劑進(jìn)行小型實(shí)驗(yàn)，取殘留緩蝕劑進(jìn)行，結(jié)果是該緩蝕劑銅的緩蝕率不達(dá)標(biāo)。后追查該緩蝕劑生，給的答復(fù)是：“我們的多用酸洗緩蝕劑LXX-XXX分兩種，一種是適用于銅的，一種是不適用銅的”。實(shí)際上根據(jù)該產(chǎn)品說(shuō)明書，應(yīng)該是適用于銅的，我們分析，可能是廠家為了降低成本，減少了一些重要成分，清洗體系中只有碳鋼時(shí)，緩蝕效率影響不大，含有銅時(shí)，無(wú)法抑制電化學(xué)腐蝕和鍍銅，造成緩蝕失效。


三、緩蝕劑的新產(chǎn)品應(yīng)用


緩蝕劑作為一種經(jīng)濟(jì)適用和高效的防腐蝕方法，在保護(hù)資源和減少材料損失方面起著重要的作用，特別是在化學(xué)清洗工作中，緩蝕劑的作用較是舉足輕重。目前，絕大沒(méi)有技術(shù)研發(fā)能力，一般購(gòu)買市售酸洗緩蝕劑進(jìn)行酸洗，而目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的酸洗緩蝕劑大多為幾十年前的技術(shù)，很少有單位專門投入資源進(jìn)行研發(fā)和創(chuàng)新，我國(guó)的酸洗緩蝕劑技術(shù)相較于法國(guó)、日本等國(guó)技術(shù)已顯落后。


近些年來(lái)，基于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要，欣格瑞（山東）結(jié)合大量工程實(shí)踐，特別是總結(jié)我國(guó)工業(yè)清洗行業(yè)中出現(xiàn)的緩蝕失效問(wèn)題的基礎(chǔ)上，結(jié)合引進(jìn)的國(guó)外緩蝕技術(shù)，研制出一批新型工業(yè)酸洗緩蝕劑（具體型號(hào)應(yīng)用范圍見(jiàn)下表3-1），這些新型緩蝕劑不僅具有穩(wěn)定高效的緩蝕效率和安全方便的使用方法，而且在應(yīng)用過(guò)程中符合“綠色化學(xué)”的要求，降低了產(chǎn)品的環(huán)境負(fù)荷，在一系列清洗工程中**了良好的效果。


表3-1 緩蝕劑型號(hào)及應(yīng)用范圍對(duì)照表


2016年京唐鋼鐵委托欣格瑞（山東）進(jìn)行海水淡化多效蒸發(fā)器清洗，該蒸發(fā)器體系中同時(shí)存在著鋁黃銅、316L不銹鋼、鈦合金、碳鋼，酸洗階段采用無(wú)機(jī)酸作為主清洗劑，考慮到材質(zhì)的復(fù)雜性，為了避免銅離子的影響，欣格瑞工程中心采用酸洗緩蝕劑SGR-0405和輔助緩蝕劑SGR-FH01**了良好的效果，清洗后各材質(zhì)換熱管光亮、無(wú)鍍銅、無(wú)過(guò)腐蝕現(xiàn)象，如圖3-1所示。


圖3-1 為換熱器管的表面，a是清洗前；b是清洗后。


我們對(duì)可以購(gòu)買到的所有國(guó)產(chǎn)酸洗緩蝕劑進(jìn)行了高溫緩蝕實(shí)驗(yàn)，基本上都難以達(dá)到理想效果。近期，湖北能源集團(tuán)鄂州電廠三期 2×1050MW**臨界燃煤機(jī)組5號(hào)鍋爐酸洗工程日前順利竣工，此次鍋爐酸洗采用EDTA高溫酸洗工藝，采用欣格瑞（山東）*的EDTA酸洗緩蝕劑SGR-0406，清洗結(jié)束后腐蝕速率等各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)良，樣管表面干凈無(wú)污物、無(wú)點(diǎn)蝕，并形成了完整致密的氧化膜，如圖3-2所示，獲得業(yè)主、總包、電建、監(jiān)理、調(diào)試等各方高度評(píng)價(jià)，解決了國(guó)產(chǎn)緩蝕劑應(yīng)用于高溫清洗的難題。


圖3-2 為鍋爐管道內(nèi)表面，a是清洗前；b，是清洗后。


四、總結(jié)


酸洗是一個(gè)看似簡(jiǎn)單實(shí)則復(fù)雜的過(guò)程，緩蝕劑在酸洗中發(fā)揮著重要的作用。由于酸中金屬的腐蝕速率受清洗介質(zhì)、清洗溫度、流速和緩蝕劑類型等多種因素的影響，因此我們要結(jié)合前期經(jīng)驗(yàn)，綜合分析，選擇較合適的緩蝕劑，做到清洗的低耗高效和安全環(huán)保。


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