緩蝕劑性能的測(cè)試和評(píng)定

1、8.4 緩蝕劑性能的測(cè)試與評(píng)定緩蝕劑性能的測(cè)試與評(píng)定 失重法失重法 電化學(xué)法電化學(xué)法 極化曲線(xiàn)法 線(xiàn)性極化法緩蝕劑性能的測(cè)試與評(píng)定緩蝕劑性能的測(cè)試與評(píng)定 緩蝕劑性能的測(cè)試方法實(shí)際上就是金屬腐蝕速率的測(cè)量方法，即測(cè)量不同條件下，腐蝕介質(zhì)中加入緩蝕劑前、后金屬的腐蝕速率，對(duì)比后確定緩蝕效率和最佳使用條件。腐蝕速率可用通用單位表示，如每平方米金屬表面積每小時(shí)的腐蝕質(zhì)量g/（m“。h）、一年內(nèi)金屬表面積的腐蝕深度（mm/a）等。 緩蝕劑性能的測(cè)試方法可分為靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)兩類(lèi)。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)又可分為實(shí)驗(yàn)室動(dòng)態(tài)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。 靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)，金屬試樣和介質(zhì)處于靜止?fàn)顟B(tài)。油氣田主要采用的有密閉法和開(kāi)式法，實(shí)

2、驗(yàn)設(shè)備與都較為簡(jiǎn)單，但所得測(cè)試結(jié)果與實(shí)際應(yīng)用出入較大，因此主要用于緩蝕劑初步篩選和評(píng)定。 在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室動(dòng)態(tài)試驗(yàn)占有很重要的地位。這是因?yàn)?，緩蝕劑的篩選和評(píng)定工作量較大，只能在實(shí)驗(yàn)室模擬現(xiàn)場(chǎng)條件下進(jìn)行，而且試驗(yàn)方法力求迅速。而用于實(shí)驗(yàn)室并不能完全模擬生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的介質(zhì)條件等情況，因此實(shí)驗(yàn)室的模擬結(jié)果還需要在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)行驗(yàn)證，從而得出最終結(jié)論。8.4.1 失重法失重法 失重法目前應(yīng)用最廣泛。 它通過(guò)稱(chēng)量金屬試樣在侵入腐蝕介質(zhì)一定它通過(guò)稱(chēng)量金屬試樣在侵入腐蝕介質(zhì)一定時(shí)間后的失質(zhì)量來(lái)確定金屬試樣在該條件時(shí)間后的失質(zhì)量來(lái)確定金屬試樣在該條件下的腐蝕速率，從而評(píng)定緩蝕劑的緩蝕性下的腐蝕速率，從而評(píng)定

3、緩蝕劑的緩蝕性能。能。 該方法的缺點(diǎn)是得到的是金屬試樣在一定時(shí)間內(nèi)的平均失質(zhì)量，因此只對(duì)全面腐蝕有效，而對(duì)于局部嚴(yán)重腐蝕的金屬則不能反映腐蝕的實(shí)際情況。 用失重法時(shí)，試樣表面在腐蝕結(jié)束后通常會(huì)附有一層腐蝕產(chǎn)物或其他附著物，稱(chēng)重前必須要將其清除。在清除表面附著物前，需要仔細(xì)觀(guān)察試樣表面的顏色、腐蝕產(chǎn)物的附著狀況、致密程度以及分布情況等，并做詳細(xì)記錄。必要時(shí)還需拍照及收集腐蝕產(chǎn)物樣品進(jìn)行化學(xué)分析或微觀(guān)分析。在清除腐蝕產(chǎn)物后，要仔細(xì)觀(guān)察試樣表面有無(wú)坑蝕、開(kāi)裂等局部腐蝕現(xiàn)象，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求考慮是否進(jìn)行材料力學(xué)性能的研究。 1、物理（機(jī)械）方法，試樣從腐蝕介質(zhì)中取出后，先在水中沖洗，然后用橡皮、毛刷等不

4、損傷金屬基體的工具刷洗，除去絕大部分厚而疏松的腐蝕產(chǎn)物。有些不容易去除的，也可用超聲波方法除去。 2、化學(xué)方法，利用化學(xué)藥劑與金屬表面的附著物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶解除去腐蝕產(chǎn)物和其他附著物，但不損傷金屬基體。 3、電化學(xué)方法，將試樣作為陰極侵泡在適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)溶液中，加入輔助陽(yáng)極，在較大的電流密度下進(jìn)行電解，利用試樣表面產(chǎn)生氫氣氣泡的物理作用，將腐蝕產(chǎn)物和附著物從金屬表面剝離。 必須指出，用化學(xué)方法或者電化學(xué)方法清洗時(shí)，需要空白試樣進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。如果空白試樣的失重比由于腐蝕引起的平均失重高出10%以上，則這種清洗液對(duì)試樣的腐蝕較重，不易采用，需要更換其他清洗液。在化學(xué)或電化學(xué)清洗之后，必須立即用清水

5、清洗，除去黏附在試樣上的清洗液，用無(wú)水乙醇脫水，放入干燥器中5-10h，然后稱(chēng)重，進(jìn)行失重以及腐蝕速率和緩蝕效率的計(jì)算。腐蝕產(chǎn)物的清除通常有物理（機(jī)械）法、化學(xué)法和電化學(xué)法3種方法 下面著重介紹石油工業(yè)的油氣井酸化緩蝕劑緩蝕效率的靜態(tài)失重法。 試驗(yàn)條件和技術(shù)要求 試驗(yàn)條件。試驗(yàn)溫度為60、90、120、150、180度，試驗(yàn)壓力為常壓（60度和90度）和30MPa（120、150、180度在高壓釜內(nèi)進(jìn)行）；試片為N80油管鋼，J-55油管鋼或其他油管鋼；試驗(yàn)酸液為15%-28%HCl溶液，土壤溶液由3%-6%HF和6%-12%HCl組成，酸液濃度誤差不超過(guò)正負(fù)0.2%；酸液用量為每平方厘米試片

6、表面積，鹽酸或土壤溶液為15mL；試驗(yàn)時(shí)間為4h，若現(xiàn)場(chǎng)施工條件要求，可延長(zhǎng)試驗(yàn)時(shí)間。 試驗(yàn)技術(shù)要求。鹽酸溶液用玻璃容器，土壤溶液使用聚四氟乙烯容器。試驗(yàn)次數(shù)，一般要做3個(gè)平行試驗(yàn)，必要時(shí)重復(fù)平行試驗(yàn)以保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。試片的加工和清洗試片加工。用油管鋼經(jīng)過(guò)銑、磨、鉆等機(jī)加工制得，試片表面清潔度應(yīng)達(dá)到#7要求，應(yīng)避免敲打及熱處理。試片形狀為長(zhǎng)方形，尺寸為50mm*10mm*3mm，公差要求為正負(fù)0.2mm。試片的清洗和稱(chēng)重。先用石油醚清洗試片在加工中殘留的油脂，然后用無(wú)水乙醇清洗水汽或雜質(zhì)，洗滌要用鑷子夾持進(jìn)行，然后用冷風(fēng)吹干，儲(chǔ)存于干燥器中，30min后在分析天平上進(jìn)行稱(chēng)重，把稱(chēng)好的試

7、片再放進(jìn)干燥器中保存待用。實(shí)驗(yàn)做完后，取出試片進(jìn)行清洗除去試片上的腐蝕產(chǎn)物和附著物，在分析天平上稱(chēng)重，計(jì)算出腐蝕的質(zhì)量損失 試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)試片表面狀況描述。對(duì)于試片腐蝕后表面是否光亮均勻，是否有斑蝕、點(diǎn)蝕、氫鼓泡等現(xiàn)象，進(jìn)行詳細(xì)記錄，對(duì)腐蝕嚴(yán)重的試片，注意拍照并保留試片。試驗(yàn)溶液的描述。實(shí)驗(yàn)前、后都應(yīng)觀(guān)察酸溶液是否透明清亮，是否有分層、乳化、渾濁、沉淀等現(xiàn)象，并記入試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告中。腐蝕速率和緩蝕效率計(jì)算。試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告。試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告包含酸液濃度、配方和用量，緩蝕劑名稱(chēng)和用量;試驗(yàn)溫度、壓力、時(shí)間；試片材質(zhì)、名稱(chēng)和化學(xué)組成；試片質(zhì)量損失；試片表面腐蝕現(xiàn)象；腐蝕速率和緩蝕效率等內(nèi)容。電化學(xué)法電化學(xué)法

8、電化學(xué)是一種間接方法，測(cè)量時(shí)先對(duì)電極進(jìn)行“陰極”和“陽(yáng)極”極化，根據(jù)極化曲線(xiàn)推算出腐蝕電流密度I。再換算出腐蝕速率。下面主要介紹極化曲線(xiàn)法和線(xiàn)性極化法在緩蝕劑性能測(cè)試和評(píng)定中的應(yīng)用。極化曲線(xiàn)法 利用電化學(xué)測(cè)量技術(shù)測(cè)得以金屬電極自腐蝕電位為起點(diǎn)的完整極化曲線(xiàn)，如圖8-12所示。 極化曲線(xiàn)可分為3個(gè)區(qū)：線(xiàn)性區(qū)-AB段；弱極化區(qū)-BC段；塔菲爾區(qū)-CD段。在E-lgi圖上將塔菲爾區(qū)的CD段外推，使其與自腐蝕電位E。的水平線(xiàn)相交于O“點(diǎn)。該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)電流密度即為金屬的自腐蝕電流密度i。，根據(jù)法拉第定律，即可將電流密度i。換算為腐蝕速率。極化曲線(xiàn)法只適用于活化控制的腐蝕體系，如金屬在酸中的析氫反應(yīng)腐蝕。對(duì)

9、于濃度極化較大的體系、電阻較大的溶液以及在強(qiáng)烈極化時(shí)金屬表面發(fā)生鈍化或溶解的情況則不適用。利用極化曲線(xiàn)法評(píng)定緩蝕劑是基于緩蝕劑會(huì)抑制腐蝕電極反應(yīng)，降低腐蝕速率，從而改變受抑制的電極反應(yīng)的極化曲線(xiàn)走向，如圖8-13所示。在緩蝕劑加入后，陰、陽(yáng)極理想極化曲線(xiàn)的交點(diǎn)由S。移動(dòng)到S，腐蝕電流密度則由i。移動(dòng)到i，腐蝕電流密度明顯減少，說(shuō)明緩蝕劑起到了顯著的緩蝕作用。根據(jù)緩蝕劑對(duì)電極反應(yīng)的抑制機(jī)理不同，即極化曲線(xiàn)走向的不同，可以將緩蝕劑分為陰極、陽(yáng)極和混合抑制型緩蝕劑。 根據(jù)極化曲線(xiàn)法得到腐蝕電流密度后，緩蝕劑的緩蝕效率n可通過(guò)下式獲得： 式中，i。和i分別是緩蝕劑加入前、后金屬的自腐蝕電流密度。極化曲

10、線(xiàn)測(cè)量所用的儀器、藥品和試驗(yàn)裝置主要有恒電位儀、飽和甘汞電極、栢電極、金屬電極、恒溫水浴槽、鹽橋、電解池、酸溶液（鹽酸、硫酸、氫氟酸等）、緩蝕劑、鹽酸和硫酸用玻璃燒杯或燒瓶、氫氟酸用塑料容器，以及其他試件、夾具和預(yù)處理品。恒電位法的極化曲線(xiàn)測(cè)量操作步驟如下：1 將準(zhǔn)備好的待測(cè)電極（面積尺寸一定），經(jīng)細(xì)砂紙打磨、石油醚脫脂、水洗、無(wú)水乙醇脫水、吹干后安裝到夾具上，置于電解池中。2 接好電路，裝好儀器。按恒電位儀的操作規(guī)程進(jìn)行操作，按恒電位儀的“電路測(cè)量”置于最大量程，預(yù)熱、調(diào)零。測(cè)定待測(cè)電極的自腐蝕電位，調(diào)節(jié)給定電位等于自腐蝕電位，然后把“電流測(cè)量”置于適當(dāng)?shù)牧砍?，再把“電源開(kāi)關(guān)”置于“極化”，進(jìn)行極化測(cè)量，即從電極的自腐蝕電位開(kāi)始，由小到大增加極化電位。電位調(diào)節(jié)幅度可由10mV，20mV，30mV逐漸增加到200mV左右。每調(diào)節(jié)一次電位值在1-2min后讀取電流值。以電位值為縱坐標(biāo)，電流密度值（電流值除以電極面積值）對(duì)數(shù)為橫坐標(biāo)繪制極化曲線(xiàn)。2、線(xiàn)性極化法 線(xiàn)性極化法是快速測(cè)定金屬在腐蝕介質(zhì)中腐蝕速率的一種電化學(xué)方法。其優(yōu)點(diǎn)是快速、靈敏檢測(cè)金屬在介質(zhì)中的腐蝕速率。它適用于任何電介質(zhì)溶液所構(gòu)成的腐蝕體系，由于它極化電流很小，因此不至于損壞電極表面狀態(tài)，用一個(gè)電極可以多次連續(xù)測(cè)量，可測(cè)不同緩蝕劑品種，并且適用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。 線(xiàn)性極化的原理