緩蝕劑性能的測試和評定課件

1、8.4 緩蝕劑性能的測試與評定 失重法電化學法 極化曲線法 線性極化法緩蝕劑性能的測試與評定緩蝕劑性能的測試方法實際上就是金屬腐蝕速率的測量方法，即測量不同條件下，腐蝕介質中加入緩蝕劑前、后金屬的腐蝕速率，對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的腐蝕質量g/（m“。h）、一年內金屬表面積的腐蝕深度（mm/a）等。緩蝕劑性能的測試方法可分為靜態(tài)試驗和動態(tài)試驗兩類。動態(tài)試驗又可分為實驗室動態(tài)試驗和現(xiàn)場動態(tài)試驗。靜態(tài)試驗時，金屬試樣和介質處于靜止狀態(tài)。油氣田主要采用的有密閉法和開式法，實驗設備與都較為簡單，但所得測試結果與實際應用出入較大，因此主要用于

2、緩蝕劑初步篩選和評定。在動態(tài)試驗中，實驗室動態(tài)試驗占有很重要的地位。這是因為，緩蝕劑的篩選和評定工作量較大，只能在實驗室模擬現(xiàn)場條件下進行，而且試驗方法力求迅速。而用于實驗室并不能完全模擬生產(chǎn)現(xiàn)場的介質條件等情況，因此實驗室的模擬結果還需要在生產(chǎn)實踐中進行驗證，從而得出最終結論。8.4.1 失重法失重法目前應用最廣泛。它通過稱量金屬試樣在侵入腐蝕介質一定時間后的失質量來確定金屬試樣在該條件下的腐蝕速率，從而評定緩蝕劑的緩蝕性能。該方法的缺點是得到的是金屬試樣在一定時間內的平均失質量，因此只對全面腐蝕有效，而對于局部嚴重腐蝕的金屬則不能反映腐蝕的實際情況。用失重法時，試樣表面在腐蝕結束后通常會附

3、有一層腐蝕產(chǎn)物或其他附著物，稱重前必須要將其清除。在清除表面附著物前，需要仔細觀察試樣表面的顏色、腐蝕產(chǎn)物的附著狀況、致密程度以及分布情況等，并做詳細記錄。必要時還需拍照及收集腐蝕產(chǎn)物樣品進行化學分析或微觀分析。在清除腐蝕產(chǎn)物后，要仔細觀察試樣表面有無坑蝕、開裂等局部腐蝕現(xiàn)象，并根據(jù)實驗要求考慮是否進行材料力學性能的研究。1、物理（機械）方法，試樣從腐蝕介質中取出后，先在水中沖洗，然后用橡皮、毛刷等不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、化學方法，利用化學藥劑與金屬表面的附著物發(fā)生化學反應，溶解除去腐蝕產(chǎn)物和其他附著物，但不損傷金屬

4、基體。3、電化學方法，將試樣作為陰極侵泡在適當?shù)碾娊赓|溶液中，加入輔助陽極，在較大的電流密度下進行電解，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，用化學方法或者電化學方法清洗時，需要空白試樣進行對比試驗。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，則這種清洗液對試樣的腐蝕較重，不易采用，需要更換其他清洗液。在化學或電化學清洗之后，必須立即用清水清洗，除去黏附在試樣上的清洗液，用無水乙醇脫水，放入干燥器中5-10h，然后稱重，進行失重以及腐蝕速率和緩蝕效率的計算。腐蝕產(chǎn)物的清除通常有物理（機械）法、化學法和電化學法3種方法 下面著重介紹石油工業(yè)

5、的油氣井酸化緩蝕劑緩蝕效率的靜態(tài)失重法。試驗條件和技術要求試驗條件。試驗溫度為60、90、120、150、180度，試驗壓力為常壓（60度和90度）和30MPa（120、150、180度在高壓釜內進行）；試片為N80油管鋼，J-55油管鋼或其他油管鋼；試驗酸液為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正負0.2%；酸液用量為每平方厘米試片表面積，鹽酸或土壤溶液為15mL；試驗時間為4h，若現(xiàn)場施工條件要求，可延長試驗時間。試驗技術要求。鹽酸溶液用玻璃容器，土壤溶液使用聚四氟乙烯容器。試驗次數(shù)，一般要做3個平行試驗，必要時重復平行試驗以保證實

6、驗數(shù)據(jù)的準確可靠。試片的加工和清洗試片加工。用油管鋼經(jīng)過銑、磨、鉆等機加工制得，試片表面清潔度應達到#7要求，應避免敲打及熱處理。試片形狀為長方形，尺寸為50mm*10mm*3mm，公差要求為正負0.2mm。試片的清洗和稱重。先用石油醚清洗試片在加工中殘留的油脂，然后用無水乙醇清洗水汽或雜質，洗滌要用鑷子夾持進行，然后用冷風吹干，儲存于干燥器中，30min后在分析天平上進行稱重，把稱好的試片再放進干燥器中保存待用。實驗做完后，取出試片進行清洗除去試片上的腐蝕產(chǎn)物和附著物，在分析天平上稱重，計算出腐蝕的質量損失 試驗結果評價試片表面狀況描述。對于試片腐蝕后表面是否光亮均勻，是否有斑蝕、點蝕、氫鼓

7、泡等現(xiàn)象，進行詳細記錄，對腐蝕嚴重的試片，注意拍照并保留試片。試驗溶液的描述。實驗前、后都應觀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，并記入試驗結果報告中。腐蝕速率和緩蝕效率計算。試驗結果報告。試驗結果報告包含酸液濃度、配方和用量，緩蝕劑名稱和用量;試驗溫度、壓力、時間；試片材質、名稱和化學組成；試片質量損失；試片表面腐蝕現(xiàn)象；腐蝕速率和緩蝕效率等內容。電化學法電化學是一種間接方法，測量時先對電極進行“陰極”和“陽極”極化，根據(jù)極化曲線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法和線性極化法在緩蝕劑性能測試和評定中的應用。極化曲線法 利用電化學測量技術測得以

8、金屬電極自腐蝕電位為起點的完整極化曲線，如圖8-12所示。極化曲線可分為3個區(qū)：線性區(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。的水平線相交于O“點。該點所對應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腐蝕。對于濃度極化較大的體系、電阻較大的溶液以及在強烈極化時金屬表面發(fā)生鈍化或溶解的情況則不適用。利用極化曲線法評定緩蝕劑是基于緩蝕劑會抑制腐蝕電極反應，降低腐蝕速率，從而改變受抑制的電極反應的極化曲線走向，如圖8-13所示。在

9、緩蝕劑加入后，陰、陽極理想極化曲線的交點由S。移動到S，腐蝕電流密度則由i。移動到i，腐蝕電流密度明顯減少，說明緩蝕劑起到了顯著的緩蝕作用。根據(jù)緩蝕劑對電極反應的抑制機理不同，即極化曲線走向的不同，可以將緩蝕劑分為陰極、陽極和混合抑制型緩蝕劑。根據(jù)極化曲線法得到腐蝕電流密度后，緩蝕劑的緩蝕效率n可通過下式獲得：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。極化曲線測量所用的儀器、藥品和試驗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、夾具和預處理品。恒

10、電位法的極化曲線測量操作步驟如下：1 將準備好的待測電極（面積尺寸一定），經(jīng)細砂紙打磨、石油醚脫脂、水洗、無水乙醇脫水、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)程進行操作，按恒電位儀的“電路測量”置于最大量程，預熱、調零。測定待測電極的自腐蝕電位，調節(jié)給定電位等于自腐蝕電位，然后把“電流測量”置于適當?shù)牧砍蹋侔选半娫撮_關”置于“極化”，進行極化測量，即從電極的自腐蝕電位開始，由小到大增加極化電位。電位調節(jié)幅度可由10mV，20mV，30mV逐漸增加到200mV左右。每調節(jié)一次電位值在1-2min后讀取電流值。以電位值為縱坐標，電流密度值（電流值除以電極面積值）對數(shù)為橫坐標繪制極化曲線。2、線性極化法線性極化法是快速測定金屬在腐蝕介質中腐蝕速率的一種電化學方法。其優(yōu)點是快速、靈敏檢測金屬在介質中的腐蝕速率。它適用于任何電介質溶液所構成的腐蝕體系，由于它極化電流很小，因此不至于損壞電極表面狀態(tài)，用一個電極可以多次連續(xù)測量，可測不同緩蝕劑品種，并且適用于現(xiàn)場監(jiān)控。線性極化的原理是金屬電極