CN105319142A - 一种气相缓蚀剂的评价装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气相缓蚀剂的评价装置及方法。装置设有反应釜(1)，其外部设有水浴缸(2)，内部设有腐蚀试片架(5)。装置还设有H₂S气瓶(6)、CO₂气瓶(7)、N₂气瓶(8)、缓冲罐(10)和尾气吸收罐。H₂S气瓶、CO₂气瓶、N₂气瓶分别通过设有第一阀门(91)、第二阀门(92)、第三阀门(93)的管线与反应釜相连，N₂气瓶还通过设有第四阀门(94)的管线与缓冲罐相连，缓冲罐通过设有第五阀门(95)的管线与反应釜相连，反应釜通过设有第六阀门(96)的管线与尾气吸收罐相连。本发明公开了采用上述装置进行气相缓蚀剂评价的方法。本发明主要用于对在炼油厂腐蚀环境中使用的气相缓蚀剂的缓蚀效果进行评价。

Description

一种气相缓蚀剂的评价装置及方法

技术领域

本发明属于金属腐蚀抑制技术领域，具体来说涉及到一种气相缓蚀剂的评价装置及方法。

背景技术

气相缓蚀剂又称为挥发性缓蚀剂或气相防锈剂，常温下能自动挥发出具有缓蚀作用的成分，扩散溶解到金属表面的薄层电解液中，吸附在金属表面，从而抑制金属腐蚀。气相缓蚀剂在使用时，在不必直接接触金属表面的情况下就能使金属制品的表面、沟槽以及缝隙等部位得到很好的保护，具有防蚀效果好、操作简便、成本较低等特点，因此特别适合用于结构复杂的金属制品与构件的非涂装性保护。目前气相缓蚀剂已广泛应用于金属材料、制品、工业设备、仪器等的防锈处理中。例如在石油加工领域，气相缓蚀剂用于防止CO₂、H₂S对油气集输设备和管线、大型储油罐顶部的腐蚀，以及抑制常减压塔顶油气中HCl、H₂S对冷凝冷却系统设备和管线的腐蚀。

通常，气相缓蚀剂缓蚀效果的评价可分为自然环境试验和实验室加速试验两种方法。自然环境试验虽然试验结果可靠，但试验时间往往过长，不利于气相缓蚀剂的开发和评价，因此各种实验室加速评价方法得到广泛认可并迅速发展起来。目前针对气相缓蚀剂，最常用的实验室评价方法是电化学法和失重法。相比较而言，失重法虽然较原始，但却是一种最可靠的直接测定法；除了被广泛应用于评价筛选气相缓蚀剂外，还可被用于验证其它测试方法的准确性。

《包装工程》杂志2007年第1期刊登的“气相缓蚀剂失重评价方法研究”一文，整理了国内外近些年来评价方法的一些热点和变化，对比了各个试验装置，阐述了预挥发和预膜、试验温度、腐蚀试片位置、试验方法对气相缓蚀剂缓蚀效果的影响。从中可以看出，所列举的试验装置及方法过于简单，都是在没有除氧的环境中进行试验的，另外不能考察H₂S、CO₂等腐蚀性介质的影响。这使其试验环境与石油加工炼油厂的实际腐蚀环境相差较大，导致不能对气相缓蚀剂在炼油厂腐蚀环境中的缓蚀效果进行准确的评价。

发明内容

本发明的目的是提供一种气相缓蚀剂的评价装置及方法，以解决现有的气相缓蚀剂的评价装置及方法所存在的因试验环境与石油加工炼油厂的实际腐蚀环境相差较大而导致不能对气相缓蚀剂在炼油厂腐蚀环境中的缓蚀效果进行准确评价的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种气相缓蚀剂的评价装置，设有反应釜，反应釜设有顶盖，外部设有水浴缸，内部设有腐蚀试片架，其特征在于：该装置还设有H₂S气瓶、CO₂气瓶、N₂气瓶、缓冲罐和尾气吸收罐，H₂S气瓶、CO₂气瓶、N₂气瓶分别通过设有第一阀门、第二阀门、第三阀门的管线与反应釜相连，N₂气瓶还通过设有第四阀门的管线与缓冲罐相连，缓冲罐通过设有第五阀门的管线与反应釜相连，反应釜通过设有第六阀门的管线与尾气吸收罐相连。

采用上述装置进行气相缓蚀剂评价的方法，评价试验之前各阀门均处于关闭状态，该方法包括如下步骤：

A、将腐蚀介质加入到缓冲罐中，将盛有气相缓蚀剂或气相缓蚀剂溶液的缓蚀剂罐放入反应釜中，将腐蚀试片安装于腐蚀试片架上并一同置于反应釜内，向尾气吸收罐中加入尾气吸收液；

B、打开水浴缸的加热装置，将水浴加热到所需的评价试验温度；

C、打开第三阀门、第六阀门，由N₂气瓶向反应釜内通入N₂除去反应釜内的氧气，被除去的氧气进入尾气吸收罐后放空，在对反应釜进行除氧的过程中，气相缓蚀剂同时对腐蚀试片进行预膜处理，除氧后关闭第三阀门；

D、打开第四阀门、第五阀门，由N₂气瓶向缓冲罐内通入N₂，将缓冲罐内的腐蚀介质压入反应釜，之后关闭第四阀门、第五阀门，打开第一阀门和/或第二阀门，由H₂S气瓶和/或CO₂气瓶向反应釜内的腐蚀介质中通入H₂S和/或CO₂至饱和状态，开始试验并记录时间，到达规定的试验时间后，关闭第一阀门和/或第二阀门，结束试验；

E、关闭水浴缸的加热装置，从反应釜内取出腐蚀试片进行分析。

采用本发明，具有如下的有益效果：①本发明是在除氧的环境中进行试验的，并且向反应釜内的腐蚀介质中通入H₂S和/或CO₂，使试验环境与炼油厂的实际腐蚀环境十分接近，真正模拟了炼油厂的腐蚀环境。这样就能够对气相缓蚀剂在炼油厂腐蚀环境中的缓蚀效果进行准确的评价。②本发明最多可对安装在腐蚀试片架的4个腐蚀试片安装位置上的4组8片腐蚀试片进行气相缓蚀剂评价试验，一次试验可以考察多组平行腐蚀试片，腐蚀试片形状选择的灵活性也比较大。③本发明设有尾气吸收罐、装有尾气吸收液，以吸收评价试验过程中产生的尾气，不会使尾气进入空气、污染环境。④本发明具有现有气相缓蚀剂的评价装置及方法所具有的优点，能够考察预挥发和预膜、试验温度和时间、腐蚀试片位置等对气相缓蚀剂缓蚀效果的影响，试验条件可以灵活改变。试验在密闭空间进行，采用失重法进行定量评价；试验时间短、重现性较好。⑤本发明的装置经济适用、操作简单。

本发明主要用于对在炼油厂腐蚀环境中使用的气相缓蚀剂的缓蚀效果进行评价。

下面结合附图、具体实施方式和实施例对本发明作进一步详细的说明。附图、具体实施方式和实施例并不限制本发明要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明气相缓蚀剂评价装置及工艺流程的示意图。

图2是图1中腐蚀试片架和腐蚀试片的左视图(放大)，腐蚀试片为长方形。

图3是图1中腐蚀试片架和腐蚀试片的左视图(放大)，腐蚀试片为圆形。

图1至图3中，相同附图标记表示相同的技术特征。

具体实施方式

参见图1，本发明气相缓蚀剂的评价装置(简称为装置)设有反应釜1；反应釜1设有顶盖，外部设有水浴缸2，内部设有腐蚀试片架5。水浴缸2为恒温水浴缸，设有加热装置(图略)。该装置还设有H₂S气瓶6、CO₂气瓶7、N₂气瓶8、缓冲罐10和尾气吸收罐。H₂S气瓶6、CO₂气瓶7、N₂气瓶8分别通过设有第一阀门91、第二阀门92、第三阀门93的管线与反应釜1相连，N₂气瓶8还通过设有第四阀门94的管线与缓冲罐10相连，缓冲罐10通过设有第五阀门95的管线与反应釜1相连。反应釜1一般采用经济适用的玻璃反应釜，也可以采用不锈钢反应釜或更高等级的蒙乃尔合金反应釜。

图1所示装置的尾气吸收罐为一级尾气吸收罐41和二级尾气吸收罐42。反应釜1通过设有第六阀门96的管线与一级尾气吸收罐41相连，一级尾气吸收罐41与二级尾气吸收罐42之间通过连接管线12相连，二级尾气吸收罐42设有放空管线13。如图1所示，缓冲罐10、一级尾气吸收罐41和二级尾气吸收罐42均设有顶盖，设有第一阀门91、第二阀门92、第三阀门93、第四阀门94、第五阀门95、第六阀门96的管线以及连接管线12、放空管线13分别穿过上述顶盖以及反应釜1的顶盖，与相应的顶盖之间均密封连接。

腐蚀试片架5上最好是沿垂直方向设有3～4个腐蚀试片安装位置，其中在腐蚀试片架5的上部设置1个，中部设置1～2个，下部设置1个；每个腐蚀试片安装位置可供安装2个腐蚀试片11，2个腐蚀试片11组成1组。图1所示的腐蚀试片架5主要由1根垂直杆件和4根水平杆件组成(水平杆件还可以是3根，图略)，其中垂直杆件的上部固定于反应釜1的顶盖上。各根水平杆件的两端开设有螺纹，腐蚀试片11上设有开孔、套在水平杆件端部再用螺母固定，以此将腐蚀试片11安装于腐蚀试片架5上。腐蚀试片11可以是长方形和圆形。图1和图2所示的腐蚀试片架5沿垂直方向安装有4组长方形腐蚀试片，图3与图2的不同之处是腐蚀试片为圆形。每组腐蚀试片中的2个腐蚀试片11相互平行、相对于腐蚀试片架5的垂直杆件对称设置。

腐蚀试片架5上也可以只设1个腐蚀试片安装位置，或沿垂直方向设有2个腐蚀试片安装位置，每个腐蚀试片安装位置可供安装2个腐蚀试片11；详细说明及附图省略。

下面结合附图说明采用上述装置进行气相缓蚀剂评价的方法(简称为方法，气相缓蚀剂简称为缓蚀剂)。评价试验之前，各阀门均处于关闭状态；对腐蚀试片11进行如下的处理：用砂纸打磨腐蚀试片11，之后将腐蚀试片11浸入丙酮溶液中除油，再放入无水乙醇中浸泡2～5min(分钟)，取出并吹干；之后将腐蚀试片11用滤纸包裹后存于干燥器中，24～48h(小时)后称重待用[称重精确值0.0001g(克)]。

评价方法包括如下步骤：

A、将腐蚀介质加入到缓冲罐10中，将盛有气相缓蚀剂或气相缓蚀剂溶液的缓蚀剂罐3放入反应釜1中，将腐蚀试片11安装于腐蚀试片架5上并一同置于反应釜1内，向一级尾气吸收罐41和二级尾气吸收罐42中加入尾气吸收液。

所述的腐蚀介质为NaCl水溶液、乙酸水溶液等，可根据炼油厂具体的腐蚀场合灵活确定。气相缓蚀剂溶液为气相缓蚀剂的水溶液；气相缓蚀剂为低温气相缓蚀剂，使用温度在120℃以下。缓蚀剂罐3放置于腐蚀试片架5的下方，其顶部为敞口结构，位于反应釜1内的腐蚀介质液面之上。尾气吸收液通常是5％～20％的NaOH水溶液(本发明中的百分数均为重量百分数)。

B、打开水浴缸2的加热装置，将水浴加热到所需的评价试验温度。

C、打开第三阀门93、第六阀门96(第六阀门96此后一直保持开启状态)，由N₂气瓶8向反应釜1内通入N₂除去反应釜1内的氧气(实际上是用N₂置换反应釜1内的空气)。被除去的氧气进入一级尾气吸收罐41，再经连接管线12进入二级尾气吸收罐42，最后经放空管线13放空。在对反应釜1进行除氧的过程中，气相缓蚀剂同时对腐蚀试片11进行预膜处理。除氧后关闭第三阀门93。

D、打开第四阀门94、第五阀门95，由N₂气瓶8向缓冲罐10内通入N₂，将缓冲罐10内的腐蚀介质压入反应釜1。之后关闭第四阀门94、第五阀门95，打开第一阀门91和/或第二阀门92，由H₂S气瓶6和/或CO₂气瓶7向反应釜1内的腐蚀介质中通入H₂S和/或CO₂至饱和状态(有H₂S和/或CO₂气体从反应釜1内的腐蚀介质中逸出)，开始试验并记录时间。

到达规定的试验时间后，关闭第一阀门91和/或第二阀门92，结束试验(试验时间结束点以关闭第一阀门91和/或第二阀门92、停止向反应釜1内的腐蚀介质中通入H₂S和/或CO₂为准)。

E、关闭水浴缸2的加热装置，待反应釜1冷却至常温后从反应釜1内取出腐蚀试片11进行分析。

分析前对腐蚀试片11进行酸洗、除去腐蚀产物，再计算失重(精确到0.0001g)。对缓蚀剂的缓蚀率按如下公式计算：(CR₀-CR₁)/CR₀×100％。式中，CR₀为未使用缓蚀剂时腐蚀试片的腐蚀速率，CR₁为使用缓蚀剂后腐蚀试片的腐蚀速率。

缓蚀率和腐蚀速率按同一腐蚀试片安装位置中2个腐蚀试片的平均值计算，这样有利于得到较准确的定量评价结果。

步骤C的除氧时间一般为2～4h，预膜处理时间与此相同。

步骤D的试验温度一般为30～90℃(最好为40～80℃)，试验时间一般为8～96h；可以根据需要灵活调整，以观察不同试验温度、试验时间的腐蚀情况。所述的试验温度是指反应釜1内部的平均温度。

试验过程中，反应釜1、缓冲罐10、一级尾气吸收罐41、二级尾气吸收罐42的操作压力均为常压。除反应釜1、水浴缸2外，未提及的温度均为常温。

试验过程中的尾气(腐蚀反应产生的气体以及由反应釜1内的腐蚀介质中逸出的H₂S、CO₂)，经设有第六阀门96的管线进入一级尾气吸收罐41被尾气吸收液吸收，未被吸收完的尾气经连接管线12进入二级尾气吸收罐42继续被尾气吸收液吸收。两级尾气吸收装置可以保证将尾气完全吸收，不会使尾气进入空气、污染环境。

实施例

对某炼油厂提供的两种气相缓蚀剂的缓蚀效果进行评价试验，评价试验按本发明图1所示的装置及工艺流程和相关的说明进行(不同或补充之处在下文给出)。两种气相缓蚀剂均为白色粉末状，分别标记为VCI01、VCI02；均配制成水溶液，每次试验的用量分别为100ml。反应釜1采用圆筒形的玻璃反应釜，容积为5L(升)，内部高度为200mm。反应釜1内腐蚀介质的液层高度为20mm。腐蚀试片11的形状均为长方形，材料均为20g，尺寸(长度×宽度×厚度)均为40×13×2mm。实施例还进行了空白试验，在试验过程中不使用气相缓蚀剂。

按图2和图1所示的方式，在腐蚀试片架5上沿垂直方向等间距设有4组腐蚀试片11，上下相邻两组腐蚀试片11的间距为36mm。腐蚀试片架5上部的1组腐蚀试片11标记为IV位置腐蚀试片；腐蚀试片架5中部的2组腐蚀试片11，中上部的1组腐蚀试片11标记为III位置腐蚀试片，中下部的1组腐蚀试片11标记为II位置腐蚀试片；腐蚀试片架5下部的1组腐蚀试片11标记为I位置腐蚀试片。其中IV位置腐蚀试片的顶边(长方形顶部长边)平行并接近于反应釜1顶盖的下表面，I位置腐蚀试片的底边(长方形底部长边)平行并接近于反应釜1内腐蚀介质的液面。

实施例1

除氧时间为2h。腐蚀介质采用浓度为3％的NaCl水溶液，加入到反应釜1并通入CO₂至饱和状态。试验温度为60℃，试验时间为96h。实施例1共进行了7组试验，考查两种气相缓蚀剂溶液浓度的变化对缓蚀率的影响。试验后对IV位置的每组腐蚀试片进行分析，结果见表1。

从表1可以看出，两种缓蚀剂溶液的浓度增加时缓蚀率提高，第一种缓蚀剂(VCI01)的缓蚀效果比第二种缓蚀剂(VCI02)要好。

实施例2

除氧时间为2h。腐蚀介质采用浓度为3％的NaCl水溶液，加入到反应釜1并通入CO₂至饱和状态。试验时间为96h，两种缓蚀剂溶液的浓度均为50μg/g。实施例2对不使用缓蚀剂以及使用两种缓蚀剂各进行了4组试验，考查试验温度的变化对缓蚀率的影响。试验后对IV位置的每组腐蚀试片进行分析，结果见表2。

从表2可以看出，在40～80℃的范围内，空白试验中腐蚀试片的腐蚀速率随试验温度的升高而增大。使用缓蚀剂后，两种缓蚀剂的缓蚀率都在96％以上，第一种缓蚀剂的缓蚀率略高于第二种缓蚀剂。

实施例3

除氧时间为2h。腐蚀介质采用浓度为1000μg/g的乙酸水溶液，加入到反应釜1并通入H₂S至饱和状态。试验温度为60℃，试验时间为96h，两种缓蚀剂溶液的浓度均为50μg/g。试验后对I、II、III、IV位置的每组腐蚀试片进行分析，结果见表3。

从表3可以看出，对于空白试验，腐蚀试片越往反应釜1的顶部腐蚀速率越大。而对于使用缓蚀剂的试验，4个位置腐蚀试片的腐蚀速率都有所降低，但不同位置的降低程度不同。第一种缓蚀剂对IV位置腐蚀试片的缓蚀率最低，而第二种缓蚀剂对III位置腐蚀试片的缓蚀率最低。

表1

表2

表3

Claims (5)

1.一种气相缓蚀剂的评价装置，设有反应釜(1)，反应釜(1)设有顶盖，外部设有水浴缸(2)，内部设有腐蚀试片架(5)，其特征在于：该装置还设有H₂S气瓶(6)、CO₂气瓶(7)、N₂气瓶(8)、缓冲罐(10)和尾气吸收罐，H₂S气瓶(6)、CO₂气瓶(7)、N₂气瓶(8)分别通过设有第一阀门(91)、第二阀门(92)、第三阀门(93)的管线与反应釜(1)相连，N₂气瓶(8)还通过设有第四阀门(94)的管线与缓冲罐(10)相连，缓冲罐(10)通过设有第五阀门(95)的管线与反应釜(1)相连，反应釜(1)通过设有第六阀门(96)的管线与尾气吸收罐相连。

2.根据权利要求1所述的气相缓蚀剂的评价装置，其特征在于：腐蚀试片架(5)上沿垂直方向设有3～4个腐蚀试片安装位置，其中在腐蚀试片架(5)的上部设置1个，中部设置1～2个，下部设置1个，每个腐蚀试片安装位置可供安装2个腐蚀试片(11)。

3.一种采用权利要求1所述的装置进行气相缓蚀剂评价的方法，评价试验之前各阀门均处于关闭状态，该方法包括如下步骤：

A、将腐蚀介质加入到缓冲罐(10)中，将盛有气相缓蚀剂或气相缓蚀剂溶液的缓蚀剂罐(3)放入反应釜(1)中，将腐蚀试片(11)安装于腐蚀试片架(5)上并一同置于反应釜(1)内，向尾气吸收罐中加入尾气吸收液；

B、打开水浴缸(2)的加热装置，将水浴加热到所需的评价试验温度；

C、打开第三阀门(93)、第六阀门(96)，由N₂气瓶(8)向反应釜(1)内通入N₂除去反应釜(1)内的氧气，被除去的氧气进入尾气吸收罐后放空，在对反应釜(1)进行除氧的过程中，气相缓蚀剂同时对腐蚀试片(11)进行预膜处理，除氧后关闭第三阀门(93)；

D、打开第四阀门(94)、第五阀门(95)，由N₂气瓶(8)向缓冲罐(10)内通入N₂，将缓冲罐(10)内的腐蚀介质压入反应釜(1)，之后关闭第四阀门(94)、第五阀门(95)，打开第一阀门(91)和/或第二阀门(92)，由H₂S气瓶(6)和/或CO₂气瓶(7)向反应釜(1)内的腐蚀介质中通入H₂S和/或CO₂至饱和状态，开始试验并记录时间，到达规定的试验时间后，关闭第一阀门91和/或第二阀门92，结束试验；

E、关闭水浴缸(2)的加热装置，从反应釜(1)内取出腐蚀试片(11)进行分析。

4.根据权利要求3所述的气相缓蚀剂的评价方法，其特征在于：步骤C的除氧时间为2～4h。

5.根据权利要求3或4所述的气相缓蚀剂的评价方法，其特征在于：步骤D的试验温度为30～90℃，试验时间为8～96h。