2021年第6期广东化工
第48卷总第440期www.gdchem · 13 · 中和缓蚀剂的配伍性能研究 王晓晖1,2，贺明星3，白玉潇3，侯雯雯1,2
(1．陕西省石油化工研究设计院，陕西西安710054；
2．陕西省石油精细化学品重点实验室单位，陕西西安710054；3．延长油田股份有限公司杏子川采油厂，陕西延安717400) [摘要]实验通过单因素及多因素实验和腐蚀失重法研究了中和缓蚀剂对N80碳钢在模拟炼油设备中的常减压蒸馏装置的缓蚀性能。研究表明，筛选出的中和缓蚀剂配方配伍性优良，缓蚀效果良好。在0.1 % HCl+0.1 % H2S的酸溶液中，反应温度100 ℃，pH值6.0，反应时间4 h， 缓蚀剂添加量0.3 %的条件下，缓蚀率可达90 %以上。
[关键词]碱度；中和缓蚀剂；防腐蚀
[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)06-0013-03
Study on the Compatibility of Neutralizing Corrosion Inhibitors
Wang Xiaohui1,2, He Mingxing3, Bai Yuxiao3, Hou Wenwen1,2
(1. Shaanxi Provincial Research and Design Institute of Petroleum and Chemical Industry, Xi'an 710054；2. Key Laboratory of Fine Chemicals
Petroleum Shaanxi Province, Xi'an 710054；3. Xingzichuan Oil Production Plant of Yanchang Oilfield Co., Ltd., Yan'an717400, China) Abstract: The experiment studied the corrosion inhibition performance of the neutralizing corrosion inhibitor on the atmospheric and vacuum distillation unit of the N80 carbon steel in the simulated oil refining equipment through single factor and multiple factor experiments and the corrosion weight loss method. Research shows that the selected neutralizing corrosion inhibitor formula has excellent compatibility and good corrosion inhibition effect. In an acid solution of 0.1 % HCl+0.1 % H2S, the reaction temperature is 100 ℃, the pH value is 6.0, the reaction time is 4 h, and the addition amount of the corrosion inhibitor is 0.3 %, the corrosion inhibition rate can reach more than 90 %.
Keywords: alkalinity；neutralizing corrosion inhibitor；anti-corrosion
随着我国石油开采技术的不断提升，在原油采、集、输、炼的各个环节其设备及管线都面临着被腐蚀的挑战，炼油设备中的常减压蒸馏装置的保养是保证设备正常运转的关键环节，常减压蒸馏装置低温(
低于120 ℃)腐蚀部位主要在初馏塔、常压塔和减压塔冷凝冷却系统、部分挥发线和常压塔上层塔盘，是典型的HC1-H2S-H2O型腐蚀环境[1]。为了有效减缓设备、管线的腐蚀速度，延长使用周期，研发出专用的中和缓蚀剂，在缓蚀作用的基础上，还具有中和防腐的双重功效。
1 实验部分
1.1 材料与仪器
盐酸；硫化钠；石油醚；无水乙醇，均为分析纯，天津市福晨化学试剂厂。
N80碳钢片：(50±0.1) mm×(10±0.1) mm×(3.0±0.1) mm；孔径φ3.5 mm；面积：14.00 cm2
pH试纸；金属镊子；表面皿；橡皮；脱脂棉；小毛刷；耐酸耐热绳；PL1502E型电子天平；电加热套；吹风机；干燥皿；pH 计。
1.2 缓蚀性能测试
采用动态腐蚀失重法测定缓蚀率[2-3]，其缓蚀性能的计算公式如下：
腐蚀速率
t
s
m
m
V
⋅
-
=1
0缓蚀效率100
1
0⨯
-
=
V
V
V
η% 式中：m0—试片酸洗前的质量，g；m1—试片酸洗后的质量，g；s—试片的表面积，m2；t—腐蚀时间，h；V1—添加缓蚀剂时的腐蚀速率，g/m2·h；V0—未添加缓蚀剂时的腐蚀速率，g/m2·h。
2 结果与讨论
为了在几种单剂碱中到具有最佳碱度和最佳缓冲性的单剂碱，测定了不同种单剂碱的10 %水溶液在200 mL蒸馏水中不同添加量对pH值的影响。实验结果如表1所示。
表1 单剂碱度pH值
Tab.1 Single agent alkalinity pH
添加量/g 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3
A剂9.96 10.18 10.25 10.45 10.41 10.44 10.33
B剂10.14 10.35 10.41 10.44 10.48 10.53 10.59
C剂8.83 9.34 9.95 10.21 10.33 10.30 10.29
D剂9.80 10.11 10.11 10.26 10.30 10.38 10.34
E剂8.91 9.26 9.87 10.21 10.29 10.25 10.26
F剂9.24 9.58 10.07 10.18 10.22 10.28 10.30
G剂9.65 9.89 10.15 10.28 10.39 10.34 10.37
H剂9.23 9.37 9.55 9.93 10.23 10.18 10.20
I剂9.12 9.33 10.06 10.13 10.18 10.22 10.19
J剂10.01 10.18 10.27 10.38 10.40 10.35 10.39
K剂8.96 9.59 9.78 10.03 10.16 10.22 10.26
L剂9.18 9.33 9.58 9.74 10.05 10.18 10.20 由表1数据可知，单剂A、B、D、G、J的碱度较大，且缓
冲区较宽。故将单剂A、B、D、G、J作为备选单剂碱。其中B
剂的碱度最大。单剂碱度趋势如图1所示。
[收稿日期] 2021-01-08
[基金项目] 陕西省科技厅重点项目(2017ZDXM-GY-084)
[作者简介] 王晓晖(1988-)，女，西安人，工程师，硕士研究生，主要研究方向为化工环保。
广东化工2021年第6期· 14 · www.gdchem 第48卷总第440期
图1 单剂碱度趋势
Fig.1 Single dose alkalinity trend
2.2碱单剂筛选腐蚀试验
实验条件：腐蚀介质为0.1 % HCl+0.1 % H2S的酸溶液，反应温度为100 ℃，用单剂碱将腐蚀介质pH
调为6，待烧瓶内液体沸腾，冷凝管回流开始记时反应4小时。分别将试片悬挂于冷凝管中、烧瓶中液面上部、烧瓶中液面一半部和烧瓶中液面全部四个部位，试片悬挂如图2所示[4]。
图2 反应装置示意图
Fig.2 Schematic diagram of reaction device 分别对单剂A、B、D、G、J进行腐蚀实验，结果如表2所示。
表2 单剂碱腐蚀实验
Tab.2 Single agent alkali corrosion test
单剂试片位置腐蚀速率/(g/(m2·h)) 试片外观瓶中液体外观
A剂冷凝管中 2.97 乌
回流液乳白
冷凝液无
瓶中液体澄清瓶中液上 4.24 乌
瓶中半浸 3.91 上部细小点蚀，下部少量片蚀
瓶中全浸 4.39 乌，细小白点蚀
B剂冷凝管中 2.49 乌
回流液绿
酸洗缓蚀剂
冷凝液无
瓶中液体澄清瓶中液上 3.73 乌
瓶中半浸 3.67 上部轻微点蚀
瓶中全浸 4.03 乌
D剂冷凝管中 4.13 乌回流液绿
冷凝液黄绿
瓶中液体黑
瓶底有黑渣瓶中液上 4.59 乌有白片蚀
瓶中半浸 5.72 上部少量白点蚀下部乌
瓶中全浸7.14 乌
G剂冷凝管中 3.78 乌
回流液绿
冷凝液无
瓶中液体澄清瓶中液上 4.19 乌
瓶中半浸 3.98 上部轻微点蚀
瓶中全浸 3.78 乌
J剂冷凝管中 2.98 乌
回流液绿
冷凝液无
瓶中液体澄清瓶中液上 3.69 乌
瓶中半浸 4.21 上部少量白点蚀下部乌
瓶中全浸 4.02 乌
由表2实验结果可知，单剂碱A、B、D、G、J都具有较好的中和作用，其中B剂的中和效果最好，但腐蚀程度仍较严重，需进一步复配优化。
2.3 复合碱配方腐蚀试验
为了得到中和能力更强的碱剂，将单剂A、B、D、G、J按照不同比例进行复配，得到如下复合碱配方：
甲剂：A剂10 %，B剂80 %，D剂10 %
乙剂：A剂20 %，B剂70 %，D剂10 %
丙剂：A剂20 %，B剂80 %
丁剂：A剂80 %，B剂20 %
戊剂：B剂80 %，G剂20 %
己剂：B剂80 %，J剂20 %
庚剂：B剂70 %，G剂20 %，J剂10 %
辛剂：B剂70 %，G剂10 %，J剂20 %
实验条件：腐蚀介质为0.1 % HCl+0.1 % H2S的酸溶液，反应温度为100 ℃，用复合碱将腐蚀介质pH调为6。分别将试片悬挂于冷凝管中、烧瓶中液面上部、烧瓶中液面一半部和烧瓶中液面全部四个部位。分别对甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛剂进行腐蚀实验，结果如表3所示。
由表3实验结果可知，复合碱较单剂碱的中和能力有着不同程度的提高，三种单剂碱复合较两种单剂复合效果略差，其中丙剂、丁剂、戊剂和庚剂的中和能力较好，缓蚀能力较强。并对丙剂、丁剂、戊剂和庚剂的稳定性(配伍性)进行观察，其中丁剂和庚剂在室温环境下放置后出现分层现象，稳定性较差，最终筛选出复合丙剂和戊剂为最佳复合碱。
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表3 复合碱腐蚀实验
Tab.3 Composite alkali corrosion test
复合剂试片位置腐蚀速率/(g/(m2·h)) 试片外观瓶中液体外观
甲剂冷凝管中 1.16 乌
回流液绿
冷凝液黄绿
瓶中液体黄绿少量黑渣瓶中液上 3.16 乌
瓶中半浸 2.78 上部细小点蚀，下部乌
瓶中全浸 2.54 乌，细小白点蚀
乙剂冷凝管中 1.61 乌
回流液绿
冷凝液黄绿
瓶中液体黄绿少量黑渣瓶中液上 3.38 乌
瓶中半浸 3.32 上部轻微点蚀
瓶中全浸 2.65 乌
丙剂冷凝管中0.26 光亮
回流液无
冷凝液无
瓶中液体澄清瓶中液上 2.46 乌
瓶中半浸 2.58 上部微点蚀
瓶中全浸 2.19 亮
丁剂冷凝管中 2.14 乌
回流液无
冷凝液无
瓶中液体澄清瓶中液上 3.05 乌
瓶中半浸 3.22 上部点蚀下部乌
瓶中全浸 2.57 乌
戊剂冷凝管中 1.67 乌
回流液无
冷凝液无
瓶中液体澄清瓶中液上 2.68 乌
瓶中半浸 2.91 上部点蚀下部乌
瓶中全浸 2.33 乌
己剂冷凝管中 1.76 乌
回流液乳白
冷凝液淡黄
瓶中液体黄绿瓶中液上 2.98 乌少量点蚀
瓶中半浸 3.34 上部点蚀，下部乌
瓶中全浸 2.89 乌
庚剂冷凝管中 1.88 乌
回流液无
冷凝液淡黄
瓶中液体澄清瓶中液上 2.24 乌
瓶中半浸 2.98 上部点蚀，下部乌
瓶中全浸 2.45 乌，少量点蚀
辛剂冷凝管中 1.69 乌
回流液乳白
冷凝液淡黄
瓶中液体黄绿瓶中液上 3.23 乌少量片蚀
瓶中半浸 3.56 下部乌
瓶中全浸 2.85 乌
采用配方丙，得到了性能最优的丙剂制备的中和缓蚀剂，持续跟踪了3个批次的中和缓蚀剂，缓蚀性能如表4所示。缓蚀率可达90 %以上。
表4 中和缓蚀剂性能评测
Tab.4 Performance evaluation of neutralization corrosion inhibitor 批号腐速/(g/(m2·h)) 缓蚀率/% 配伍性
空白0.9296
91.26 均匀液体
FF20200812a 0.0812
空白0.9540
91.02 均匀液体
FF20200830a 0.0857
空白0.9564
90.84 均匀液体
FF20200920a 0.0876
3 结论
通过单因素和多因素实验方法筛选出配伍性能优良的中和缓蚀剂最佳配方组成，最优复合碱丙剂与缓蚀剂配伍性好，在0.1 % HCl+0.1 % H2S的酸溶液中，反应温度100 ℃，PH值6.0，反应时间4 h，缓蚀剂添加量0.3 %的条件下，缓蚀率可达90 %以上。中和缓蚀性能发挥双重效果，可有效减缓对炼油设备中的常减压蒸馏装置的腐蚀，对保障设备正常运转具有重要意义。
参考文献
[1]张祺．化工常减压装置腐蚀分析及防护研究[J]．化工管理，2017(04)：142．
[2]Oguzie E E，Unaegbu C，Ogukwe C N，et al．Inhibition of mild steel corrosion in sulphuric acid using indigo dye and synergistic halide additives[J]．Materials Chemistry and Physics，2004(84)：363-368．
[3]王静，汤兵，陈欣义．酸洗缓蚀协同机理研究与进展[J]．腐蚀与防护，2007，28(5)：217-220．
[4]李学，张黎英，董大清，等．常减压中和缓蚀剂的研发及工业应用[J]．精细石油化工进展．2020，21(01)：39-41．
(本文文献格式：王晓晖，贺明星，白玉潇，等．中和缓蚀剂的配伍性能研究[J]．广东化工，2021，48(6)：13-15)
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