化学清洗中酸洗缓蚀剂的选择和应用

时间：2022-12-03作者：西安大江环保科技有限公司浏览：136

一、前言


酸洗广泛应用于各个工业领域的不同工艺，如工业设备、管路、低压锅炉、发电厂锅炉、中央空调等设备清洗，钢铁除锈及油水酸化等。由于酸洗剂对金属有腐蚀性，所以要添加酸洗缓蚀剂以减少或消除对金属的伤害。


二、酸洗缓蚀剂的选择


工业设备和管道为了适应工艺和输送介质常选用不同的材质。化学酸洗中根据材质的不同和结垢的类型及程度的不同分别选用不同的清洗介质。常用的无机清洗介质有盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸，**清洗介质有柠檬酸、氨基磺酸、EDTA、羟基乙酸等。众所周知，不同的酸具有不同的特点，因此需要的缓蚀剂也不相同。


清洗过程的正常进行，不仅仅与清洗介质、金属材质、缓蚀剂品种有关，同时还与缓蚀剂用量、清洗温度、清洗流速等因素有关，而这几个因素是相互关联的，选择缓蚀剂就需要综合考虑。


2.1缓蚀剂用量的影响


缓蚀剂用量对金属腐蚀的影响大致有三种情况：


a、金属的腐蚀速率随缓蚀剂用量增加而降低。**及无机缓蚀剂在酸性介质中，基本都属于这种情况。实际使用中应结合保护效果，考虑综合效益，合理确定缓蚀剂用量。


b、缓蚀剂的浓度和金属腐蚀速率的关系有极限值。即在某一浓度时缓蚀效果较好，浓度过低或过高都会使缓蚀效率降低。因此在使用此类缓蚀剂时，必须注意缓蚀剂不能过量。


c、 缓蚀剂用量不足会加速金属腐蚀。大部分氧化剂如过氧化氢、硅酸钠等属于此类缓蚀剂。对于这类缓蚀剂加量太少是危险的，必须十分注意。


2.2清洗温度的影响


a、温度升高，缓蚀效率显著下降。这是由于温度升高时，缓蚀剂的吸附作用明显降低，腐蚀加剧，大多数**及无机缓蚀剂都属于这一情况。


b、在一定范围内，缓蚀剂不随温度升高而改变。用于中性水溶液的一些无机缓蚀剂，其缓蚀效率几乎是不随温度升高而改变的。对于沉淀膜型缓蚀剂，一般也应在介质的沸点以下使用才会有较好的效果。


c、随着温度的升高，缓蚀效率也增高。这可能是由于温度升高时，缓蚀剂可依靠化学吸附与金属表面结合，生成一种反应产物薄膜。或者是温度较高时，缓蚀剂易在金属表面形成一层类似钝化膜层，从而降低腐蚀速率。因此，当介质温度较高时，这类缓蚀剂较有实用价值。


2.3介质流动速度的影响


在大多数情况下，增加介质的流速将导致缓蚀效率降低。由于流量增加，导致腐蚀加速，此时缓蚀剂变成腐蚀活化剂。


2.4清洗材质的影响


在一套完整的清洗系统中，管道和设备的材质有时并不是一种。对于一些特殊设备，为了达到特定的强度、韧性、塑性或其他性能常选用合金；为了满足特殊工艺需求，而是多种材质共存，如海水淡化多效蒸发器中，同时存在着铝黄铜、316L不锈钢、钛合金；锅炉系统中同时存在20G、12CrMoV、15CrMo、SA210C等材质。


多种材质的共存，给清洗带来了难度，同时对缓蚀剂的要求也更高，这种情况下有时单一的缓蚀剂并不能满足清洗的要求，需要加入辅助缓蚀剂。


2.5氧化性因子的影响


当酸洗液中存在一定量的溶解氧、Cu2+、Fe3+时会显著增大腐蚀速率。具体原理如下：


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


Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+


Cu2+ +Fe =Fe2++Cu


当体系含有大量的Fe3+时，腐蚀速率明显加快[1]；Cu2+的存在不仅会加速腐蚀还会造成镀铜现象，所以在清洗过程中，必须选择合适的辅助缓蚀剂，来抑制这些因子对缓蚀效率的不良影响。


2.6小型实验


当我们根据各种条件选择好合适的缓蚀剂后，在工程实施时一定要进行小型试验，确保缓蚀效率达标后才能应用。这是保证酸洗质量的一个非常重要的措施，怕麻烦或盲从某品牌，可能会造成重大损失。


例如，在给华电集团某发电厂清洗300MW机组凝汽器时，清洗后发现腐蚀率**标，并发生镀铜现象。请我们进行会诊分析时发现，该项目没有对缓蚀剂进行小型实验，取残留缓蚀剂进行，结果是该缓蚀剂铜的缓蚀率不达标。后追查该缓蚀剂生，给的答复是：“我们的多用酸洗缓蚀剂LXX-XXX分两种，一种是适用于铜的，一种是不适用铜的”。实际上根据该产品说明书，应该是适用于铜的，我们分析，可能是厂家为了降低成本，减少了一些重要成分，清洗体系中只有碳钢时，缓蚀效率影响不大，含有铜时，无法抑制电化学腐蚀和镀铜，造成缓蚀失效。


三、缓蚀剂的新产品应用


缓蚀剂作为一种经济适用和高效的防腐蚀方法，在保护资源和减少材料损失方面起着重要的作用，特别是在化学清洗工作中，缓蚀剂的作用更是举足轻重。目前，绝大没有技术研发能力，一般购买市售酸洗缓蚀剂进行酸洗，而目前市场上常见的酸洗缓蚀剂大多为几十年前的技术，很少有单位专门投入资源进行研发和创新，我国的酸洗缓蚀剂技术相较于法国、日本等国技术已显落后。


近些年来，基于环境保护和可持续发展战略的需要，欣格瑞（山东）结合大量工程实践，特别是总结我国工业清洗行业中出现的缓蚀失效问题的基础上，结合引进的国外缓蚀技术，研制出一批新型工业酸洗缓蚀剂（具体型号应用范围见下表3-1），这些新型缓蚀剂不仅具有稳定高效的缓蚀效率和安全方便的使用方法，而且在应用过程中符合“绿色化学”的要求，降低了产品的环境负荷，在一系列清洗工程中取得了良好的效果。


表3-1 缓蚀剂型号及应用范围对照表


2016年京唐钢铁委托欣格瑞（山东）进行海水淡化多效蒸发器清洗，该蒸发器体系中同时存在着铝黄铜、316L不锈钢、钛合金、碳钢，酸洗阶段采用无机酸作为主清洗剂，考虑到材质的复杂性，为了避免铜离子的影响，欣格瑞工程中心采用酸洗缓蚀剂SGR-0405和辅助缓蚀剂SGR-FH01取得了良好的效果，清洗后各材质换热管光亮、无镀铜、无过腐蚀现象，如图3-1所示。


图3-1 为换热器管的表面，a是清洗前；b是清洗后。


我们对可以购买到的所有国产酸洗缓蚀剂进行了高温缓蚀实验，基本上都难以达到理想效果。近期，湖北能源集团鄂州电厂三期 2×1050MW**临界燃煤机组5号锅炉酸洗工程日前顺利竣工，此次锅炉酸洗采用EDTA高温酸洗工艺，采用欣格瑞（山东）*的EDTA酸洗缓蚀剂SGR-0406，清洗结束后腐蚀速率等各项指标优良，样管表面干净无污物、无点蚀，并形成了完整致密的氧化膜，如图3-2所示，获得业主、总包、电建、监理、调试等各方高度评价，解决了国产缓蚀剂应用于高温清洗的难题。


图3-2 为锅炉管道内表面，a是清洗前；b，是清洗后。


四、总结


酸洗是一个看似简单实则复杂的过程，缓蚀剂在酸洗中发挥着重要的作用。由于酸中金属的腐蚀速率受清洗介质、清洗温度、流速和缓蚀剂类型等多种因素的影响，因此我们要结合前期经验，综合分析，选择较合适的缓蚀剂，做到清洗的低耗高效和安全环保。


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