常压储罐气相区气相缓蚀剂防腐技术研究.docx

1、常压储罐气相区气相缓蚀剂防腐技术研究摘 要我国某油田联合站常压储罐罐顶腐蚀严重，针对气相区罐体的防护方式单一，效果有限，本课题首次提出将气相缓蚀剂应用到常压储罐气相区。气相区腐蚀挂片实验测得三个联合站腐蚀速率排序为：三号联合站(0.1025 mm/a)二号联合站(0.0349 mm/a)一号联合站(0.0212 mm/a)；腐蚀挂片实验和电化学实验评价了四种气相缓蚀剂，实验结果表明缓蚀效率从大到小依次是苯甲酸铵亚硝酸二环己胺1-羟基苯并三氮唑 3-氨基-1,2,4三唑，从安全、环保和经济角度考虑，亚硝酸二环己胺为最优选择；进而通过喷雾实验探究发现，三号联气相区的最佳防腐工艺是使用200 ppm

2、的亚硝酸二环己胺溶液间隔24 h喷雾一次。关键词：气相缓蚀剂；腐蚀实验；储罐气相区；雾化技术Research on corrosion inhibition of vapor phase inhibitor in atmospheric storage tank vapor phaseAbstractThe atmospheric storage tank roof of a joint station in China is seriously corroded. The protective method of the tank vapor phase is single and limi

3、ted. The vapor phase inhibitor is applied to the vapor phase of atmospheric storage tank for the first time. The order of vapor phase corrosion rate of three joint stations is No.3 joint station (0.1025 mm/a) No.2 joint station (0.0349 mm/a) No.1 joint station (0.0212 mm/a). Four commonly used vapor

4、 phase inhibitors were evaluated by both corrosion experiments and electrochemical experiments. The experimental results showed that the inhibition efficiency in the order of large to small is benzoic acid ammonium, 1-Hydroxybenzotriazole, dicyclohexyl nitrate and 3-amino-1,2,4-triazole. From the pe

5、rspective of safety, environmental protection and economy, dicyclohexyl nitrate is the best choice. The optimal concentration of dicyclohexyl nitrate was 200 ppm and the optimal time interval was 24 hours by the spray experiment to protect the vapor phase area of No.3 joint station.Keywords：Vapor ph

6、ase inhibitor；Corrosion experiment；The vapor zone of the tank目 录第1章 绪论11.1 气相缓蚀剂概述11.1.1 气相缓蚀剂的定义11.1.2 气相缓蚀剂分类11.2 气相缓蚀剂的研究进展21.2.1 气相缓蚀剂的发展历史与研究现状21.2.2 气相缓蚀剂作用机理的研究进展21.2.3 目前研究存在的问题31.3 雾化技术研究现状31.3.1 雾化技术概述与分类31.3.2 缓蚀剂雾化技术研究现状61.3.3 常压储罐缓蚀剂雾化技术优选结果61.4 本课题研究内容7第2章 气相缓蚀剂防腐性能研究82.1 引言82.2 实验材料与器

7、材82.2.1 实验材料82.2.2 实验器材92.3 气样分析实验92.3.1 实验原理92.3.2 实验步骤102.3.3 实验结果及分析112.4 密闭空间挥发减重实验112.4.1 实验原理112.4.2 实验步骤122.4.3 实验结果及分析122.5 腐蚀挂片实验132.5.1 失重法实验原理132.5.2 实验步骤132.5.3 实验结果及分析142.6 腐蚀电化学实验182.6.1 腐蚀电化学实验原理182.6.2 实验步骤192.6.3 实验结果及分析202.7 本章小结21第3章 雾化后气相缓蚀剂防腐蚀性能研究223.1 引言223.2 实验材料与器材223.2.1 实验材

8、料223.2.2 实验器材233.3 缓蚀剂最优投放浓度研究233.3.1 实验原理233.3.2 实验步骤233.3.3 实验结果及分析243.4 缓蚀剂最优投放浓度的电化学实验253.4.1 实验原理253.4.2 实验步骤253.4.3 实验结果及分析263.5 缓蚀剂最佳喷雾间隔研究273.5.1 实验原理273.5.2 实验步骤283.5.3 实验结果及分析283.6 本章小结29第4章 结论30致 谢31参考文献32第1章 绪论第1章 绪论1.1 气相缓蚀剂概述1.1.1 气相缓蚀剂的定义ASTM关于腐蚀和腐蚀实验术语的标准定义指出缓蚀剂是以一定的浓度和适当的形式存在于介质中的可以

9、抑制金属腐蚀的单一化学物质或者几种化学物质的混合物1。气相缓蚀剂(Vapor Phase Inhibitor，简称VPI)，又叫挥发性缓蚀剂(Volatile Corrosion Inhibitor，简称VCI)或气相防锈剂，不与金属表面直接接触，能够在常温下挥发并吸附在金属表面，抑制金属腐蚀。气相缓蚀剂的防锈期长、操作简便、成本较低、使用范围广，能够挥发到达金属制品的表面、内腔、管道、沟槽甚至缝隙部位，微量或少量的气相缓蚀剂就可以明显降低金属的腐蚀速率，同时又可以使金属材料保持原有的物理性质和机械性能2。因此，气相缓蚀剂的研究和应用发展很快，在石油石化、军工企业、电力、电子、建筑、造船等行业

10、有着广泛的应用3。1.1.2 气相缓蚀剂分类气相缓蚀剂种类很多，根据气相缓蚀剂的物理状态、作用机理等不同而有不同的分类方法。（1）根据气相缓蚀剂在电化学腐蚀过程中作用的电极对象，可将其分为阴极型缓蚀剂、阳极型缓蚀剂、混合型缓蚀剂（同时作用于阳极和阴极）2。（2）气相缓蚀剂根据其在金属表面形成的保护膜类型，可以分为钝化膜缓蚀剂、沉淀膜缓蚀剂、吸附膜缓蚀剂4。（3）气相缓蚀剂根据所作用的金属分类。不同的气相缓蚀剂可抑制不同种类的金属腐蚀，对于某一种缓蚀剂来说，可能对某一种金属有很好的缓蚀作用，但对另一种金属就没有明显的缓蚀作用5。（4）气相缓蚀剂根据溶解性不同可分为油溶性缓蚀剂和水溶性缓蚀剂6。可

11、注水系统可以注入水溶性的和油溶性的缓蚀剂，不能注水的需注入油溶性的缓蚀剂，塔顶系统一般注水溶性的缓蚀剂，塔体一般注油溶性的缓蚀剂，油溶性与水溶性缓蚀剂各有各的优缺点，因地制宜。1.2 气相缓蚀剂的研究进展1.2.1 气相缓蚀剂的发展历史与研究现状人们在二十世纪三十年代开始使用气相缓蚀剂。1933年，考克斯将乙二胺和吗琳用作锅炉防腐剂，这是人类最早使用气相缓蚀剂7。二战期间，气相缓蚀剂成功地抑制了军器的腐蚀，因此受到科学界普遍关注。此后，对气相缓蚀剂的研究达到一个炙热阶段。应用较早的武器保护的气相缓蚀剂亚硝酸三甲基硫是英国的威而诺(Vernon)提出，之后，多种有机亚硝酸盐相继被用作气相缓蚀剂。

12、上世纪五十年代末，科学家证实了苯并三氮唑可以抑制铜的腐蚀8，这项证实为研究气相缓蚀剂对铜质金属制品防护奠定了基础。亚硝酸二环己胺和碳酸二环己胺是两种开发较早的商品化气相缓蚀剂9，它们具有优良的抗盐雾性，对黑色金属防锈能力有效期长，至今在军械器材和防腐包装材料中仍有着广泛的应用。像碳酸二环己胺这类胺的碳酸盐，在遇潮后，会离解出抑制金属腐蚀的基团，这些基团挥发扩散到达金属表面，抑制金属腐蚀。国外研制出了咪唑类气相缓蚀剂，它们具有良好的抑制金属腐蚀的性能，满足美国军用标准MIL-I-22110，而且具有高热稳定性，对人体无生理性毒害，还可以被细菌降解10。国外报道了一批通用型气相缓蚀剂，最具代表性的

13、有1,2,4-三唑及其衍生物，对多种金属及其合金均有良好的防腐效果，无毒、水溶性好、稳定性好，如4-H-1,2,4-三唑、4-H-3,5-二甲基-1,2,4-三唑等11。1.2.2 气相缓蚀剂作用机理的研究进展吸附膜理论、成相膜理论和电化学理论这三种理论是人们普遍认可的缓蚀剂作用机理理论，属于物理化学理论的是吸附膜理论和成相膜理论12。（1）缓蚀剂的物理化学机理吸附膜理论：物理吸附，是指缓蚀剂分子与金属表面的分子有静电引力和分子间作用力使缓蚀剂分子被吸附在金属表面，抑制金属腐蚀；化学吸附，是缓蚀剂分子和金属表面的分子发生了化学反应形成的新的化学物质吸附在金属的表面阻碍了腐蚀介质与金属表面接触，

14、从而达到防护金属的目的。成相膜理论即缓蚀剂与金属表面分子发生化学反应生成难溶于水或酸的物质，形成了一层保护膜，有钝化膜和沉淀膜之分：钝化膜，是指金属表面被缓蚀剂分子氧化后形成了一层氧化物膜，即金属被钝化12；沉淀膜，缓蚀剂与金属表面阳极溶解出来的金属离子反应生成难溶性产物，形成保护膜。（2）缓蚀剂的电化学作用机理理论电化学作用机理理论指出缓蚀剂分子抑制金属的腐蚀是通过影响阳极或阴极极化程度来实现的12。阳极抑制型缓蚀剂，增大阳极极化，阻碍阳极反应过程，使阳极极化曲线的塔菲尔斜率变大，腐蚀电流减小，从而抑制金属腐蚀13。阴极抑制型缓蚀剂主要是增大阴极极化，降低阴极反应速率，使腐蚀电流减小，从而减

15、小腐蚀速率14。1.2.3 目前研究存在的问题通过长期的发展，工业中常用的气相缓蚀剂主要包括：咪唑类（二甲基咪唑、二异丙基咪唑等）、环己胺类（亚硝酸二环已胺、碳酸环乙胺等）、咪唑啉类（二甲基咪唑啉等）、苯甲酸铵、乌洛托品、苯甲酸吗啉盐类等。张大全等15采用失重法、封存实验、电化学实验等手段评价了苯甲酸吗啉盐气相缓蚀剂的性能，得出结论：该气相缓蚀剂性能优于以往常用的亚硝酸二环已胺，且毒性低。在石油工业中，缓蚀剂主要应用于天然气输送工业中，如邢波等研制出了YH-901气相缓蚀剂，并测出了其在气相与液相中的缓蚀效率，证明了YH-901气相缓蚀剂适用于压气站管道防腐蚀工作16。气相缓蚀剂在原油储罐中的应用鲜有报道，其在气相区的防腐蚀性能尚不明确，需要开展进一步的研究。进入21世纪后，社会大力倡导可持续发展战略，人们就如何解决缓蚀剂的毒性问题展开过多次讨论，研制新型高效低毒环保的气相缓蚀剂尤为重要。1.3 雾化技术研究现状1.3.1 雾化技术概述与分类雾化是将连续的液体置于内外力的共同作用下，使其发生变形、分裂、破碎最终成为大量离散小液滴的过程。在工农业