一种新型缓蚀剂对A3钢的缓蚀性能研究

第ｌ２卷第３期　重庆科技学院学报（自然科学版）　２０１０年６月　一种新型缓蚀剂对Ａ３钢的缓蚀性能研究　陆峰　李洪建　郭　睿　唐　力　（１．西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都６１０５００；２．）１１庆钻探工程有限公司地球物理　勘探公司，成都６１０５００；３．中石化石油工程西南有限公司钻井工程研究院，德阳６１８０００）　

摘　要：ＤＴＣ—ｌ是一种新型的有机胺类缓蚀剂，该缓蚀剂缓蚀性能良好且兼有阻垢、杀菌、抗氧等多种功效。采用静　态失重法，通过不同的缓蚀剂加量研究新型缓蚀剂ＤＴＣ一１对Ａ３钢材的缓蚀性能。结果表明，ＤＴＣ一１缓蚀剂适用温　度范围大，适于弱酸性、中性和碱性环境，对Ａ３钢材具有良好的缓蚀性能，并且在氯离子体系中的缓蚀性能良好。　关键词：有机胺类缓蚀剂；Ａ３钢材；缓蚀性能　中图分类号：ＴＧ１７４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—１９８０（２０１０）０３—０１　１０—０３　

有机胺类缓蚀剂毒性低、缓蚀性能良好．一直受　到研究者的关注。有机胺类大多是吸附型的缓蚀剂，　可在金属表面发生物理吸附和化学吸附。特别是含　有Ｎ、０、Ｓ元素的有机胺类缓蚀剂可通过氮原子吸　附到钢材表面，而疏水基团伸展于水相形成一层致　密的物理膜，阻挡腐蚀介质体系与钢材表面的接触，　从而降低腐蚀速率。也可通过硫原子在一定温度下　与金属发生化学反应而形成致密的保护膜。该保护　膜致密性好，在高温条件下稳定性好，具有理想的缓　蚀性能。当化合物中含有未共用电子对的Ｎ、０、Ｓ等　元素，也可与金属元素配位结合，形成牢固的化学吸　附层。本文中采用的缓蚀剂是通过选取简单易得的　原料合成一种含Ｎ、Ｏ、Ｓ元素的环保、高效的有机物　缓蚀剂，即二硫代氨基甲酸盐类ＤＴＣ　ｆ英文名称　ｄｉｔｈｉｏｃａｒｂａｍａｔｅ，简称ＤＴＣ）缓蚀剂。　ＤＴＣ—ｌ缓蚀剂是用碳酰二胺（尿素）、二硫化碳　和碱为原料合成，其合成物为酒棕红色、无味的均匀　液体，根据实际需要，可直接调配成各种不同浓　度的缓蚀剂。此样品作为缓蚀剂用量小、性能　佳、适用性强、无乳化倾向性、溶解分散性好。合　成物样品溶于水后．因浓度不同，配制的溶液为　淡黄色或无色。本文主要通过静态失重法，研究　ＤＴＣ一１缓蚀剂对Ａ３钢的缓蚀性能。缓蚀性能评　价标准参照中华人民共和国石油天然气行业（ＳＹ／　Ｔ５２７３—２０００）标准《油田采出水用缓蚀剂性能评价　

方法》。　１　实验部分　１．１实验主要仪器　恒水浴温箱（控温精度为±ｌ℃），电子天平（精　度为０．１ｍｇ），游标卡尺（精度为０．０２ｍｍ），广口瓶，　烘箱。　１＿２试剂　所用试剂有氯化钠、氢氧化钠、无水乙醇、丙酮　和盐酸，均为分析纯。　１．３试片　实验的试片采用Ａ３钢片．试片的形状为长方　体，外形尺寸为５０ｍｍｘｌ０ｍｍｘ３ｍｍ。在一端距边线　２ｍｍ处有一直径为６ｒａｍ的小孔。　表１　Ａ３钢化学成分　兰堕坌　含量，％０．１８７　０．１９６　０．４２６　０．０２４　０．０２４　

１．４实验步骤　（１）首先将试片依次用１８０、３２０和６００金相砂纸　逐级打磨至镜面，用游标卡尺测量钢片的尺寸，并按　顺序进行数据记录：　（２）将试片清洗干净，用滤纸擦净，然后放人盛　有丙酮的器皿中浸泡约５ｍｉｎ后．除去试片表面的油　脂后，再放人无水乙醇中浸泡，进一步脱脂和脱水。　取出试片用滤纸擦干，放人烘箱内烘干，烘干后用电　

收稿日期：２００９一ｌＯ一１５　作者简介：陆峰（１９８４一），男，陕西西乡人，西南石油大学在读硕士研究生，研究方向为储层保护和油气开采。　

・１１０・　陆峰，李洪建，郭睿，唐力：一种新型缓蚀剂对Ａ３钢的缓蚀性能研究　子天平称量至恒重，并记下数据；　（３）在要求的实验条件下，将钢片悬挂在腐蚀介　质中，腐蚀反应一个试验周期；　（４）将已达到试验周期的试片取出，观察，记录　表面腐蚀状态及腐蚀产物情况后，立即用清水清洗　试片上的腐蚀介质，再将其放入酸清洗剂中浸泡３～　５ｍｉｎ，用水冲洗后滤纸擦干；　（５）将试片放人盛有丙酮的器皿中浸泡，除去试　片表面的油脂后，再放人无水乙醇中浸泡，进一　步脱脂和脱水。取出试片用滤纸擦干，放人烘　箱内烘干，烘干后用电子天平称量至恒重，并记　下数据：　（６）根据钢片腐蚀前后质量差计算出年腐蚀速　率，计算公式如下：　Ｖ：Ｃｘ　“ｐａｔ　式中：　年腐蚀速率，ｍｍ／ａ；Ｃ一按一年３６５天计　算的换算因子，其值为８．７６￣１０４；ｐ一金属材料的密　度，ｇ／ｃｍ　；　一金属钢片的表面积，ｃｍ　；　一腐蚀时间，　ｈ；　『Ｉ金属钢片腐蚀前重量，ｇ；　一金属钢片腐蚀　后重量，ｇ。　缓蚀率计算公式：　卵：　×１００％　Ｖｍ．耵　式中：叼一缓蚀率，％；　一一加缓蚀剂的钢材挂片腐　蚀速度，ｍｍ／ａ；Ｖ…一空白样（未加缓蚀剂）钢材挂片　腐蚀速度．ｍｍ／ａ。　２结果与讨论　２．１　缓蚀剂加量对缓蚀性能的影响　配制３％的ＮａＣＩ溶液作为腐蚀介质，在温度为　６５℃下，研究ＤＴＣ一１缓蚀剂加量对Ａ３钢片的腐蚀　速率的影响，缓蚀剂加量范围为４０—２００　ｍｇ／Ｌ，试验　周期为７２ｈ。实验结果如图１所示。　Ｏ・　０・　０．　三　０．　蜀０．　选０　Ｏ．　４Ｏ　８０　１２０　１６０　２０ｏ　２４０　缓蚀剂加量，（　ｇ・Ｌ　）　图１　缓蚀剂加量对腐蚀速率的影响　由图ｌ可知，在温度为６５％，３％的ＮａＣ１溶液　中，Ａ３钢片腐蚀速率随缓蚀剂的加量增加而降低。　实验中Ａ３钢空白样的腐蚀速率为０．２６８　４ｍｍ／ａ。当　缓蚀剂加量为１２０ｍｇ／Ｌ时，腐蚀速率最小，缓蚀率　为７９．５％，然而随着缓蚀剂加量的增加．腐蚀速率　有所升高。这是由于所加缓蚀剂超过一定用量后，　其吸附覆盖度不能进一步提高。相反会对形成的吸　附膜产生一定的副作用。分析缓蚀率可知，加量为　１００ｍｇ／Ｌ时．缓蚀率接近７０％．随着加量增加，缓蚀　率能达到８０％左右，这也说明该合成物缓蚀性能较　好。从而可得出ＤＴＣ一１缓蚀剂的最佳加量为１２０　ｍｇ／Ｌ。　２．２　ｐＨ值对缓蚀性能的影响　实验以蒸馏水为腐蚀介质，ＤＴＣ一１缓蚀剂加量　为６０ｍｇ／Ｌ。用ＨＣ１和ＮａＯＨ溶液调节ｐＨ值，在温　度为４５℃下，进行试验周期为７２ｈ的实验。实验结　果如图２所示。　

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ｐＨ值　图２　ｐＨ值对腐蚀速率的影响　由图２可知．随着ｐＨ值的升高，Ａ３钢片的腐　蚀速率减小。在ｐＨ＜６时，腐蚀速率随着ｐＨ值的　增加而减小，因为在低ｐＨ值的条件下，Ｈ　浓度较　高。从电化学角度分析，Ｈ　作为有效的阴极去极化　剂使钢片发生酸腐蚀，ｐＨ值越低，酸性越强，腐蚀　越明显。在６＜ｐＨ＜９时，腐蚀速率随着ｐＨ值的增　加而略有升高。这是因为腐蚀介质溶液中Ｈ　的浓　度减小，ＯＨ一浓度逐渐增加，该缓蚀剂不稳定，吸　附能力不强，从而使腐蚀速率有所升高。在ｐＨ＞９　时，腐蚀速率随着ｐＨ值的增加而急剧减小。因为　碳钢在碱性条件下腐蚀程度低，腐蚀速率较小。综　合以上分析可知，该缓蚀剂在碱性条件下更有利于　防腐。　２．３温度对缓蚀性能的影响　用３％的ＮａＣ１溶液为腐蚀介质，ＤＴＣ一１缓蚀剂　加量为１２０ｍｇ／Ｌ．在温度范围为３５～７５℃的条件下做　Ａ３钢片腐蚀试验，实验周期为７２ｈ。实验结果如图３　所示　

・１１１・　陆峰，李洪建，郭睿，唐力：一种新型缓蚀剂对Ａ３钢的缓蚀性能研究　ｌ　碍　豆　墼　

温度／【℃　图３温度对腐蚀速率的影响　

温度为４５℃以下时。随着温度的升高．Ａ３钢腐　蚀速率有所增大。这是由于ＤＴＣ一１缓蚀剂在Ａ３钢　片表面的吸附是个放热过程，温度的升高对吸附膜　的形成不利。并且随着温度的升高，会加快钢材的腐　蚀反应。当温度在５５～６５℃时，腐蚀速率随着温度的　升高而下降，该缓蚀剂有可能在较高温度的环境中，　与钢材吸附更为稳定。二硫代氨基甲酸盐中含有Ｃ＝　０和Ｃ＝Ｓ双键，在高温时产生共轭效应，增强其稳定　性，这说明ＤＴＣ一１缓蚀剂具有良好的抗高温性能。　２．４　ＣＩＩ浓度对缓蚀性能的影响　采用ＮａＣ１来调节Ｃｌ一浓度，ＤＴＣ—ｌ缓蚀剂加量　为１２０ｍｇ／Ｌ，在温度为６５℃的条件下做Ａ３钢片腐蚀　试验，实验周期为７２ｈ。实验结果如图４所示。　

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Ｏ　１　２　３　４　５　６　７　８　９　１０　Ｃｌ一浓度，（ｇ・Ｌ『　）　

图４　Ｃｒ浓度对腐蚀速率的影响　从图４中可看出腐蚀速率随Ｃｌ一含量的增加先　增加后减小。低浓度的Ｃｌ一可以增加阳极反应电流，　加快阳极溶解速度从而增加腐蚀速率。随着Ｃｌ一浓度　增加，溶液的导电性增加，并使溶液中Ｈ　的活度加　大，使腐蚀加速。但当Ｃｌ一浓度很高时，金属腐蚀反而　

・１１２・　

减缓，原因是高浓度的Ｃｌ一可以降低阳极反应电流，　减缓腐蚀；氯离子穿透能力和吸附能力很强．大量吸　附在金属表面阻止腐蚀性离子扩散到金属表面。也　具有减缓腐蚀的作用。另外，过量的Ｃｌ一可能在膜的　表面吸附生成Ｆｅ（ＯＨ）Ｃ１而减缓腐蚀。　缓蚀剂ＤＴＣ一１在Ｃｌ一体系中对Ａ３钢有良好的　缓蚀作用，只有在Ｃｌ一含量为０．８ｇ，Ｌ时，腐蚀速率最　大为０．０９１　ｉｍｍ／ａ。随着Ｃｌ一含量增加，腐蚀速率基本　无变化，缓蚀率却逐步提高至７０％左右．说明该缓　蚀剂对氯离子体系的缓蚀性能明显　

３结论和建议　ＤＴＣ一１缓蚀剂加量为１２０ｍｇ／Ｌ就能达到良好　效果，具有良好的抗温性能，并且在氯离子体系中　的缓蚀性能良好。ＤＴＣ一１缓蚀剂不适用强酸性环　境，适用于弱酸性、中性和碱性环境中．ｐＨ值适用　范围为６．５～１２。　文中所有数据均在静态条件下得到，需进一步　研究在动态条件下的缓蚀性能．以及ＤＴＣ—ｌ缓蚀剂　与其他缓蚀剂复配的缓蚀性能。由于ＤＴＣ一１缓蚀剂　具有良好的缓蚀性能且价格低廉，应大力推广应用。　

参考文献　［１】化学工业部化工机械研究院．腐蚀与防护手册，化工生产　装置的腐蚀与防护【Ｍ】．北京：化学工业出版社，１９９１：　３２２．３３０．　［２］范洪波．新型缓蚀剂的合成与应用［Ｍ】．北京：化学工业出版　社．２００４：３５—４０．　［３］郑家橥，吕战鹏，唐焱，等．碳钢在饱和盐水钻井液中的腐蚀　与防护研究［Ｊ］．腐蚀与防护，１９９７，ｌ８（５）：１９９—２０１．　［４］Ｃａｒｅｔ’Ｗｉｌｌｉａｍ　Ｓ，Ｍｅｙｅｒ，Ｅｌｌｅｎ　Ｍ，Ｐｅｌｔｉｅｒ　Ｊｅｆｆｒｅｙ　Ｈ．Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ　Ｄｉｔｈｉｏ・ｃａｒｂａｍｉｃ　Ａｃｉｄ　Ｓａｌｔ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　Ｕｓｅ［Ｐ］．ＵＳ　５５２３００２．１９９６－６－４．　［５］张曙光．有机阻垢缓蚀剂作用机理的理论研究【Ｄ】．南京：　南京理工大学．２００６．　［６】范洪波，胡勇有，郑家桑．硫酸介质中二硫代氨基甲酸钠对　碳钢的缓蚀机理［Ｊ］．华南理工大学学报（自然科学版）　２００５，３３（６）：５５－５８．　（下转第１３６页）