环烷酸缓蚀剂缓蚀性能评价工艺研究*

程金燮，何精平，吴 凡，李 满，孟 啸，夏明桂

（武汉纺织大学化工学院，湖北武汉430073）

环烷酸缓蚀剂缓蚀性能评价工艺研究*

程金燮，何精平，吴 凡，李 满，孟 啸，夏明桂*

（武汉纺织大学化工学院，湖北武汉430073）

针对环烷酸缓蚀剂缓蚀性能评价工艺，采用旋转挂片法和动态失重法，通过单因子实验和正交实验确定较为适宜的工艺条件。研究结果表明，环烷酸缓蚀剂缓蚀性能评价适宜工艺条件为：反应温度280℃、反应时间6 h、转速450 r/min。在此条件下环烷酸腐蚀速率为16.4 mm/a。

环烷酸；缓蚀剂；旋转挂片法；评价；工艺

目前，高酸原油加工过程中的腐蚀问题愈来愈严重，而仅仅用硫含量和TAN等数据不能准确预测原油的腐蚀性。而当存在环烷酸时，原油腐蚀性预测变得更加复杂，在目前的条件下还没有统一的标准或方法对原油腐蚀性进行评定，缓蚀剂效果评定也只能沿用以下原油腐蚀的评定方法：第1种是通过用等离子体发光谱法测定溶解于油中的铁粉含量来考察腐蚀情况的铁粉试验法；第2种是通过对比含铁金属试片不加缓蚀剂和加入缓蚀剂测得的腐蚀速率的差别来评价缓蚀效果的金属挂片法；第3种是通过短时间内检测高压釜中探头上电位变化来确定腐蚀速率的快速测定法。在缓蚀剂缓蚀效果评定中，高压釜金属试片法是最常用且最接近实际条件的评价环烷酸缓蚀剂的一种方法，因此探索旋转挂片法测定环烷酸缓蚀剂缓蚀性能评价工艺条件是必不可少的[1]。

为此，本文以市售A3钢片腐蚀速率为考察指标，选取温度、酸值、接触时间、流体流速4个因素，在单因素试验基础上，采用L9（34）正交试验设计，进行4因素3水平试验，对金属腐蚀速率影响因素进行研究，得出环烷酸缓蚀剂缓蚀性能评价的适宜工艺条件。

1 实验部分

1.1 主要实验仪器

酸碱滴定仪、先行者电子天平、高压反应釜、电吹风、电子分析天平。

1.2 主要实验药品

环烷酸、工业白油、异丙醇、氢氧化钾、对萘酚苯、溶剂油、市售A3钢片。

1.3 试验方法

1.3.1 动态失重法测试腐蚀速率

将待测试片用水磨砂纸打磨后，用蒸馏水冲洗、滤纸吸水、无水酒精脱脂、电吹风吹干，放在干燥器中干燥2 h。实验前用分析天平准确称量试样原始质量，并记录为M0。采用旋转挂片腐蚀评定方法，所有实验均在高压釜内进行。每次取3个材质相同的试样分别挂于试样架上，加入800 mL腐蚀介质，通入氮气排除氧气，然后升温至280℃，恒温6 h。试验结束后，将挂片取出，先用清水、无水乙醇清洗、丙酮除油，然后用橡皮擦去试样表面腐蚀产物，再依次用无水乙醇、丙酮清洗。干燥24 h后称重并记录为Mt。根据实验结果计算试片表面积、腐蚀速率及缓蚀率[2]。

腐蚀速率的计算公式为：

式中：Vc——腐蚀速率，mm/a；

Mo——挂片腐蚀前质量，g；

Mt——挂片腐蚀后质量，g；

S——挂片表面积，cm2；

ρ——A 3钢密度，g/cm3；

t——试验时间，h。

1.3.2 评价工艺条件的优选

（1）环烷酸缓蚀剂缓蚀性能评价工艺条件单因子实验

以工业白油和环烷酸调和作为腐蚀介质，采用动态失重法，利用压力釜旋转挂片模拟试验对A3钢腐蚀行为进行研究，考察温度、时间、介质酸值及流体流速各因素对金属腐蚀速率的影响，进行以下实验：

①温度：在确定转速为300 r/min、介质酸值为8.00 mg KOH/g、接触时间为6 h和氮冲等条件不变的情况下，比较反应温度分别为190，220，250，280，310℃对金属腐蚀速率的影响。

②接触时间：在确定转速为300 r/min、介质酸值为8.00 mg KOH/g、反应温度为280℃和氮冲等条件不变的情况下，比较接触时间分别为6，12，18，24，36，48 h对金属腐蚀速率的影响。

③介质酸值：在确定转速为300 r/min、接触时间为6 h、反应温度为280℃和氮冲等条件不变的情况下，比较介质酸值分别为0.46，1.01，4.00，8.00 mg KOH/g对金属腐蚀速率的影响。

④流体流速：在确定介质酸值为8.00 mg KOH/g、接触时间为6 h、反应温度为280℃和氮冲等条件不变的情况下，比较转速分别为150，300，450，600 r/min对金属腐蚀速率的影响。

（2）环烷酸缓蚀剂缓蚀性能评价正交实验设计

在以上单因子试验基础上考虑反应温度、时间、介质酸值、流体流速4因素3水平L9（34）正交实验进一步确定适宜的缓蚀剂缓蚀性能评价工艺参数。正交试验设计见表1。

表1 环烷酸缓蚀剂性能评价工艺条件正交试验设计Table 1 Orthogonal tests designof the conditions forcorrosion inhibition performance evaluation of naphthenic acid corrosioninhibitors

2 结果与分析

2.1 温度对腐蚀速率的影响

图1 温度对腐蚀速率的影响Fig.1 Effectof temperature oncorrosionrate

由图1可见，金属腐蚀速率随温度升高先增大后减小。在220～280℃内环烷酸与铁的反应为吸热反应，温度升高有利于反应进行，故腐蚀速率增大。但温度＞280℃后，由于金属表面吸附环烷酸分子能力降低，导致参与腐蚀的环烷酸分子量减少，所以腐蚀速率减小[3]。因此，选取280℃是较适宜的缓蚀性能评价温度。

2.2 酸值对腐蚀速率的影响

由图2可见：金属腐蚀速率随介质酸值增大而增大。介质酸值增大使金属表面对环烷酸分子的吸附量显著增加，所以腐蚀速率明显增加。

图2 酸值与腐蚀速率的关系Fig.2 Effectof acidnumberoncorrosionrate

2.3 接触时间对腐蚀速率的影响

由图3可见，金属腐蚀速率随反应时间延长而减小。随反应时间延长，活性S增多，导致硫与铁反应生成的硫化亚铁膜增厚[4]，抑制了环烷酸对金属的腐蚀，因此腐蚀速率减小。故选取6 h是较适宜的缓蚀性能评价时间。

图3 时间与腐蚀速率的关系Fig.3 Effectof reacting time oncorrosionrate

2.4 流体流速的影响

由图4可见：金属腐蚀速率随转速增大而先增大后趋于平缓。由于流速增加不仅使金属表面单位时间内吸附环烷酸分子数增多，而且加剧了金属表面的冲刷腐蚀，故腐蚀速率增大[5]。考虑过高转速会引起腐蚀不均，因而确定450 r/min为较适宜的缓蚀性能评价转速。

图4 转速与腐蚀速率的关系Fig.4 Effectof flowing speedoncorrosionrate

2.5 正交实验

在单因子试验基础上进行正交试验，优化提取工艺，结果见表2。

表2 环烷酸缓蚀剂缓蚀性能评价工艺条件正交试验结果Table 2 The resultof orthogonal tests of the conditions for corrosioninhibitionperformanceevaluationofnaphthe nic acidcorrosioninhibitors

由表2的极差R值分析可知，4因素对腐蚀速率影响的主次顺序是A＞B＞C＞D，再结合方差K值分较可知，较适宜的缓蚀性能评价工艺参数为A2B3C1D1，即温度280℃、时间6 h、流体流速300 r/min。但试验未进行此工艺，故因此结合上表最大腐蚀速率的工艺A2B3C1D2做对照实验，对比实验结果如表3所示。

表3 对比试验结果Table 3 The resultof contrasttest

由表3试验结果可知，较优的评价工艺条件为A2B3C1D2，即：温度280℃、时间6 h、流体流速450 r/min。按此评价工艺，金属腐蚀速率达到16.4 mm/a。

3 结 论

经过探索得到旋转挂片法测试环烷酸缓蚀剂缓蚀性能评价较为适宜的工艺条件为：反应温度280℃、反应时间6 h、转速450 r/min。

[1]吕振波，田松柏，翟玉春，等.原油中环烷酸腐蚀预测方法综述[J].石油化工腐蚀与防护，2004，21（3）：1-3.

[2]高延敏，陈家坚，雷良才，等.环烷酸腐蚀研究现状和防护[J].石油化工腐蚀与防护，2004，21（3）：10-13.

[3]苏金华.常减压装置环烷酸腐蚀与防护[J].石油和化工设备，2005，8（6）：29-30.

[4]高延敏，陈家坚，柯克，等.环烷酸与硫化氢腐蚀体系的热力学分析[J].腐蚀科学与防护技术，1999，19（6）：357.

[5]Slavcheva E，Shone B，Turnbull A.Review of Naphthenic Acid Corrosion in Oil Refining[J].British Corrosion Journal，1999，34（2）：125-131.

Study on the Evaluating Process of Corrosion Inhibition Performance of Naphthenic Acid Corrosion Inhibitors

CHENGJin-xie，HEJing-ping，WU Fan，LIMan，MENGXiao，XIA Ming-gui
（College of Chemical Engineering，WuhanTextile University，Hubei Wuhan430073，China）

Aiming at performance evaluating process of naphthenic acid corrosion inhibitors，the appropriate conditions were determined through single factorexperiments and orthogonal tests by the rotating hanging plate and the dynamic weight loss method.The results show that the suitable conditions for the performance evaluation of naphthenic acid corrosion inhibitors are as follows：reaction temperature is 280℃，reacting time is 6 h，flowing speed is 450 r/min.Underabove conditions，naphthenic acidcorrosionrate is 16.4 mm/a.

Naphthenic acid；Inhibitor；Rotating hanging plate method；Evaluation；Technology

TQ255

A

1671-0460（2010）04-0360-03

2010-05-14

程金燮（1989-），男，湖北宜昌人，研究方向为精细化工。E-mail：731255186@qq.com。

夏明桂，E-mail：mingguixia@yahoo.com.cn。