十八胺停爐保護劑成膜機理

    用成膜胺保護熱力設備在停"備(用期間免遭腐蝕是近年來興起的一項技術，其創新點在于成膜胺能在金屬表面形成一層憎水性薄膜，使金屬與空氣隔絕，防止水和大氣中的氧及二氧化碳對金屬的腐蝕，達到保護熱力設備的目的。它克服了現有保護方法操作麻煩、保護范圍窄、不能用于檢修機組停用保護等缺點，因此發展很快。

    目前該技術在俄羅斯及東歐廣泛用于原子能電廠和火力發電廠設備的停用保護，效果極為明顯。我國一些研究單位也開展了這方面研究和應用，并研制了以十八胺（ODA）為代表的、常溫下可溶解的新型停爐保護劑。ODA的保護效果是公認的，但人們對一些問題還存在種種疑惑，如保護作用能夠持續多長時間？是否會分解？分解產物是什么？分解產物對水汽品質有無不良影響？ 正是這些問題困擾著該技術的大范圍應用。

    本文應用物理化學的有關理論，從理論上回答了這些問題，并以溶解性ODA為樣品，進行了小型試驗和工業試驗，證實它確實是一種性能十分優良的新型停爐保護劑。

成膜機理分析
  　十八胺是成膜胺的一種，分子式為C18H37NH2常溫下為白色臘狀固體，凝固點為53.1℃，沸點為348℃，難溶于水，能溶于乙醇等有機溶劑，因此需要采用特殊方法使其溶解于水成為乳濁液，ODA在其中以膠束的形式存在，不會影響其物理和化學性質。ODA 乳濁液加入鍋爐后稀釋為溶液，在高溫高壓下隨水一起不斷汽化，布滿整個熱力系統，在所有部位的金屬表面（包括極難保護的過熱器、再熱器等）形成一層憎水性保護膜，從而起到保護作用。因此ODA 在爐內的變化可簡單分為3 個過程：
（1）在氣、液兩相中的分配；
（2）在氣相和液相中的吸附成膜；
（3）膜在高溫高壓下的分解。

液兩相中的分配
   常壓下純ODA的沸點為348℃，和水相比，是一種不易揮發的物質，這給人一種錯覺，似乎在爐內的高壓下ODA 更不易分配到氣相中去， 因而對蒸汽通流設備沒有保護作用。但實際情況并非如此。

   由于沒有測定微量ODA 的方法，因此無法直接測得其在氣液兩相中的分配系數，只能通過理論分析或測定保護效果等間接方法得到。利用相平衡理論可以近似求出ODA 在氣液兩相中的分配系數。

    根據克勞修斯-克拉佩龍Clausius-Clapeyron）方程和特魯頓（Trouton） 規則可估算出當壓力為10.9MP 時，純ODA 的沸點842℃，這時純水的沸點為374℃，據此可得到圖示的ODA-水兩組分的相圖（沸點-組成圖）。

圖1　十八胺（ODA）-水兩組分的沸點-組成相圖

    由相圖可估算出混合液的沸點。因為ODA的質量濃度很小（約為10-6），所以混合液的物系點在圖1中的A 點附近，因此混合液的沸點與純水的沸點近似，遠遠小于純ODA 在此壓力下的沸點。在A點附近，氣相線和液相線幾乎重合，因此，ODA 在氣相中的質量濃度非常接近液相中的質量濃度，氣液兩相中的分配系數約為1。這就從理論上闡明了ODA 在氣相中不僅有保護效果，且保護效果與液相接近。在氣、液兩相中的吸附成膜過程ODA分子中含有一個以電負性較大的N 原子為中心的極性基團和由CH組成的非極性基團（烷基），極性基團吸附于金屬表面，而非極性基團遠離金屬表面，這種結構決定了它是一種吸附膜，而且是一種化學吸附，即單分子層吸附，因此當質量濃度達到一定量后，吸附會達到飽和。另外，吸附為放熱反應，壓力一定時，溫度愈高，愈不利于吸附。

3膜在高溫高壓下的分解
   ODA是一種有機物，在過高溫度下必然會分解，但因為分子中只含有C、H、N 3 種元素，所以最終分解產物只可能是NH3、H2或CH4這些簡單的氣體。而這些氣體溶解于水后PH 值＞7，因此不會對金屬造成酸腐蝕。另外，因為一分子的ODA 只含有一分子NH3，因此系統中的NH3不會增加很多， PH值也增大不多。