4種硫化氫汽提塔頂材料耐腐蝕性能分析

張傳周

(西安石油大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,陜西,西安,710065)

4種硫化氫汽提塔頂材料耐腐蝕性能分析

張傳周

(西安石油大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,陜西,西安,710065)

本文對(duì)四種硫化氫汽提塔頂材料進(jìn)行浸泡實(shí)驗(yàn),電鏡分析,結(jié)果表明:20#、1Cr18Ni9Ti、316L到 TA2,它們的耐蝕性依次增強(qiáng)。并且為煉廠(chǎng)催化裝置的硫化氫汽提塔頂?shù)倪x材提供建議和參考。

硫化氫汽提塔頂;浸泡實(shí)驗(yàn);電鏡分析

在煉廠(chǎng),催化加氫裝置是油品質(zhì)量升級(jí)的關(guān)鍵裝置之一。我國(guó)目前大部分石油煉制設(shè)備是按含硫較低的情況設(shè)計(jì)的,近幾年來(lái),含硫量較高的進(jìn)口原油加工量逐步增加,因此設(shè)備腐蝕問(wèn)題日益嚴(yán)重。其中,催化加氫裝置中塔頂空冷系統(tǒng)大部分設(shè)計(jì)材質(zhì)是 20#碳鋼,部分區(qū)域由于腐蝕造成嚴(yán)重減薄并影響到整套裝置的安全運(yùn)行,對(duì)生產(chǎn)造成損失。本文模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,運(yùn)用浸泡實(shí)驗(yàn),電鏡分析通過(guò)對(duì) 20#鋼、1Cr18Ni9Ti、316L及 TA2四種材料的耐腐蝕性能進(jìn)行比較,為煉廠(chǎng)催化裝置的硫化氫汽提塔的選材提供建議和參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

本實(shí)驗(yàn)參照 (國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB10124--88)金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸泡實(shí)驗(yàn)方法[1]。

1.1 試劑與儀器 硫化氫氣體為外購(gòu)鋼瓶氣,純度為 99.9%,可以滿(mǎn)足試驗(yàn)介質(zhì)條件的要求;所用實(shí)驗(yàn)溶液是在實(shí)驗(yàn)室配置飽和硫化氫溶液 +5%氯化鈉 +0.5%冰乙酸 (NACE標(biāo)準(zhǔn)溶液);電光天平,上海天平儀器廠(chǎng);恒溫水浴鍋,西安化機(jī)經(jīng)營(yíng)部;電鏡掃描時(shí)用 S-360型掃描電子顯微鏡

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

圖1

注:各進(jìn)氣、出氣口分別對(duì)應(yīng),另外 A、B、C、D四個(gè)瓶將放在恒溫水浴裝置內(nèi)。本實(shí)驗(yàn)裝置主要由三大部分組成,即供氣部分,加熱部分和尾氣吸收部分。在供氣部分中硫化氫鋼瓶、氮?dú)怃撈亢蜏p壓閥是關(guān)鍵部件,在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)仔細(xì)調(diào)節(jié),保持氣流穩(wěn)定,緩沖管是為了防止錐形瓶?jī)?nèi)溶液回流到減壓閥和鋼瓶而設(shè)置的,同時(shí)對(duì)硫化氫氣體也有一定的緩沖作用;在加熱部分,采用數(shù)字恒溫裝置保證溫度控制在一定的范圍,這樣既簡(jiǎn)化裝置,又便于實(shí)驗(yàn)操作。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟 (1)將試樣用無(wú)水乙醇清洗除油后吹干并冷卻,用精度為0.1mg的電光天平稱(chēng)重并記錄,保存在干燥器里備用;(2)按圖連接實(shí)驗(yàn)裝置,檢查有無(wú)接錯(cuò),遺漏等現(xiàn)象。確認(rèn)無(wú)誤后,用 501膠粘劑將膠管與冷凝管轉(zhuǎn)接頭、緩沖管、吸收瓶、膠管與進(jìn)氣管連接處密封。并用夾子夾著各進(jìn)出氣管口,防止溶液倒流;(3)將試樣用棉線(xiàn)掉在錐形瓶?jī)?nèi),并保持距離,在錐形瓶?jī)?nèi)注入 500mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液;(4)打開(kāi)氮?dú)怃撈康耐瑫r(shí)打開(kāi)進(jìn)氣閥門(mén)和進(jìn)出氣后的夾子,調(diào)節(jié)減壓閥通氣,控制氣體流量,防止通氣過(guò)快;(5)打開(kāi)硫化氫鋼瓶,關(guān)閉氮?dú)忾y門(mén),調(diào)節(jié)減壓閥通氣,控制氣體流量,防止通氣過(guò)快;(6)先裝進(jìn)冷卻水,然后恒溫水浴鍋進(jìn)行加熱,直至實(shí)驗(yàn)裝置達(dá)到所需溫度并保持穩(wěn)定為止;(7)實(shí)驗(yàn)結(jié)束取試樣時(shí),先打開(kāi)氮?dú)忾y門(mén),再關(guān)閉硫化氫鋼瓶,然后關(guān)閉恒溫水浴鍋,直至錐形瓶?jī)?nèi)溫度降至常溫 (其中氮?dú)獯蟾磐ò雮€(gè)小時(shí)),再用夾子夾著各進(jìn)出氣口,防止溶液回流,最后關(guān)掉氮?dú)馄?(8)逐個(gè)取出試樣,進(jìn)行化學(xué)除膜 +機(jī)械清洗,清洗并干燥后,用精度為0.1mg的電光天平稱(chēng)重并記錄。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 腐蝕失重 -時(shí)間變化曲線(xiàn)分析

圖2 84℃四種鋼材浸泡腐蝕失重 -時(shí)間曲線(xiàn)

從圖1上可以直觀(guān)的看出,四種材料的耐蝕性,20#相比來(lái)說(shuō),性能極差,無(wú)論前期還是后期腐蝕速度都相當(dāng)快,中間穩(wěn)定期很短,不能有效的抵御介質(zhì)的腐蝕。1Cr18Ni9Ti不銹鋼明顯比 20#耐蝕,但相比 316L和 TA2耐蝕性差遠(yuǎn)了。1Cr18Ni9Ti不銹鋼前期腐蝕速度緩慢增長(zhǎng),慢慢的穩(wěn)定下來(lái),并且從圖中看出它的穩(wěn)定期明顯比 20#長(zhǎng)的多,具有一定的耐蝕性,性能相對(duì)比較好。316L前期腐蝕速度雖有稍微的增長(zhǎng),但稍后很穩(wěn)定。而 TA2腐蝕速度變化很小,說(shuō)明其腐蝕輕微,耐蝕性良好,突出了它優(yōu)越的性能。

2.2 電鏡分析 圖(a)(b)(c)(d)分別是 20#、1Cr18Ni9Ti、316L及 TA2在 84℃浸泡腐蝕試驗(yàn)后放大 1000X的表面電鏡照片,圖(a)顯示 20#腐蝕嚴(yán)重形成大量的坑蝕,說(shuō)明 20#在這種介質(zhì)中耐蝕性極其弱,腐蝕產(chǎn)物很疏松。圖(b)1Cr18Ni9Ti在 84℃下進(jìn)行電鏡分析,發(fā)現(xiàn)大部分坑蝕比較小,腐蝕還是很?chē)?yán)重的,但腐蝕產(chǎn)物相對(duì) 20#致密了一些。圖(c)表明 316L在 84℃下進(jìn)行電鏡分析在蝕坑中也沒(méi)發(fā)現(xiàn)有小蝕坑,腐蝕之后,形成的腐蝕產(chǎn)物和基體的結(jié)合性要強(qiáng)一點(diǎn),因而對(duì) 316L基體構(gòu)成了一層有效的保護(hù)膜,使其腐蝕速度減慢。并且 316L腐蝕面上沒(méi)看到有縫隙,這說(shuō)明 316L在一定程度上能夠抵制硫化氫應(yīng)力的影響,主要是點(diǎn)蝕演變的蝕坑。耐蝕性明顯優(yōu)于 1Cr18Ni9Ti。圖(d)TA2在 84℃下進(jìn)行電鏡分析都幾乎沒(méi)腐蝕,也就是說(shuō)腐蝕很輕。并且從表面看幾乎沒(méi)坑蝕或縫隙之類(lèi)的,這在一定程度上說(shuō) TA2更能抵制局部腐蝕,它的耐蝕性更強(qiáng)。即使腐蝕,腐蝕產(chǎn)物比 316L更致密,生成的產(chǎn)物和基體結(jié)合性很強(qiáng),不容易剝落,由此可以更好的保護(hù)基體,使腐蝕速度大大減慢。

3 結(jié)論

(1)通過(guò)四種材料在不同實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的浸泡分析,得出材料相應(yīng)的腐蝕速度,腐蝕等級(jí)。并比較他們性能的高低:由 20#、1Cr18Ni9Ti、316L到 TA2,它們的耐蝕性越來(lái)越強(qiáng)。(2)對(duì)常用材料浸泡腐蝕試樣進(jìn)行電鏡分析,表面生成物疏松易剝落;1Cr18Ni9Ti由點(diǎn)蝕發(fā)展到坑蝕,又引起縫隙敏感,造成腐蝕加劇,腐蝕產(chǎn)物稍微致密;316L由點(diǎn)蝕發(fā)展成坑蝕,腐蝕產(chǎn)物致密,能形成有效的保護(hù)膜。TA2腐蝕輕微,并且生成物很致密,與基體結(jié)合性強(qiáng),不易剝落,極易形成有效的保護(hù)膜。在這也說(shuō)明 TA2的耐蝕性最強(qiáng)。(3)316L和 TA2抗蝕性較強(qiáng),尤其是 TA2是 316L的大約十倍。但兩者的成本相差大,316L的成本大約在 7萬(wàn)∕噸,而 TA2大約在 80萬(wàn)∕噸,中間的差距很大。對(duì)于煉廠(chǎng)催化裝置硫化氫汽提塔頂空冷器,理想的選擇當(dāng)然是 TA2,但如此高的成本對(duì)任何一個(gè)煉廠(chǎng)來(lái)說(shuō)性?xún)r(jià)比不高。從實(shí)際生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)上考慮,所以對(duì)于煉廠(chǎng)催化裝置硫化氫汽提塔的腐蝕情況,最好在選用 316L的基礎(chǔ)上,再進(jìn)行有效的防護(hù)。當(dāng)然也可以幾種材料結(jié)合運(yùn)用,在腐蝕不嚴(yán)重的地方采用 20鋼材,腐蝕嚴(yán)重的用 316L,腐蝕特別嚴(yán)重的用 TA2。

[1]GB 10124-1988.金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法.

TQ125.1+2

B

1003-3467(2010)10-0066-02