石油化工設(shè)備在濕硫化氫環(huán)境中的腐蝕與防護(hù)

安智遠(yuǎn)

（山東省嵐橋石化有限公司，山東日照 276800）

0 引言

石油化工設(shè)備在濕硫化氫環(huán)境中普遍會出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，一旦設(shè)備腐蝕程度過于嚴(yán)重，未及時對其修理或養(yǎng)護(hù)，就會導(dǎo)致設(shè)備安全性降低，產(chǎn)生許多安全隱患。因此，要及時開展設(shè)備維護(hù)工作，采取有效措施強(qiáng)化設(shè)備安全性。

1 影響因素

1.1 溫度

石油化工設(shè)備的鋼材料所蘊(yùn)含的磷元素、硫元素、氫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，證明其硬度也就越高，防腐蝕性能較低，極易被硫化氫所腐蝕。溫度變化能對設(shè)備腐蝕產(chǎn)生直接影響，鋼鐵在硫化氫水溶液中的腐蝕速度與溫度通常成正比關(guān)系。根據(jù)案例數(shù)據(jù)可知，在10%的硫化氫水溶液中，當(dāng)溶液溫度從55 ℃提升到84 ℃時，鋼鐵的腐蝕速度能迅速增長約20%。但當(dāng)溶液溫度上升到84 ℃以上時，鋼鐵的腐蝕性則會隨著溫度上升而降低。該實驗證明當(dāng)溫度高于84 ℃時，鋼鐵腐蝕性與溫度間會呈現(xiàn)反比關(guān)系。通過實驗可知，當(dāng)濕硫化氫溶液溫度維持在110～200 ℃時，鋼鐵的腐蝕速度與程度最小，而當(dāng)硫化氫溶液溫度在20 ℃時，鋼鐵腐蝕速度與程度最大，為此要根據(jù)實際情況科學(xué)調(diào)控溫度[1]。

1.2 pH 值

pH 值接近中性或弱堿性時，鋼中氫的溶解量最低，當(dāng)pH值接近強(qiáng)堿性或強(qiáng)酸性時，鋼中氫的溶解量也會隨之增高，說明pH 值也能對鋼鐵的腐蝕程度產(chǎn)生影響?？諝夂械陌彪x子能促使硫化氫的應(yīng)力腐蝕逐漸敏感。若pH 值較低或更加接近強(qiáng)酸性時，二氧化碳會增強(qiáng)硫化氫的應(yīng)力腐蝕能力，加強(qiáng)對設(shè)備的腐蝕力度。當(dāng)pH 值較高或向強(qiáng)堿性靠攏時，二氧化碳就會起到反作用，降低硫化氫的應(yīng)力腐蝕能力[2]。

1.3 硫含量

石油化工中產(chǎn)生的硫含量能直接影響設(shè)備腐蝕程度，硫含量越高對設(shè)備腐蝕就越嚴(yán)重。要注意石油化工生產(chǎn)過程中的硫化氫介質(zhì)，該介質(zhì)內(nèi)含各類腐蝕成分，能將硫化鐵保護(hù)膜溶解，將硫化氫腐蝕速度加快，讓金屬表面更容易被氫滲透，最終使得石油化工設(shè)備被逐漸腐蝕，化工設(shè)備功能性逐漸降低。

1.4 暴露時間

碳鋼和低合金鋼設(shè)備在濕硫化氫環(huán)境中，其腐蝕速度會呈現(xiàn)由快轉(zhuǎn)慢的趨勢，因隨著暴露時間的延長，其腐蝕性會逐漸降低，腐蝕性的強(qiáng)弱與暴露時間成反比關(guān)系。通過實驗數(shù)據(jù)可知，設(shè)備在濕硫化氫環(huán)境中暴露2000 h 后，其腐蝕性會逐漸呈現(xiàn)平衡。該類現(xiàn)象主要因暴露時間逐漸延長，硫化鐵腐蝕產(chǎn)物會堆積在設(shè)備表層，形成具有保護(hù)作用的產(chǎn)物膜覆蓋到設(shè)備上，為設(shè)備提供防腐蝕的保護(hù)。

2 腐蝕的原因

2.1 氫氣引起的鼓泡

石油化工設(shè)備長期處在濕硫化氫環(huán)境中，因化工設(shè)備長時間遭受腐蝕，所以在設(shè)備內(nèi)壁的淺表層會出現(xiàn)不同大小的氫鼓泡。該現(xiàn)象的產(chǎn)生主要是因濕硫化氫環(huán)境中所蘊(yùn)含的含硫化合物，在對石油化工設(shè)備中的碳鋼材進(jìn)行腐蝕時，會在此時分解出氫原子，極易滲透、聚集到設(shè)備鋼材中存在的夾渣和裂紋等部位，通過聚合反應(yīng)形成氫分子，對化工設(shè)備產(chǎn)生惡劣影響。該分子通過不斷聚攏、融合，能在石油化工設(shè)備的碳鋼表面形成膨脹力，以增強(qiáng)對鋼材中的晶格界面的壓力，導(dǎo)致界面開裂形成氫鼓泡，降低化工設(shè)備安全性。

2.2 氫氣引起的開裂

石油化工設(shè)備多以鋼材為主，而所有鋼材內(nèi)部都會產(chǎn)生氫氣泡。這就導(dǎo)致在環(huán)境壓力逐漸遞增時，該范圍內(nèi)的氫氣泡會出現(xiàn)裂紋，并逐漸發(fā)展成彼此間相互連接的狀態(tài)，最終形成氫致開裂對化工設(shè)備產(chǎn)生影響。該狀態(tài)能呈梯形狀，其延伸方向則與鋼材表面平行方向保持一致。

2.3 硫化物引起的腐蝕

硫化物引起的腐蝕通常會在設(shè)備的熱影響區(qū)域以及高硬度區(qū)域出現(xiàn)。石油化工設(shè)備中的碳鋼材料和濕硫化氫通過化學(xué)腐蝕作用，產(chǎn)生許多氫原子。在氫原子的滲透作用下，鋼材內(nèi)部的晶格結(jié)構(gòu)遭到溶解與破壞，導(dǎo)致鋼材產(chǎn)生“氫脆”現(xiàn)象，對設(shè)備實用性產(chǎn)生不良影響。當(dāng)石油化工設(shè)備在遭受外加應(yīng)力或余應(yīng)力的影響時，就會頻繁出現(xiàn)腐蝕開裂現(xiàn)象。

2.4 應(yīng)力導(dǎo)向引起的氫開裂

石油化工設(shè)備長期處在濕硫化氫環(huán)境中，其接管處、裂紋狀缺陷處、腐蝕開裂處和突變幾何狀等部位，均會出現(xiàn)有規(guī)律的開裂現(xiàn)象，隨著腐蝕時間延長，會嚴(yán)重影響化工設(shè)備功能性與安全系。該現(xiàn)象主要是因石油化工設(shè)備在應(yīng)力作用下，含硫化物腐蝕析出的氫原子逐漸向鋼材內(nèi)部滲透，在夾渣和裂紋處聚集，借此形成與應(yīng)力方向相垂直的小裂縫，對化工設(shè)備造成影響。設(shè)備中熱影響作用越強(qiáng)的區(qū)域，其裂紋開裂的情況也就越嚴(yán)重。

3 腐蝕防護(hù)措施

3.1 安裝過程中的防腐蝕措施

石油化工設(shè)備在安裝時，要及時做好防腐蝕措施，有效減少濕硫化氫環(huán)境對設(shè)備的影響。安裝員要利用檢測設(shè)備對石油化工設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)化檢查，以確保其幾何尺寸與規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)相符，發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常時要及時向上級報告，為探討應(yīng)急方案做好防腐蝕措施提供充足時間。安裝員在焊接時，要盡可能降低焊接縫結(jié)構(gòu)中的合金成分，避免對設(shè)備產(chǎn)生影響的因素產(chǎn)生。嚴(yán)禁采用強(qiáng)力組安裝法進(jìn)行設(shè)備安裝工作，要根據(jù)實際情況科學(xué)選擇安裝方法，以免對化工設(shè)備防腐蝕工作產(chǎn)生阻礙，盡可能地實現(xiàn)在安裝環(huán)節(jié)就對化工設(shè)備開展防腐蝕護(hù)理工作。要采用射線與超聲波對焊接縫進(jìn)行檢查或維修，以確保焊縫質(zhì)量不受外界因素影響，避免焊接縫質(zhì)量降低。安裝員要將焊接縫硬度維持在200 HB 內(nèi)，避免硬度不夠或過硬對后續(xù)工作產(chǎn)生惡劣影響。石油化工設(shè)備焊接工作完成后，要及時對其進(jìn)行熱處理，將殘余應(yīng)力消除，避免應(yīng)力導(dǎo)向引起氫開裂，導(dǎo)致裂紋開裂情況越來越嚴(yán)重，降低化工設(shè)備安全性。

3.2 選材過程中的防腐蝕措施

科學(xué)選材能有效減少石油化工設(shè)備腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生，選擇適宜的材料能為化工設(shè)備提供防腐蝕保障。為此，要提高對石油化工設(shè)備選材工作的重視，確保選材工作的科學(xué)性，根據(jù)實際情況選擇防腐蝕材料。首先，在濕硫化氫環(huán)境中，當(dāng)氰化物的質(zhì)量濃度大于20 mg/L，且硫化氫濃度質(zhì)量大于50 mg/L 時，其內(nèi)件材料要盡量選擇0Crl3 鋼材，殼體鋼材要選擇碳錳鋼或碳鋼復(fù)合鋼板，以確?；ぴO(shè)備安全性不受外界影響。其次，鋼硫化氫的濃度質(zhì)量高于50 mg/L，且氰化物質(zhì)量濃度不穩(wěn)定，在此時選擇殼體鋼材時，要盡量選擇碳錳鋼或碳鋼，并確保該材料抗拉強(qiáng)度能保持在141 MPa，借此增強(qiáng)化工設(shè)備防腐蝕性，為現(xiàn)場工作人員提供相應(yīng)保障。最后，選材時要盡量降低設(shè)備鋼材中S、Mn、P等質(zhì)量分?jǐn)?shù)，需盡可能提高材料的純度，確保材料純度符合相關(guān)要求，強(qiáng)化石油化工設(shè)備防腐蝕性，為開展強(qiáng)化設(shè)備防腐蝕工作提供物質(zhì)條件。

3.3 使用過程中的防腐蝕措施

操作者要主動掌握設(shè)備使用方法，知曉設(shè)備使用步驟、養(yǎng)護(hù)工作以及注意事項，規(guī)范操作流程，嚴(yán)格按照操作要求使用設(shè)備，努力完成設(shè)備防腐工作，定期對石油化工設(shè)備進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以確保設(shè)備高危部位的防腐蝕性與實用性，以此增強(qiáng)化工設(shè)備安全性。要加強(qiáng)對日常工作的動態(tài)監(jiān)控力度，保證化工設(shè)備功能性與使用狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備使用狀態(tài)異常時，需由專業(yè)人員采取有效措施對運(yùn)行的設(shè)備實施系統(tǒng)化檢查，及時排除安全隱患，為現(xiàn)場人員提供安全保障。此外，設(shè)備使用時要嚴(yán)格控制硫化氫的質(zhì)量濃度，原料為輕石腦油時，要對脫硫處理加以控制，避免脫硫控制不當(dāng)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。若選用零件強(qiáng)度較高，要及時降低硫化氫質(zhì)量含量。進(jìn)行脫硫時要對脫硫塔后部殘留的濕硫化氫以及二氧化碳的再腐蝕予以重視，避免腐蝕程度嚴(yán)重影響石油化工設(shè)備的功能性。

3.4 檢測過程中的防腐蝕措施

檢測員要定期檢測石油化工設(shè)備，以掌握化工設(shè)備在使用時的安全性與防腐蝕效果，確保石油化工設(shè)備的功能性未受到外界影響。檢驗工作主要是對壓力容器進(jìn)行檢驗，通常包括設(shè)備結(jié)構(gòu)檢測、表面狀況檢測、鋰氏硬度檢測、溶劑去除型滲透檢測、內(nèi)表面熒光磁粉檢測、測厚、X 射線探傷檢測等。具體檢測工作環(huán)節(jié)要根據(jù)實際情況科學(xué)選擇，采取有效措施對所需檢測部位進(jìn)行檢測。檢測員發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在安全隱患時，要及時對缺陷位置實施有效、科學(xué)的分析，根據(jù)現(xiàn)實狀態(tài)開展修復(fù)和護(hù)理工作，以保證化工設(shè)備的實用性。此外，檢測員要依照缺陷種類、缺陷部位、缺陷數(shù)量等信息對缺陷部位進(jìn)行深入研究，并利用增加厚度檢測、硬度檢測和無損探傷技術(shù)等方法，對缺陷部位和腐蝕情況進(jìn)行判定，以此排除石油化工設(shè)備潛藏的安全隱患，強(qiáng)化石油化工設(shè)備安全性。

4 其他建議

要對濕硫化氫環(huán)境中的其他腐蝕因素進(jìn)行系統(tǒng)處理，通過科學(xué)管控各類腐蝕因素，有效減少石油化工設(shè)備被腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。對于催化裂化加工而言，要及時采取有效的工藝措施，并在工藝中增添各類試劑，充分改善濕硫化氫環(huán)境，避免氫鼓包、氫致開裂等現(xiàn)象產(chǎn)生，為化工設(shè)備正常使用提供前提條件。此外，要做好環(huán)境溫度調(diào)控，采取有效措施調(diào)控室內(nèi)溫度，降低鋼鐵腐蝕速度與程度，為石油化工設(shè)備的防腐蝕提供助益。要加強(qiáng)對濕硫化氫環(huán)境pH 值調(diào)控，若環(huán)境呈現(xiàn)強(qiáng)酸性時，氫鼓包、氫致開裂等現(xiàn)象就會頻繁產(chǎn)生，為此要根據(jù)實際情況科學(xué)調(diào)控pH值，以減少對化工設(shè)備的侵蝕。要按照操作技術(shù)規(guī)范以及防腐蝕要求開展防腐蝕工作，以做好數(shù)據(jù)監(jiān)測、物料添加、緩蝕劑添加等工作，對易腐蝕和易損壞部位強(qiáng)化管控，以增強(qiáng)化工設(shè)備防腐蝕性。要加強(qiáng)對人員的培訓(xùn)力度，使其能夠掌握先進(jìn)安裝技術(shù)和防腐蝕技術(shù)，將科學(xué)防腐蝕技術(shù)應(yīng)用到化工設(shè)備護(hù)理工作，充分發(fā)揮防腐蝕技術(shù)作用，增強(qiáng)化工設(shè)備防腐蝕性。要規(guī)范安裝者的安裝行為，使其主動杜絕不規(guī)范安裝行為，以完成化工設(shè)備在運(yùn)行時的防腐蝕護(hù)理。

5 總結(jié)

綜上所述，石油化工設(shè)備在濕硫化氫環(huán)境中所出現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象會對設(shè)備產(chǎn)生惡劣影響，降低設(shè)備安全性與使用壽命，給現(xiàn)場工作人員帶來安全隱患。為此，要采取有效措施做好設(shè)備防腐蝕工作，增強(qiáng)化工設(shè)備防腐蝕性。