探討石油化工設(shè)備在濕硫化氫環(huán)境中的腐蝕與防護(hù)處理

關(guān)遠(yuǎn)華

(廣東省龍門(mén)縣應(yīng)急管理局,廣東 惠州 516800)

隨著時(shí)代的發(fā)展,我國(guó)的石油化工產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展。石油化工領(lǐng)域的生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)應(yīng)用不同的設(shè)備,但其應(yīng)用環(huán)境大多較為特殊,濕硫化氫環(huán)境下,設(shè)備容易出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題[1]。如果未予以及時(shí)的養(yǎng)護(hù)或者維修,極易導(dǎo)致設(shè)備使用性能和安全性的下降,影響正常的生產(chǎn)活動(dòng)。為此,實(shí)際生產(chǎn)中,還需要重視設(shè)備的濕硫化氫腐蝕問(wèn)題,并積極做好相應(yīng)的預(yù)防措施[2]。

碳鋼具有優(yōu)異的力學(xué)性能、加工性能和價(jià)格優(yōu)勢(shì),因此目前,在石油化工行業(yè)中,所應(yīng)用的多種設(shè)備均為碳鋼材質(zhì)。例如,各種煉化裝置多為碳鋼材質(zhì)。但是,在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,很多碳鋼煉化裝置會(huì)出現(xiàn)濕硫化氫腐蝕問(wèn)題,進(jìn)而對(duì)設(shè)備的正常應(yīng)用造成一定的不良影響[3]。在本次研究中,選擇設(shè)計(jì)一定的模擬試驗(yàn),分析碳鋼在濕硫化氫環(huán)境下的腐蝕情況,為設(shè)備濕硫化氫環(huán)境下的腐蝕預(yù)防提供一定的參考依據(jù)[4]。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)以XX石油化工企業(yè)的某輸油站區(qū)為實(shí)驗(yàn)地點(diǎn),對(duì)該輸油戰(zhàn)區(qū)原油儲(chǔ)罐的罐底水進(jìn)行采集,應(yīng)用氫氧化鈉、乙酸對(duì)液體的pH值進(jìn)行采集,采用質(zhì)量損失法開(kāi)展?jié)窳蚧瘹涓g模擬試驗(yàn)[5]。并以某型號(hào)鋼材作為材料,本次實(shí)驗(yàn)選擇使用的材料為20號(hào)鋼,對(duì)材料進(jìn)行加工處理,獲得實(shí)驗(yàn)試樣,大小為50 mm×30 mm×2 mm。硫化氫是石油和天然氣中最具腐蝕作用的有害介質(zhì)之一,濕硫化氫環(huán)境極易導(dǎo)致多種材質(zhì)或者設(shè)備發(fā)生腐蝕,危害較大,依據(jù)游離態(tài)硫化氫水中不同pH值大小以及游離態(tài)硫化氫水中的濃度,可以對(duì)濕硫化氫環(huán)境危害程度進(jìn)行評(píng)定,評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 濕硫化氫環(huán)境危害程度確定標(biāo)準(zhǔn)

石油化工領(lǐng)域,在日常各類生產(chǎn)活動(dòng)的開(kāi)展過(guò)程中,涉及到的環(huán)境條件十分復(fù)雜。為滿足生產(chǎn)活動(dòng)開(kāi)展的需求,在應(yīng)用各種設(shè)備的時(shí)候,經(jīng)常需要再濕硫化氫環(huán)境條件下使用。這一背景下,這些設(shè)備極易發(fā)生腐蝕。相應(yīng)的腐蝕情況往往十分復(fù)雜,涉及到多種不同的類型,包括氫鼓泡以及硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂等等,常見(jiàn)的腐蝕形式示意圖如圖1所示。例如,在天然氣輸送過(guò)程中,管材在含硫化氫等酸性環(huán)境中,因腐蝕產(chǎn)生的氫侵入鋼內(nèi)而產(chǎn)生的裂紋稱為氫致開(kāi)裂(HIC)。

圖1 常見(jiàn)濕硫化氫腐蝕形式

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

利用不同目數(shù)的砂紙對(duì)實(shí)驗(yàn)試樣進(jìn)行依次打磨,打磨至800目。打磨結(jié)束后對(duì)實(shí)驗(yàn)試樣進(jìn)行清洗,干燥后稱取質(zhì)量大小,并將其置于腐蝕溶液中[6]。將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硫化氫氣體通入到腐蝕溶液中,使氣、液相中硫化氫達(dá)到平衡,實(shí)驗(yàn)時(shí)間為7 d。為觀察緩蝕劑對(duì)腐蝕情況的影響效果,在實(shí)驗(yàn)溶液中添加一定的緩蝕劑進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,應(yīng)用X射線衍射法對(duì)腐蝕產(chǎn)物的成分進(jìn)行分析。對(duì)試樣進(jìn)行清洗,稱取質(zhì)量大小,觀察不同pH值下濕硫化氫腐蝕速率的變化情況、不同硫化氫含量下濕硫化氫腐蝕速率的變化情況,以及添加緩蝕劑對(duì)濕硫化氫腐蝕速率的影響效果[7]。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同pH值下濕硫化氫腐蝕速率的變化情況

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),pH值與碳鋼濕硫化氫腐蝕之間存在一定的關(guān)系,對(duì)腐蝕的進(jìn)展具有促進(jìn)作用。總體來(lái)看,隨著pH值的不斷增加,碳鋼濕硫化氫腐蝕速率隨之提升。在pH值達(dá)到8左右后,腐蝕速率達(dá)到最大值。隨著pH值的不斷增加,腐蝕速率會(huì)呈現(xiàn)出不斷下降的變化趨勢(shì),結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同pH值下濕硫化氫腐蝕速率的變化情況

溶液pH值與水中硫類型和分布密切相關(guān),不同的硫與鐵反應(yīng)后生成不同的硫鐵化合物。如果溶液整體呈中性,其中的主要成分為HS-。如果溶液整體呈堿性,其中的成分以S2-為主,并生成一層致密腐蝕產(chǎn)物膜,其中的主要成分為FeS。該產(chǎn)物膜可以發(fā)揮出一定的保護(hù)作用,達(dá)到減緩腐蝕的效果。在溶液整體呈酸性的時(shí)候,以硫化氫為主,最終生成的腐蝕產(chǎn)物中,以含硫量不足的Fe9S8為主。另外,從影響因素角度進(jìn)行分析,FeS保護(hù)膜的穩(wěn)定性會(huì)受到多種因素的影響。其中。溶液是pH值大小便是一個(gè)十分常見(jiàn)的影響因素。在一定的條件下,如果溶液的pH值偏下,溶液的整體酸堿性會(huì)呈現(xiàn)出偏酸性的情況。則溶液會(huì)影響到FeS保護(hù)膜,導(dǎo)致其發(fā)生溶解,最終引起大量Fe2+的出現(xiàn),促進(jìn)腐蝕速率的提升[8-10]。

2.2 不同硫化氫含量下濕硫化氫腐蝕速率的變化情況

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),硫化氫含量與碳鋼濕硫化氫腐蝕之間存在一定的關(guān)系,對(duì)腐蝕的進(jìn)展具有促進(jìn)作用?？傮w來(lái)看,隨著硫化氫含量的不斷增加,碳鋼濕硫化氫腐蝕速率隨之提升。在硫化氫質(zhì)量濃度達(dá)到20 mg/L左右后,腐蝕速率達(dá)到最大值。隨著硫化氫含量的增加,腐蝕速率會(huì)呈現(xiàn)出不斷下降的變化趨勢(shì),結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同硫化氫含量下濕硫化氫腐蝕速率的變化情況

硫化氫在與鐵發(fā)生反應(yīng)之后,會(huì)生成FeS保護(hù)膜,該保護(hù)膜具有致密特點(diǎn),可以阻斷金屬基體與硫化氫之間的接觸,達(dá)到減緩氫原子向金屬基體發(fā)生擴(kuò)散的效果。

2.3 添加緩蝕劑對(duì)濕硫化氫腐蝕速率的影響效果

通過(guò)對(duì)本組實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn),在試驗(yàn)溶液中添加適量緩蝕劑之后,濕硫化氫腐蝕速率明顯下降,與未添加緩蝕劑時(shí)的腐蝕速率進(jìn)行比較,明顯較低,結(jié)果如圖4所示。同時(shí),通過(guò)對(duì)試樣的外觀情況進(jìn)行觀察也可以發(fā)現(xiàn),經(jīng)觀察在其表面不存在明顯的腐蝕情況,無(wú)氫鼓泡等情況。這一情況表明,試樣所受到的腐蝕嚴(yán)重程度顯著下降,即提示,緩蝕劑的添加發(fā)揮出明顯的作用,在抑制濕硫化氫腐蝕方面產(chǎn)生了可靠的效果。

圖4 添加緩蝕劑對(duì)濕硫化氫腐蝕速率的影響效果

3 石油化工設(shè)備在濕硫化氫環(huán)境中的腐蝕防護(hù)處理

3.1 科學(xué)進(jìn)行設(shè)備選材

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(duì)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。油氣田常用抗硫化物應(yīng)力腐蝕低合金鋼與碳素鋼選材情況如表2所示。

表2 油氣田常用抗硫化物應(yīng)力腐蝕低合金鋼與碳素鋼選材情況

3.2 科學(xué)進(jìn)行設(shè)備養(yǎng)護(hù)

若選用零件強(qiáng)度較高,要及時(shí)降低硫化氫質(zhì)量含量。進(jìn)行脫硫時(shí)要對(duì)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。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。設(shè)備使用時(shí)要嚴(yán)格控制硫化氫的質(zhì)量濃度,原料為輕石腦油時(shí),要對(duì)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。

3.3 適當(dāng)添加緩蝕劑

在控制腐蝕的過(guò)程中,結(jié)合腐蝕的具體情況,適當(dāng)?shù)氖褂靡欢▌┝康木徫g劑,有利于抑制腐蝕的發(fā)生,獲得理想的防腐蝕效果。緩蝕劑的類型和作用不一,針對(duì)濕硫化氫環(huán)境下各種設(shè)備所受到的影響,可以針對(duì)具體的材料和介質(zhì)情況,選擇最為合適的緩蝕劑類型予以應(yīng)用。生產(chǎn)實(shí)踐中,用于含H2S 酸性環(huán)境中的緩蝕劑,通常為咪唑啉衍生物、磷酸酯、脂肪酸或季銨鹽中的一種或兩種以上的混合物,也包括含硫、磷的化合物。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上,濕硫化氫環(huán)境下,以對(duì)多種石油化工設(shè)備造成不同程度的腐蝕,腐蝕所帶來(lái)的危害是多方面的。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)分析也了解到,pH值與碳鋼濕硫化氫腐蝕之間存在一定的關(guān)系,對(duì)腐蝕的進(jìn)展具有促進(jìn)作用。在pH值達(dá)到8左右后,腐蝕速率達(dá)到最大值。之后,隨著pH值的不斷增加,腐蝕速率會(huì)呈現(xiàn)出不斷下降的變化趨勢(shì)。同時(shí),硫化氫含量與碳鋼濕硫化氫腐蝕之間也存在一定的關(guān)系,對(duì)腐蝕的進(jìn)展具有促進(jìn)作用。在硫化氫質(zhì)量濃度達(dá)到20 mg/L左右后,腐蝕速率達(dá)到最大值。在試驗(yàn)溶液中添加適量緩蝕劑之后,濕硫化氫腐蝕速率明顯下降,說(shuō)明在添加緩蝕劑之后,可以有效抑制濕硫化氫腐蝕。因此,在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,對(duì)于各種石油化工設(shè)備,還需要積極的進(jìn)行科學(xué)的設(shè)備選材和養(yǎng)護(hù),并通過(guò)合理的應(yīng)用一定的緩蝕劑等方式,以預(yù)防濕硫化氫問(wèn)題的出現(xiàn),延長(zhǎng)裝置設(shè)備的使用壽命。