高硫原油環境下奧氏體不銹鋼的腐蝕行為

鄭 志 坤

（ 中國寰球工程公司 遼寧分公司， 遼寧 撫順 113006 ）

加氫裝置的設備和管道普遍存在著含硫及硫化氫的腐蝕環境［1］。因此具有較強的高溫抗腐蝕能力的304,316,321和347等奧氏體型不銹鋼被廣泛應用。但是上述這些穩定化的不銹鋼并不能完全避免晶間腐蝕和硫化物應力腐蝕開裂等腐蝕性問題，特別是在一些高硫原油環境下，不銹鋼腐蝕開裂問題猶為突出。本文以TP321這種典型的奧氏體不銹鋼為例詳細討論其在高硫油品環境下的腐蝕行為。

1 材料分析

鋼管的化學成分見表1。

表1 鋼管的化學成分Table 1 Chemical Constituents of Pipes %

2 腐蝕分析

2.1 顯微檢驗

以某石化公司一臺發生泄漏的換熱器為例，泄漏位置在管束處，詳細檢查發現換熱管表面發生裂紋。裂紋與管子軸向呈現一定的角度，其四周聚集了一定量的褐色腐蝕產物。放大檢查發現裂紋為貫通裂紋（圖1）。選取管子有裂紋的部位，沿橫斷面切取試樣。制取金相試樣后在金相顯微鏡下觀察結果顯示為均勻的奧氏體組織，裂紋呈樹枝晶分布，且尾部呈尖銳狀（圖2）。

圖1 0.1 mm微裂紋Fig.1 Microstructure for 0.1 mm

圖2 1 mm裂紋Fig.2 Microstructure for 1 mm

2.2 腐蝕殘留物成分分析

對于分析裂紋產生的成因來說，管子所處得腐蝕環境是一個重要因素［2］。因此，有必要對裂紋處沉積的腐蝕產物進行能譜分析，分析結果見圖3。能譜打點方向自裂紋尖端處開始，沿裂紋展開。分析結果表明裂紋尖端處腐蝕產物中含有高含量的S，遠離尖端處的管子外表面裂紋則含量迅速下降。

圖3 裂紋處腐蝕聚積物成分譜線Fig.3 Spectrum Curve of Corrosion Product in Crack

2.3 裂紋斷口形貌分析

將試樣上的裂紋打開后發現，裂紋斷口粗糙。在掃描電子顯微鏡下觀察發現，裂紋在鏡管子外側向內壁延伸的過程中生出很多二次裂紋（樹枝狀裂紋）。斷口處呈現河流花樣，并伴有韌窩，同時具備了脆性斷口和韌性斷口的特征（圖4）［3］。

圖4 試樣斷口的SEM形貌Fig.4 SEM Morphology of Fracture

2.4 運行工況及裂紋成因分析

管子所處的環境為高硫原油，含硫量較普通原油高出很多，介質中會含有大量的硫化物，這一點在腐蝕殘留物的能譜分析中已經證實。根據金屬腐蝕的電極電位原理，硫化物提高了介質中H的析出電位，使陰極反應析出的氫原子很難形成氣態H逸出，使得原子H進入了不銹鋼基體中，導致了鋼的脆性傾向。

裝置在運行期間受到了高硫腐蝕，產生硫化物，這些硫化物大多為 FeS，見反應式（1）。裝置停工期間溫度降低，氧氣進入，潮濕的富氧環境為管子表面生成連多硫酸（H2SXO6）創造了條件，見反應式(2)［4］。

當連多硫酸生成以后，不可避免的會發生連多硫酸引起的晶間腐蝕，一旦遇到存在較大拉應力的情況時，應力腐蝕開裂就會隨之發生［5］

3 結 論

（1）高硫原油環境下，管子的裂紋主要是由于硫化物引起的晶間腐蝕以及應力腐蝕開裂（SCC）而產生的，這兩種腐蝕往往會交織在一起。

（2）奧氏體不銹鋼對高含量的硫化物仍然具有較高的應力腐蝕開裂傾向。

（3）奧氏體不銹鋼具有較強的高溫抗腐蝕能力，但在高硫油品環境下由高溫到低溫轉化之后的腐蝕行為應該引起足夠的重視。

［1］ 莫廣文，劉小輝. 加氫裂化裝置煉制高含硫原油腐蝕狀況及對策[J].石油化工腐蝕與防護，2002，19（2）：1-6．

［2］ 黃旭升. 換熱器管子與管板連接接頭技術研究[J]. 石油化工設備，2006，9（6）：13-15．

［3］ Teng Tso-Liang, Lin Chih-Cheng. Effect of welding condition on residual stresses due to butt welds[J]. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 1998, 75(12):857-864.

［4］ 李祖貽. 濕硫化氫環境下煉油設備的腐蝕與防護[J]. 石油化工腐蝕與防護，2001，18（3）：1-5．

［5］ 肖紀美. 應力作用下的金屬腐蝕[M]. 北京：化學工業出版社，1990．