硫化氫對(duì)機(jī)泵機(jī)械密封軸套的腐蝕

岳飛 寧純來

摘 要：介紹了含濕水硫化氫介質(zhì)對(duì)機(jī)械密封中2Cr13軸套的腐蝕過程和原因分析，通過腐蝕性質(zhì)分析提出有效的解決辦法，避免因軸套腐蝕造成介質(zhì)泄漏。

關(guān)鍵詞：機(jī)械密封;腐蝕 H2S;2Cr13

泵是一種典型的液體輸送機(jī)械，廣泛應(yīng)用于石油、煤化工等行業(yè)。由于金屬材料的選型不當(dāng)帶來的腐蝕泄漏又會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，不僅涉及范圍極為廣泛，而且受諸如材料、接觸介質(zhì)等多種因素影響。本文通過現(xiàn)場(chǎng)機(jī)泵機(jī)械密封軸套處突然泄漏的檢修來分析普通不銹鋼在H2S酸溶液中的腐蝕。

1 現(xiàn)場(chǎng)拆檢情況

從現(xiàn)場(chǎng)拆檢的軸套內(nèi)部來看，可以看到金屬表面相當(dāng)一部分表面腐蝕基本很輕微，有的甚至肉眼看不到，只是局部有很小的部分，不僅尺寸很小，而且被腐蝕產(chǎn)物所覆蓋，將覆蓋物去除后即暴露出腐蝕坑，見圖1。

根據(jù)上圖軸套腐蝕情況來看，該軸套最初發(fā)生腐蝕的是機(jī)械密封動(dòng)換“O”型圈與軸套接觸點(diǎn)，待該處腐蝕破壞機(jī)械密封發(fā)生微量泄漏，之后大面積的腐蝕發(fā)生在本來處在干燥空氣中的部位。

2 不銹鋼腐蝕的機(jī)理

不銹鋼之所以能大量運(yùn)用在機(jī)械電子等產(chǎn)品中，是由于其性能穩(wěn)定，可以抗腐蝕，其之所以能抗腐蝕，是有其特性決定的，在其表面可以形成一層鈍化膜，這層膜化學(xué)性能穩(wěn)定，與其他物質(zhì)不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可以良好的保護(hù)其結(jié)構(gòu)，如果某一局部發(fā)生腐蝕，那么在設(shè)備高速或者長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作過程當(dāng)中就會(huì)使其穿孔，從而影響其整體性能，這就給設(shè)備造成了一定的安全隱患，在一個(gè)整體設(shè)備中，一個(gè)零部件有安全隱患，那么就會(huì)對(duì)一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)造成一定的安全隱患，如果不及時(shí)處理，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行有可能造成安全事故。

3 腐蝕過程

查資料得知，廠家軸套選用2Cr13馬氏體不銹鋼，軸套和軸密封處選擇氯丁橡膠。機(jī)泵入口為常壓儲(chǔ)罐，液相甲醇（含H2S、S單質(zhì)）含量98%，H2O含量2%，氣相H2S分壓25KPa，其余為N2和少量CO2，泵入口溫度為45℃左右。不銹鋼是鈍化能力比較強(qiáng)的金屬，在普通溶液中其鈍化膜的溶解和修復(fù)處于動(dòng)態(tài)平衡，氯丁橡膠在H2S酸溶液中長(zhǎng)時(shí)間浸泡，游離出活性陰離子CL--，和金屬離子結(jié)合形成可溶性氯化物，形成孔徑很小的蝕核，有些蝕核可能再鈍化而不再長(zhǎng)大，而大部分蝕核繼續(xù)長(zhǎng)大，當(dāng)孔徑大于30μm時(shí)，金屬表面即出現(xiàn)宏觀可見的蝕坑，由于坑內(nèi)金屬表面處于活態(tài)，電位較負(fù)，蝕坑外金屬表面處于鈍化狀態(tài)，電位較正，又構(gòu)成一個(gè)微電池，形成電化學(xué)腐蝕，加劇了金屬的點(diǎn)腐蝕。

（1）硫化氫電離出的HS-離子在電極表面的吸附;（2）HS-離子與表面膜反應(yīng)生成Fe的硫化物膜，原有的氧化物膜不斷被減薄;（3）隨硫化氫濃度的增加，氧化膜最終完全轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧锬ぁＶ饕姌O反應(yīng)如下：

H2S=H++HS-。

Fe2O3+6 H+=2Fe3++3H2O

Fe3++ HS- + H2O =FeXSY十OH-

當(dāng)所含硫化氫濃度較低時(shí)，電極表面的氧化物膜并未完全被破壞，由于氧化膜層非常致密，因此電位降主要消耗在這層膜中，當(dāng)硫化氫濃度較高時(shí)，電極表面的氧化膜完全被破壞生成的硫化為疏松結(jié)構(gòu)，覆蓋在點(diǎn)蝕坑的表面。

4 硫化氫腐蝕的防護(hù)

在工業(yè)領(lǐng)域中H2S是一個(gè)不可回避的問題，如何在石油，化工等重點(diǎn)能源行業(yè)中減少H2S的腐蝕危害一直是化工行業(yè)解決的問題，尤其當(dāng)金屬材料遭受H2S腐蝕時(shí)會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)蝕、氫鼓泡等的問題，為了減小H2S腐蝕的危害性，延長(zhǎng)設(shè)備的壽命，節(jié)省資源，減少事故的發(fā)生，必須采取適當(dāng)措施來加以控制：（1）添加緩蝕劑。利用緩蝕劑的防腐作用來達(dá)到減緩鋼材腐蝕的目的。通常情況下，中性介質(zhì)中多使用無機(jī)緩蝕劑，以鈍化型和沉淀型為主;酸性介質(zhì)使用的緩蝕劑大多為有機(jī)物，以吸附型為主。（2）根據(jù)溫度和H2S含量合理選擇材質(zhì)。鋼中影響H2S腐蝕的主要元素為硫，硫元素則在鋼中形成FeS非金屬夾雜物。致使局部顯微組織疏松，為提高鋼的抗?jié)馠2S腐蝕性能應(yīng)減少夾雜物，限度制鋼中硫含量、氧含量;在滿足鋼板的力學(xué)性能條件下，應(yīng)盡可能降低鋼的碳含量。

5 結(jié)論

很多情況下，點(diǎn)腐蝕和電化學(xué)腐蝕是相互存在的，為延長(zhǎng)機(jī)械密封的使用壽命，從材料著手改變腐蝕的中間過程（1）選擇O型圈材質(zhì)，本質(zhì)耐腐蝕，在氧的作用下也不會(huì)解離出CL-;（2）在經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)上選擇合適的軸套材質(zhì)，選用304不銹鋼。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳匡民.過程裝備腐蝕與防護(hù)[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2]梁成浩.現(xiàn)代腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)[M].華東理工大學(xué)出版社，2007.

[3]路民旭.材料在H2S和CO2環(huán)境中的腐蝕機(jī)理和控制研究[D]. NACE中國(guó)分會(huì)技術(shù)年會(huì)論文，2006.