硫化氫氣體對壓縮機(jī)選材的影響

馮嬌嬌 胡波

(沈陽遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司,遼寧沈陽 110027)

硫化氫氣體對壓縮機(jī)選材的影響

馮嬌嬌 胡波

(沈陽遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司,遼寧沈陽 110027)

本文通過分析硫化氫對鋼具的腐蝕形式及腐蝕條件,結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和實踐,提出硫化氫氣體對壓縮機(jī)選材的影響及其防腐措施。

硫化氫氣體 壓縮機(jī) 腐蝕條件 選材 防腐措施

1 硫化氫氣體的介紹及特性

硫化氫(H2S)是硫的氫化物中最簡單的一種,又名氫硫酸。其分子的幾何形狀和水分子相似,為彎曲形。因此它是一個極性分子。硫化氫由于H-S鍵能較弱所以300℃左右硫化氫分解。常溫時硫化氫是一種無色有臭雞蛋氣味的劇毒氣體,應(yīng)在通風(fēng)處進(jìn)行使用必須采取防護(hù)措施。

在石油化工流程中,硫化氫是一種常見的無色、有味、易燃易爆、有毒和腐蝕性的酸性氣體。在一定條件下,它對鋼具有強烈的腐蝕性。為了減少因硫化氫介質(zhì)存在,而引發(fā)的設(shè)備腐蝕損壞,在壓縮機(jī)的設(shè)計過程中對于材料的選擇是非常重要的。

2 硫化氫的腐蝕

硫化氫腐蝕是指硫化氫氣體引起的鋼鐵材料的硫化物應(yīng)力破壞。

硫化氫引起應(yīng)力腐蝕是有條件的。干燥的硫化氫設(shè)備對金屬材料無腐蝕破壞作用,硫化氫只有溶解在水中才具有腐蝕性。關(guān)于濕硫化氫環(huán)境的定義,可以參照美國腐蝕工程師協(xié)會NACEMR0175(2003)對氣體硫化氫環(huán)境的規(guī)定是:酸性氣體,溫度在0～65℃,氣體總壓≥0.4MPa,并且硫化氫分壓≥0.0003MPa,介質(zhì)中還有液相水或在水的露點溫度以下。

在濕硫化氫環(huán)境中,硫化氫會發(fā)生電離,使水具有酸性;鋼表面吸附氫原子,氫原子在鋼中擴(kuò)散。一方面氫原子之間有較大的親和力,易相互結(jié)合形成氫分子排出;另一方面氫原子極小易獲得足夠能量后變成擴(kuò)散氫滲入鋼的內(nèi)部并溶于晶格中,溶于晶格中的氫有很強的游離性,在一定條件下將導(dǎo)致材料的脆化和損傷。在外加拉應(yīng)力或殘余應(yīng)力作用下形成開裂。

腐蝕反應(yīng)中陽極反應(yīng)為:

濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂的形式有以下三種:

(1)硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)。硫化物應(yīng)力開裂的機(jī)理,一種認(rèn)為是金屬的陽極溶解引起破裂擴(kuò)展。另一種認(rèn)為是滲入氫引起的脆性破裂而造成破裂擴(kuò)展。

(2)氫致開裂(HIC)。當(dāng)不銹鋼浸漬在含硫化氫的環(huán)境中,因腐蝕而產(chǎn)生的氫便滲入鋼中,原子狀氫擴(kuò)散到達(dá)非金屬夾雜物等界面,在其缺陷部位轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿託?提高了空洞的內(nèi)壓、其壓力可達(dá)到104MPa。在壓力作用下,沿夾雜物或偏析區(qū)呈線狀或臺階狀擴(kuò)展開裂。

(3)連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂(PASSC)。在上述鐵與硫化氫反應(yīng)中,設(shè)備表面會生成硫化鐵。當(dāng)設(shè)備表面降溫或停工冷卻到室溫時,硫化鐵與水分和空氣相接觸,生成連多硫酸(H2SXO6,X=3、4、5)。即發(fā)生下列反應(yīng):

不銹鋼在使用過程中,發(fā)生敏化的部分,或者在制造設(shè)備的過程中發(fā)生敏化的部分,其晶界上會形成貧Cr區(qū)。在這種狀態(tài)下,若遇到上述生成的酸,就會發(fā)生沿晶應(yīng)力腐蝕開裂。可以認(rèn)為,此沿晶應(yīng)力腐蝕開裂的機(jī)理是貧Cr區(qū)的陽極溶解,陰極反應(yīng)時連多硫酸的還原而引起的。

硫化氫對鋼鐵引起的應(yīng)力破壞必須同時存在四個條件:1)硫化氫氣體的含量必須足夠;2)必須是鋼鐵材料,其硬度超過HRC22;3)零件必須受力;4)必須是濕氣體。

硫化氫腐蝕必須同時具備上述四個條件,只要有一個條件不滿足,就不存在腐蝕問題,在壓縮機(jī)設(shè)計時要充分考慮以上幾點。

含有硫化氫氣體必須達(dá)到一定的壓力,且硫化氫含量達(dá)到一定的數(shù)值才存在腐蝕問題,美國腐蝕工程師協(xié)會NACEMR0175規(guī)定了硫化氫氣體的應(yīng)力破壞區(qū)和安全區(qū)。

3 壓縮機(jī)設(shè)計中的硫化氫防腐措施

(1)含硫化氫氣體的壓縮機(jī)一定要求有油潤滑,油霧可以起到保護(hù)零件的作用。

(2)正確選用耐蝕材料。選材防腐是設(shè)備防腐設(shè)計的首要原則。為達(dá)到抗腐蝕的目的,在設(shè)備設(shè)計和制造過程中就應(yīng)該考慮使用耐蝕材料代替普通碳鋼。為了預(yù)防零件的硫化物應(yīng)力破壞,受力的零件必須選用硬度小于等于HRC22的材料或者是對硫化氫腐蝕有強抵抗力的材料,

(3)表面涂覆層保護(hù)。耐蝕涂料不僅可以使零件具有抗沖刷、抗?jié)B透、耐濕變等性能,而且還有隔離金屬表面與介質(zhì)接觸和阻垢的作用,在一定程度上可以提高設(shè)備性能和壽命。通常可以通過在金屬表面鍍鎳磷來達(dá)到防腐的效果。

4 結(jié)語

綜上所述,為了壓縮機(jī)的穩(wěn)定性和安全性,在壓縮機(jī)的硫化氫防腐設(shè)計時,要充分遵循NACEMR0175的規(guī)定,充分考慮硫化氫腐蝕的條件,為預(yù)防硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂,制定合理的防腐措施。以保證壓縮機(jī)的使用性能及使用壽命。

[1]郁永章,姜培正,孫嗣瑩.壓縮機(jī)工程手冊.中國石化出版社,2011.10.

[2]GBT 20972.1-2007,石油天然氣工業(yè)油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料[S].第1部分選擇抗裂紋材料的一般原則(IDTIS015156—1:2001)

[3]API 618:2007,石油、化學(xué)和氣體工業(yè)設(shè)施用往復(fù)壓縮機(jī).

This article analysis the hydrogen sulfide on steel corrosion and corrosion conditions, combined with the relevant standards and practices, put forward the influence of hydrogen sulfide gas to the compressor material selection and it’s corrosion protection measures.

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