再生塔頂冷凝系統二氧化碳腐蝕行為研究

高　甜，梁文龍

(西安石油大學單位機械工程學院，陜西　西安　710065)

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再生塔頂冷凝系統二氧化碳腐蝕行為研究

高甜，梁文龍

(西安石油大學單位機械工程學院，陜西西安710065)

在脫硫再生塔頂冷凝系統的連接管線中、冷卻器的換熱管線表面因CO2的存在發生均勻腐蝕或局部腐蝕。針對此現狀，以管線為研究對象，采用極化測試試驗法，對常用三種管線鋼20#鋼，Q345R鋼，321不銹鋼進行腐蝕試驗研究，得出40 ℃時Q345R的耐蝕性最好，50、60 ℃時，321不銹鋼的耐蝕性效果最明顯；50 ℃的Q345R腐蝕速率最大，321不銹鋼腐蝕速率的波動范圍最大，20#鋼腐蝕速率波動相對平緩。

冷凝系統；管線；極化測試；CO2腐蝕特性

脫硫再生塔是煉油工藝過程中必不可少的設備，其中煉廠脫硫是煉油工藝過程中較為通用的一種工藝過程[1]，長期以來，隨著煉油廠高硫、高酸、高含鹽、高密度的劣質原油產量逐漸增大，原油的碳含量和酸值也同步增加[2]，設備加工負荷增大，腐蝕嚴重，而且影響腐蝕速率的因素也非常的多，其中CO2對設備的腐蝕作用明顯[3-4]，所以研究CO2對脫硫再生塔冷凝系統的腐蝕極其重要。

1　實驗部分

1.1實驗介質及材料

本文利用CS310電化學測試系統對煉油廠脫硫再生塔頂冷凝系統常用的三種材料20#鋼，Q345R鋼，321不銹鋼在模擬腐蝕介質下的腐蝕行為進行電化學腐蝕試驗研究，試驗所用儀器有CS310電化學測試系統，XH-pHP9600酸度測試儀，HH.SY21-Ni型電熱恒溫水浴鍋，TG428A電子分析天平，四口燒瓶，藥品有碳酸鈉，碳酸氫鈉，氯化鈉，硫代乙酰胺等。

1.2實驗方法

將工作電極材料加工成圓柱體，用電烙鐵將導線焊在工作電極的一個底面，試件和導線固定在塑料管中，保證露出試樣沒有焊接導線的端面，將工作電極放在干燥處24 h后用500#、800#、1000#的砂紙打磨，采用無水乙醇清洗，放置于干燥箱中待用。將配制好的介質溶液倒進四口燒瓶，放入恒溫水浴鍋中固定良好；將電極如圖1所示放置，保證各個電極與介質溶液充分接觸，再將參比電極放入鹽橋內，同時保證工作電極、鹽橋和輔助電極處于同一高度，但彼此間沒有接觸。最后把溫度計固定于四口燒瓶內，將四口燒瓶放入加熱到試驗溫度的水浴鍋內，待燒瓶中的溶液介質達到試驗所需溫度。

圖1　電解池和電極連接圖

2　結果與討論

當腐蝕溶液pH=3時，不同材質在不同溫度下的極化曲線如圖2～圖4所示。

圖2　pH=3時20#在不同溫度下的極化曲線圖

圖3　pH=3時Q345R在不同溫度下的極化曲線圖

圖4　pH=3時321不銹鋼不同溫度下的極化曲線

pH為3時，各種材質在不同溫度下的極化曲線通過tafel擬合，得到的結果如表2所示。

表1　pH為3時各材質的擬合結果表

續表1

Q345R40138.73200.150.0007-0.2748.381450262.051052.30.003-0.3015.69360101.91007.20.0004-0.3375.555321402131.8372.330.0009-0.1561.10150351.5197.2223.012-0.4220.35460482.58836.52.3140.05280.027

從表2中可以看出：在pH=3時，20#和Q345R鋼在50 ℃時的腐蝕速率大于40 ℃和60 ℃時的腐蝕速率；321不銹鋼的腐蝕速率隨著溫度的升高而大幅度的降低，到60 ℃時，腐蝕速率已經下降的0.027223 mm/a，60 ℃時，321不銹鋼的抗腐蝕性好于20#鋼及Q345R低合金鋼；在40 ℃時，三種材質的腐蝕速率最大相差5.6077；50 ℃時，20#鋼、321不銹鋼的相差最大，相差50.51869。在強酸環境介質中，40 ℃時Q345R的耐蝕性最好，可以優先選取；50、60 ℃時，321不銹鋼的耐蝕性效果最明顯。

圖5　pH=7時20#在不同溫度下的極化曲線圖

圖6　pH=7時Q345R不同溫度時的極化曲線圖

圖7　pH=7時321不銹鋼不同溫度的極化曲線圖

當腐蝕溶液pH=7時，不同材質在不同溫度下的極化曲線如圖5～圖7所示。

pH為7時，各種材質在不同溫度下的極化曲線通過tafel擬合，得到的結果如表2所示。

表2　pH=7時20#的極化曲線的擬合結果

通過擬合結果表得出：在pH=7時，50度下的Q345R鋼腐蝕速率最大，321不銹鋼的腐蝕速率的相對波動范圍最大，20#鋼腐蝕速率波動相對平緩；321不銹鋼的腐蝕速率遠小于其它兩種材料。

pH=9時不同材質在不同溫度下的極化曲線如圖8～圖10所示。

圖8　pH=9時20#不同溫度的極化曲線圖

圖9　pH=9時不溫度下Q345R的極化曲線圖

圖10　pH=9時321不銹鋼不同溫度下的極化曲線圖

pH為9時，各種材質在不同溫度下的極化曲線通過tafel擬合，得到的結果如表3所示。

表3　pH=9時20#的極化曲線的擬合結果

由表3看出：在pH=9時，三種材料在不同溫度下的腐蝕速率相差程度減小，腐蝕速率最大的為20#，腐蝕速率最小的是321不銹鋼；同時也可以得出：在pH為9時，溫度對腐蝕速率的影響程度減小。

為了得到比較更準確的試驗結論，本文研究了三種材質在不同pH值下的平均腐蝕速率的變化規律，其結果如表4所示。

表4　不同pH下的腐蝕速率表

將3種材質在不同的pH下的腐蝕速率變化通過折線圖如圖11所示。

圖11　不同材料腐蝕速率折線圖

通過表5和圖11可以看出在pH=3時，三種材質的腐蝕速率都達到了最大值；在pH=9時，三種材質的腐蝕速率最小。由此可以得出，強酸條件時，各材質的腐蝕會加劇，在堿性環境下，腐蝕速率大幅度的減小。總體上得出的是321不銹鋼的腐蝕速率遠遠小于其他兩種鋼。當在pH為5和9時，20#鋼和Q345R的腐蝕速率相差不大。

3　結　論

(1) 在強酸環境介質中，40 ℃時Q345R的耐蝕性最好，可以優先選取；50、60 ℃時，321不銹鋼的耐蝕性效果最明顯。

(2) 在中性溶液中，50 ℃下的Q345R腐蝕速率最大，321不銹鋼的腐蝕速率的波動范圍最大，20#鋼腐蝕速率波動相對平緩；321不銹鋼的腐蝕速率遠小于其它兩種材料。

(3) 在強堿環境介質中，三種材料在不同溫度下的腐蝕速率相差程度減小，腐蝕速率最大的為20#，腐蝕速率最小的是321不銹鋼。

[1]中國腐蝕與防護學會主編. 腐蝕試驗方法與防腐蝕檢測技術, 1996.

[2]梁成浩,李淑英，邵承宏,等.再生塔頂冷卻器腐蝕原因及防護[J].2001,30(B05):16-17.

[3]宋思哲.腐蝕電化學研究方法[M].北京:化工業出版社,1988:10-19.

[4]張鑒清.電化學測試技術[M].北京:化學工業出版社,2010:300-351.

Study on Carbon Dioxide Corrosion Behaviors of Regeneration Overhead Condensing System

GAOTian,LIANGWen-long

(School of Mechanical Engineering, Xi’an Shiyou University, Shaanxi Xi’an 710065, China)

In the desulfurization regeneration overhead condensing system connecting line, surface cooler tubes line occurs uniform corrosion or localized corrosion due to the presence of CO2. For this situation, in the pipeline for the study, polarization test was used for the corrosion of 20# steel, Q345R steel, 321 stainless steels. The result showed that in 40 ℃, Q345R showed the best corrosion resistance. In 50～60 ℃, the corrosion resistance of stainless steel 321 had most obvious effect. Q345R reached the maximum corrosion rate in 50 ℃, 321 stainless steel had the largest corrosion rate, 20# steel corrosion had relatively flat rate fluctuation.

condensate systems; tube plate; polarization test; corrosion properties of CO2

TQ

A

1001-9677(2016)03-0098-04