石油化工設備濕硫化氫腐蝕與防護

劉 健

（吉林工業職業技術學院，吉林吉林 132000）

石油化工設備濕硫化氫腐蝕與防護

劉 健

（吉林工業職業技術學院，吉林吉林 132000）

針對石油化工設備常見的濕硫化氫腐蝕現象，闡述了濕硫化氫腐蝕的特點，重點論述了濕硫化氫應力腐蝕的機理、形成條件、選材原則及相應防護措施。

石油化工設備；濕硫化氫；應力腐蝕；防護

近年來，我國的原油進口中中東高硫原油比重明顯增加，加工這些高硫原油所造成的石油化工設備腐蝕問題日趨嚴重，由此導致的事故明顯增多，因此濕硫化氫所造成的腐蝕應該引起足夠重視。濕硫化氫對石油化工設備不僅造成均勻腐蝕還導致應力腐蝕，均勻腐蝕時的腐蝕性強弱與其分壓力有關，均勻腐蝕易發現且不難控制，而濕硫化氫應力腐蝕是較危險的一種腐蝕破壞形式。我國煉油和化工行業參照NACE MR0103[1]及國內工程實際，形成了我國石油化工設備濕硫化氫應力腐蝕環境下的選材及使用規范[2-3]。

1 腐蝕機理及特點

石油化工中的硫化氫來源主要有兩種途徑，一種是由原料含有的硫化物轉化得到，另一種是加工過程中介質與新氫反應而生成。游離水中含有硫化氫且具備下列條件之一，即可構成濕硫化氫應力腐蝕[2]：①硫化氫濃度＞50mg/L；②pH＜4；③HCN濃度＜20mg/L；④氣相中硫化氫分壓＞0.3kPa。同時濕硫化氫腐蝕發生的環境溫度一般小于200℃[5]。其反應機理如下式子所示：

由上訴過程可見，硫化氫發生電離析出氫離子，氫離子奪鋼中的電子后生成氫原子，形成原電池。所生成的氫原子容聚集成為氫氣排出，然而由于介質中的硫化氫等的存在，抑制了氫氣的生成，導致上式中電離得到的氫原子固溶在鋼材的晶格之中，這部分氫原子導致了鋼材的氫損傷及脆化，即濕硫化氫應力腐蝕。濕硫化氫應力腐蝕主要有以下4種形式：

1.1 氫鼓泡

腐蝕過程中析出的氫原子在鋼材雜質、缺陷和不連續處聚集為氫分子，而在鋼材內部形成的氫分子很難逸出，在晶格界面產生很大的膨脹力，最終在鋼材的表層形成鼓泡。

1.2 應力腐蝕開裂

固溶于鋼材內部的氫原子，增加了鋼材的脆性，在外部拉力或容器自身殘余應力的作用下形成開裂。其開裂部位一般出現在焊縫及其熱影響區，即硬度較高處。這種現象稱為硫化氫應力腐蝕開裂，簡寫為SSCC。SSCC與鋼材本身化學成分及外部拉力和自身殘余應力有關。

1.3 氫誘導開裂

彼此相鄰且位于不同層面的氫鼓泡裂紋在氫分壓的作用下相互連接，導致鋼材內部出現階梯狀裂紋的現象稱為氫誘導開裂，簡寫為HIC。HIC僅與鋼材自身雜質或不規則組織有關。

1.4 應力向氫誘導開裂

在雜質或缺陷處的小裂紋在應力的作用下不斷沿著鋼板厚度方向疊加，最終導致貫穿開裂的現象稱為應力向氫誘導開裂，簡寫為SOHIC。多發生在應力集中或焊縫熱影響區，與鋼材中的雜質和外部拉力有關。

2 濕硫化氫應力腐蝕的控制措施

首先，殼體鋼材應力腐蝕開裂的傾向隨著濕硫化氫含量的增加而增大，所以可以從根源上嚴格控制介質中濕硫化氫的濃度。即將硫化氫濃度控制在構成濕硫化氫腐蝕的條件一以下。其次，濕硫化氫電離出H+濃度隨著pH值的降低而增大，應力腐蝕的速度增加。即控制濕硫化氫應力腐蝕形成的條件二。再次，應力腐蝕開裂和氫誘導開裂的敏感性隨著鋼材硬度值的增高而增大，為消除焊接過程中產生的殘余應力，可對容器進行整體熱處理，并將焊接接頭的硬度控制在200HB以下。最后，容器自身的材質對濕硫化氫應力腐蝕也存在重要影響，主要表現為材料的強度和硬度、Mn和雜質S的含量。強度越高的材料對應力腐蝕的敏感性就越高，所以選用材料屈服強度≤355MPa、抗拉強度≤630MPa的材質。Mn元素的含量對HIC存在較大影響，碳鋼對HIC的敏感性隨著Mn含量的增加而增大，一般將Mn含量控制在1.3%以下。而S元素的含量對上述集中應力腐蝕都較為敏感，II類濕硫化氫腐蝕中，一般將S含量控制在0.002%范圍內。因此，常規的Q345R鋼板不適宜用于濕硫化氫腐蝕環境中。但因Q345R的強度較高，當壓力稍高容器壁厚通常由強度控制，為不使容器厚度多大造成加工困難，在濕硫化氫應力腐蝕的環境下，通常選用Mn含量符合要求的Q345R板材，即Q345R抗氫鋼。當濕硫化氫的濃度較高時，采用不銹鋼復合層較為安全、經濟。

3 結束語

綜上所述，導致濕硫化氫環境下的設備失效原因有很多，但都與材料自身的雜質含量、交貨狀態、加工過程密不可分。所以在材料的選擇上有以下注意事項：①碳鋼必須為鎮靜鋼；②板材的交貨狀態至少為正火；③厚度≤38mm碳鋼及碳錳中的碳當量應小于0.43%；④消除應力熱處理后不得再設備本體上動火；④對于厚度大于12mm的板材應進行超聲檢查，II級合格。

[1] HG/T 20581-2011，鋼制化工容器材料選用規定[S].

[2] SH/T 3096-2012，高硫原油加工裝置設備和管道設計選材導則[S].

[3] SH/T 3075-2009，石油化工鋼制壓力容器材料選用規范[S].

Chemical and Chemical Equipment Wet Hydrogen Sulfide Corrosion and Protection

Liu Jian

In view of the common phenomenon of wet hydrogen sulfide corrosion in petrochemical equipment，the characteristics of wet hydrogen sulfide corrosion are expounded.The mechanism，formation conditions，selection principle and corresponding protective measures of stress corrosion of wet hydrogen sulfide are discussed emphatically.

petrochemical equipment；wet hydrogen sulfide；stress corrosion；protection

TE986

B

1003–6490（2017）10–0085–01

2017–07–05

劉健（199—），男，遼寧撫順人，助教，主要研究方向為過程裝備技術。