酸性氣環境下酸性氣收集罐腐蝕原因分析

葉南昌，林東文

（福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院漳州分院，福建 漳州 363000）

1 引言

在石化加工行業，酸性氣是在加工過程中產生的一種有毒氣體，其主要成分為硫化氫[1-2]。2017年12月，筆者參加某石化企業的壓力容器定期檢驗工作，負責火炬裝置檢驗。其中，檢驗火炬系統中一臺酸性氣收集罐時，發現容器內部酸性水進液管（直徑159mm）大面積腐蝕穿透；容器筒體厚度12mm，封頭14mm，殼體材質為Q245R，容器內表面發生全面腐蝕減薄，其中酸性水進液管出口下方筒體底部內表面腐蝕嚴重，測得該部位剩余厚度為6.5mm～8.5mm，面積800mm×800mm，容器本體其余部位腐蝕深度為0.5mm～1.5mm。具體容器剩余厚度見圖1。

圖1 酸性氣儲罐測厚圖

2 酸性氣收集罐設備簡介

依據《石油化工企業燃料氣系統和可燃氣體排放系統設計》[3]（SH3009-2001）中的第4.0.15條規定：“分液罐的凝結液應送往生產裝置或其它儲存類似組分的低壓容器進行回收利用”。酸性氣收集罐即為火炬設施系統中的該類設備，酸性氣在進入火炬前經過酸性氣分液罐分離出凝結液后送入酸性氣收集罐內儲存。該設備主要參數見表1。

表1 設備主要參數表

3 原因分析

3.1 使用介質分析

將設備平時運行時的壓力介質取樣，送至實驗室分析，檢測結果見表2。結果表明：酸性氣中含有59.73%H2S、38.52%CO2。設備在運行中容器底部存有大量的水，pH值檢測為5.5。

表2 使用介質分析表

3.2 腐蝕產物分析

對腐蝕產物進行取樣，一份為外層脫落的絮狀腐蝕物，另一份為接近基體的內層腐蝕物。送入實驗室采用能譜儀對這兩份樣品進行分析，結果見表3。

表3 腐蝕物成分分析表（質量分數）

從微觀設備所接觸的介質分析可知該設備腐蝕為酸性水腐蝕（酸式酸性水），該類腐蝕是指設備在含有硫化氫且pH值介于1.5～7.0之間的酸性水引起的金屬腐蝕。一般為均勻性腐蝕，腐蝕發生反應如下[4]：

陽極反應：

Fe→Fe2+ +2e-

陰極反應：

H2S+2e-→S2-+H2

總反應：

Fe+ H2S→FeS+H2

通過對腐蝕產物的能譜分析可知，基體表面腐蝕物S含量為2.31%，C含量為4.31%；脫落腐蝕產物S含量為0.5%，C含量為25.73%。說明接近基體表面的腐蝕物主要為鐵硫化物，而脫落層腐蝕物主要為鐵碳化合物。原因可能是外腐蝕物的表面為絮狀疏松層，碳原子比較容易集聚，隨著鐵的溶解，形成鐵碳化物；而接近基體表面是緊密層，硫化氫容易與鐵產生反應，生成鐵硫化物。

從宏觀設備的腐蝕現場來觀察，設備腐蝕最嚴重部位即為液體剛剛接觸殼體的進液管底部位置，殼體其他部位則發生均勻性腐蝕。因為在進液管部位，高流速的介質并含有大量的H2S和CO2，最容易破壞該部位的鋼材表面而產生劇烈的腐蝕，其他部位的腐蝕隨介質的傳遞接觸而發生。

4 酸性水腐蝕主要影響因素

4.1 硫化氫濃度

隨酸性水中硫化氫濃度的升高，腐蝕速率增大。酸性水中硫化氫濃度取決于氣相中硫化氫分圧、溫度和pH值，在一定的壓力下，酸性水中的硫化氫濃度隨溫度升高而降低。文獻[4]分析硫化氫質量濃度和溫度對碳鋼在NACE溶液中的腐蝕行為，得出在含有CO2的溶液里少量的H2S能加劇碳鋼的腐蝕，隨著H2S質量濃度的增加，碳鋼腐蝕加劇。

4.2 pH 值

硫化氫濃度增加會降低溶液的pH值，最低可達4.5，形成較強的酸性環境，腐蝕明顯。pH值高于4.5時，可能會形成硫化亞鐵保護膜，減小腐蝕速率；但有些時候則可能形成一層多孔的硫化物厚膜，不僅不能減小均勻腐蝕速率，甚至會形成垢下點蝕。

4.3 雜質

氯化氫和二氧化碳會降低pH值，即酸性變強，氨會使pH值升高但可能形成堿式酸性水腐蝕?？諝饣蜓趸瘎┑拇嬖诳赡軙黾痈g作用，常形成點蝕或垢下腐蝕。

4.4 流速

高流速沖刷易使硫化亞鐵保護膜被破壞，腐蝕速率增大。

5 意見

（1）根據《固定式壓力容器安全技術監察規程》[5]（TSG 21-2016）8.5.7的要求，容器的嚴重腐蝕部位已經不能滿足設備的安全運行要求，需對該部位需進行挖補修理。修理單位應根據《固定式壓力容器安全技術監察規程》第6章的要求辦理開公告知及修理監督檢驗手續。

（2）檢驗人員在檢驗該類型設備時，應重點檢查底部積液部位以及氣液交界面是否存在氫致開裂、氫鼓包和局部腐蝕坑；檢查濕硫化氫環境裂紋建議采用濕熒光磁粉檢測方法；進液管對應的底部為重點測厚部位[6]。

（3）使用單位應加強檢查，做好在線腐蝕監控，及時掌握設備的腐蝕狀況。超聲波測厚是一種有效的監測設備管道壁厚的方法，是防腐離線檢測的重要手段，可監測設備腐蝕或磨損后的減薄程度。因為該類容器為常溫設備，使用單位可以使用超聲波測厚儀定期檢測容器殼體的剩余厚度，重點檢測進液管對應的底部筒體，發現異常時，應及時處理。

（4）鑒于實際介質對該設備材質有嚴重腐蝕性，建議使用單位和設計單位重新核定是否需要更換材質以提高設備的耐腐蝕性。