石油化工設備在濕硫化氫環境中的腐蝕與防護措施

張彥杰

摘 要：石油化工生產中，化工機器和機械設備往往與各種酸、堿、鹽等強腐蝕性介質接觸，特別是化工原料油中硫元素含量越來越多，使得濕硫化氫環境引起的腐蝕問題日益突出。為此，本文在全面了解腐蝕原理的基礎上，對濕硫化氫環境下石油化工設備腐蝕情況、影響因素進行了分析，并提出了幾點防護措施。

關鍵詞：濕硫化氫;石油化工設備;腐蝕原理

中圖分類號：TE986 文獻標識碼：A

0 引言

腐蝕具有巨大的危害，可使珍貴的材料變為廢物，如鐵腐蝕成鐵銹，使生產和生活設備使用壽命大幅縮減，過早報廢，從而增加成本，甚至會造成嚴重的環境污染。在我國石油化工行業，多采用碳鋼設備作為含H2S介質的生產裝置，大多數裝置投產后運轉正常，但部分裝置還存在因某些設備由于H2S腐蝕破壞而被迫停產檢修，從而造成嚴重損失。設備運行是否安全，不僅是人們關注的焦點，更是經濟、可靠、穩定運行的基礎。

1 腐蝕原理

在濕硫化氫環境中，石油化工設備多會出現四種腐蝕情況，即氫鼓包（HB）、氫致開裂（HIC）、硫化氫應力腐蝕開裂（SSCC）和應力導向氫致開裂（SOHIC），四種腐蝕機理各有不同，如應力導向氫致開裂（SOHIC），此類開裂裂縫較為細小，多處于夾雜物和缺陷處，裂紋方向基本相同，是較為常見的一種腐蝕開裂情況。硫化氫應力腐蝕開裂（SSCC）則是指濕硫化氫分子會形成氫原子，當鋼內進入氫原子之后，便會對鋼內部造成影響，從而產生鋼脆弱，導致應力開裂。氫致開裂（HIC）是指有氫氣泡存于鋼材內部，在壓力增加的同時，較小的氫氣泡則會逐步產生裂紋，隨著時間的延長，裂紋將呈階梯狀連在一起，此時在表面的裂紋將呈帶狀分布，開裂程度越來越嚴重，危害越來越大，最終影響設備正常運行。氫鼓泡（HB）是指設備在被含硫化物腐蝕的過程中，將會有氫原子被分解出來，且涌入鋼材內，并形成氫氣，具有較大膨脹力，當分子聚集到一定程度時，將大大增加對外界的壓力，并由此構成氫鼓泡，產生裂紋。一般情況下，這種裂紋多出現于設備內壁。一般情況下，這種腐蝕很難恢復，檢修難度較大。在機械設備腐蝕過程中，設備的腐蝕反應過程如下：

硫化氫在水中發生電離：

通過上述反應過程，在水溶液內硫化氫內的氫離子將被分解出來，由鋼內獲取電子之后，可還原為氫原子。氫原子的親和力較強，極易結合起來并構成氫分子排出。若由硫化物、氰化物等存于環境內，將會影響氫原子的親和力，甚至破壞氫分子產生的反應。這種情況下，鋼內部極易滲入氫原子，并在晶格內溶解。氫原子溶解后，游離性極強，將會對鋼材的流動性、斷裂行為等產生不利影響，甚至出現氫脆情況。

2 濕硫化氫環境下石油化工設備腐蝕情況

本文以某石油化工單位為例，在生產過程中存有較高含量的硫元素。通過分析化工設備使用數據可知，產生腐蝕現象的化工設備介質中，均存有不同程度的硫元素。在提煉過程中雖已做了脫硫處理，但效果并不明顯。因此，在此石油化工單位生產區域內濕硫化氫環境嚴重。結合相關資料及現場實際情況，得出化工設備腐蝕的直接原因為設備介質內硫化氫分子含量較高。

此外，在化工設備運行時，同時還存有其他因素，會促使局部應力加大，如設備磨損、晶間腐蝕、縫隙腐蝕等。或化工設備部件內的溫度差異較大，從而形成溫度應力。在應力和腐蝕環境的相互作用下，化工設備腐蝕問題嚴重。

3 濕硫化氫環境下石油化工設備腐蝕的影響因素

（1）pH值因素。pH值越接近中性、堿性，則鋼內氫溶解量越低，其他情況下，均具有較高氫溶解量。當環境內存有大量氨離子，會進一步加劇硫化氫應力腐蝕敏感性，同時伴隨pH值的增加進一步加大。當pH值較低時，CO會硫化氫應力腐蝕敏感性的加強，反之，則降低硫化氫應力腐蝕敏感性。介質內硫質量分數提升，則會加大硫化氫應力腐蝕開裂的敏感性。在催化裂化反應條件下，原油內的含硫化合物會形成H：S，此外，部分氮化物也將通過HCN形式的呈現，于濕硫化氫的腐蝕而言，HCN具有促進作用。

（2）氰化物堿性作用。介質內具有越高硫質量分數，產生硫化氫應力腐蝕開裂的可能性越大。在催化裂化反應條件下，原油內含硫化合物將構成H2S，且部分氮化物也將通過HCN形式的呈現，于濕硫化氫的腐蝕而言，HCN具有促進作用。在堿性的H2S+H2O溶液內，氰化物的主要作用包括2點，第一，對硫化鐵保護膜的溶解，促使硫化氫腐蝕加劇，同時向金屬表面滲透。第二，溶液內的緩蝕劑極易被氰化物溶解。鋼內S、Ni、H質量分數增加，鋼的強度及硬度將越來越高，這種情況下，極易被硫化氫的應力腐蝕。由于腐蝕類型各有不同，因此溫度的影響程度也略有區別，一般情況下20℃為硫化氫應力腐蝕的最敏感溫度，此溫度以外，均可降低硫化氫應力腐蝕程度。

4 濕硫化氫環境下石油化工設備腐蝕防護措施

（1）合理選擇材料。腐蝕環境下，硫化氫質量濃度不同，則選擇的設備材料也有所不同。根據相關規范規定，要求在50 mg/L以上濃度時，選擇抗拉強度小于414 MPa的碳錳鋼或者碳鋼材作為化工設備殼體。若50 mg/L以上濃度，且氰化物質量濃度在20 mg/L以上，則可采用碳錳鋼或碳鋼+0Cr13復合鋼板作為化工設備殼體，同時采用0Cr13鋼作為設備內部鋼材。此外，還要有效提升鋼制材料的純度，合理控制錳元素、磷元素、硫元素等在鋼制材料內的含量，避免在濕硫化氫環境下，化工設備受到嚴重腐蝕。

（2）規范制作工藝。在化工設備制作及安裝環節，要求做到以下幾點：

1）做好焊縫硬度控制工作。濕硫化氫環境下，一般需在200 HB以內控制焊縫硬度;

2）焊接時，需合理控制焊縫內合金的含量及成分;

3）完成焊接后，在熱處理階段，需采取科學、有效措施，預防焊接時出現殘余應力;

4）在制作及使用化工設備過程中，要對化工設備定期進行探傷檢查，多采用超聲波、射線探傷技術。

（3）做好化工設備檢查。在檢測化工設備質量時，不僅要做好設備結構及表面部位的檢測，還要詳細檢測設備厚度、硬度等參數。若發現存有質量問題，需及時找出原因，并嚴格按照相關規定，采取有效措施進行處理，從而最大限度降低設備的安全隱患。尤其是腐蝕問題，可通過對比缺陷種類、缺陷部位、缺陷數量等信息，來了解并判定設備的整體情況，若問題嚴重，便可采取處理措施進行問題解決。

（4）加大腐蝕控制力度。相關人員必須嚴格按照操作技術規范要求，及各項防腐蝕操作規程，做好各方面的防腐蝕控制工作，加強腐蝕控制力度。如數據監測、物料添加、緩蝕劑添加等環節一定要嚴格把關，若已出現腐蝕情況，可及時查明原因，判定腐蝕程度，具體問題具體分析，合理采取防腐措施，避免腐蝕加劇，危害設備正常運行。

5 結束語

綜上所述，伴隨石油化工行業的迅速發展，設備腐蝕問題也得到了人們的廣泛重視。設備腐蝕不僅會影響設備運行，甚至會出現嚴重的安全事故。尤其是濕硫化氫環境下，石油化工設備腐蝕更加嚴重，為此，必須了解腐蝕原理，找出腐蝕原因及影響因素，只有這樣才能保證采取的措施切實可行，才能提高防腐效果。

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