探討石油化工設(shè)備在濕硫化氫環(huán)境中的腐蝕與防護處理

關(guān)遠華

(廣東省龍門縣應(yīng)急管理局,廣東 惠州 516800)

隨著時代的發(fā)展,我國的石油化工產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展。石油化工領(lǐng)域的生產(chǎn)過程中經(jīng)常會應(yīng)用不同的設(shè)備,但其應(yīng)用環(huán)境大多較為特殊,濕硫化氫環(huán)境下,設(shè)備容易出現(xiàn)腐蝕問題[1]。如果未予以及時的養(yǎng)護或者維修,極易導(dǎo)致設(shè)備使用性能和安全性的下降,影響正常的生產(chǎn)活動。為此,實際生產(chǎn)中,還需要重視設(shè)備的濕硫化氫腐蝕問題,并積極做好相應(yīng)的預(yù)防措施[2]。

碳鋼具有優(yōu)異的力學(xué)性能、加工性能和價格優(yōu)勢,因此目前,在石油化工行業(yè)中,所應(yīng)用的多種設(shè)備均為碳鋼材質(zhì)。例如,各種煉化裝置多為碳鋼材質(zhì)。但是,在實際應(yīng)用過程中,很多碳鋼煉化裝置會出現(xiàn)濕硫化氫腐蝕問題,進而對設(shè)備的正常應(yīng)用造成一定的不良影響[3]。在本次研究中,選擇設(shè)計一定的模擬試驗,分析碳鋼在濕硫化氫環(huán)境下的腐蝕情況,為設(shè)備濕硫化氫環(huán)境下的腐蝕預(yù)防提供一定的參考依據(jù)[4]。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗以XX石油化工企業(yè)的某輸油站區(qū)為實驗地點,對該輸油戰(zhàn)區(qū)原油儲罐的罐底水進行采集,應(yīng)用氫氧化鈉、乙酸對液體的pH值進行采集,采用質(zhì)量損失法開展?jié)窳蚧瘹涓g模擬試驗[5]。并以某型號鋼材作為材料,本次實驗選擇使用的材料為20號鋼,對材料進行加工處理,獲得實驗試樣,大小為50 mm×30 mm×2 mm。硫化氫是石油和天然氣中最具腐蝕作用的有害介質(zhì)之一,濕硫化氫環(huán)境極易導(dǎo)致多種材質(zhì)或者設(shè)備發(fā)生腐蝕,危害較大,依據(jù)游離態(tài)硫化氫水中不同pH值大小以及游離態(tài)硫化氫水中的濃度,可以對濕硫化氫環(huán)境危害程度進行評定,評估標準如表1所示。

表1 濕硫化氫環(huán)境危害程度確定標準

石油化工領(lǐng)域,在日常各類生產(chǎn)活動的開展過程中,涉及到的環(huán)境條件十分復(fù)雜。為滿足生產(chǎn)活動開展的需求,在應(yīng)用各種設(shè)備的時候,經(jīng)常需要再濕硫化氫環(huán)境條件下使用。這一背景下,這些設(shè)備極易發(fā)生腐蝕。相應(yīng)的腐蝕情況往往十分復(fù)雜,涉及到多種不同的類型,包括氫鼓泡以及硫化物應(yīng)力腐蝕開裂等等,常見的腐蝕形式示意圖如圖1所示。例如,在天然氣輸送過程中,管材在含硫化氫等酸性環(huán)境中,因腐蝕產(chǎn)生的氫侵入鋼內(nèi)而產(chǎn)生的裂紋稱為氫致開裂(HIC)。

圖1 常見濕硫化氫腐蝕形式

1.2 實驗方法

利用不同目數(shù)的砂紙對實驗試樣進行依次打磨,打磨至800目。打磨結(jié)束后對實驗試樣進行清洗,干燥后稱取質(zhì)量大小,并將其置于腐蝕溶液中[6]。將不同質(zhì)量分數(shù)的硫化氫氣體通入到腐蝕溶液中,使氣、液相中硫化氫達到平衡,實驗時間為7 d。為觀察緩蝕劑對腐蝕情況的影響效果,在實驗溶液中添加一定的緩蝕劑進行腐蝕實驗。實驗結(jié)束后,應(yīng)用X射線衍射法對腐蝕產(chǎn)物的成分進行分析。對試樣進行清洗,稱取質(zhì)量大小,觀察不同pH值下濕硫化氫腐蝕速率的變化情況、不同硫化氫含量下濕硫化氫腐蝕速率的變化情況,以及添加緩蝕劑對濕硫化氫腐蝕速率的影響效果[7]。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同pH值下濕硫化氫腐蝕速率的變化情況

通過實驗發(fā)現(xiàn),pH值與碳鋼濕硫化氫腐蝕之間存在一定的關(guān)系,對腐蝕的進展具有促進作用。總體來看,隨著pH值的不斷增加,碳鋼濕硫化氫腐蝕速率隨之提升。在pH值達到8左右后,腐蝕速率達到最大值。隨著pH值的不斷增加,腐蝕速率會呈現(xiàn)出不斷下降的變化趨勢,結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同pH值下濕硫化氫腐蝕速率的變化情況

溶液pH值與水中硫類型和分布密切相關(guān),不同的硫與鐵反應(yīng)后生成不同的硫鐵化合物。如果溶液整體呈中性,其中的主要成分為HS-。如果溶液整體呈堿性,其中的成分以S2-為主,并生成一層致密腐蝕產(chǎn)物膜,其中的主要成分為FeS。該產(chǎn)物膜可以發(fā)揮出一定的保護作用,達到減緩腐蝕的效果。在溶液整體呈酸性的時候,以硫化氫為主,最終生成的腐蝕產(chǎn)物中,以含硫量不足的Fe9S8為主。另外,從影響因素角度進行分析,FeS保護膜的穩(wěn)定性會受到多種因素的影響。其中。溶液是pH值大小便是一個十分常見的影響因素。在一定的條件下,如果溶液的pH值偏下,溶液的整體酸堿性會呈現(xiàn)出偏酸性的情況。則溶液會影響到FeS保護膜,導(dǎo)致其發(fā)生溶解,最終引起大量Fe2+的出現(xiàn),促進腐蝕速率的提升[8-10]。

2.2 不同硫化氫含量下濕硫化氫腐蝕速率的變化情況

通過實驗發(fā)現(xiàn),硫化氫含量與碳鋼濕硫化氫腐蝕之間存在一定的關(guān)系,對腐蝕的進展具有促進作用。總體來看,隨著硫化氫含量的不斷增加,碳鋼濕硫化氫腐蝕速率隨之提升。在硫化氫質(zhì)量濃度達到20 mg/L左右后,腐蝕速率達到最大值。隨著硫化氫含量的增加,腐蝕速率會呈現(xiàn)出不斷下降的變化趨勢,結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同硫化氫含量下濕硫化氫腐蝕速率的變化情況

硫化氫在與鐵發(fā)生反應(yīng)之后,會生成FeS保護膜,該保護膜具有致密特點,可以阻斷金屬基體與硫化氫之間的接觸,達到減緩氫原子向金屬基體發(fā)生擴散的效果。

2.3 添加緩蝕劑對濕硫化氫腐蝕速率的影響效果

通過對本組實驗結(jié)果進行觀察發(fā)現(xiàn),在試驗溶液中添加適量緩蝕劑之后,濕硫化氫腐蝕速率明顯下降,與未添加緩蝕劑時的腐蝕速率進行比較,明顯較低,結(jié)果如圖4所示。同時,通過對試樣的外觀情況進行觀察也可以發(fā)現(xiàn),經(jīng)觀察在其表面不存在明顯的腐蝕情況,無氫鼓泡等情況。這一情況表明,試樣所受到的腐蝕嚴重程度顯著下降,即提示,緩蝕劑的添加發(fā)揮出明顯的作用,在抑制濕硫化氫腐蝕方面產(chǎn)生了可靠的效果。

圖4 添加緩蝕劑對濕硫化氫腐蝕速率的影響效果

3 石油化工設(shè)備在濕硫化氫環(huán)境中的腐蝕防護處理

3.1 科學(xué)進行設(shè)備選材

科學(xué)選材能有效減少石油化工設(shè)備腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生,選擇適宜的材料能為化工設(shè)備提供防腐蝕保障。為此,要提高對石油化工設(shè)備選材工作的重視,確保選材工作的科學(xué)性。油氣田常用抗硫化物應(yīng)力腐蝕低合金鋼與碳素鋼選材情況如表2所示。

表2 油氣田常用抗硫化物應(yīng)力腐蝕低合金鋼與碳素鋼選材情況

3.2 科學(xué)進行設(shè)備養(yǎng)護

若選用零件強度較高,要及時降低硫化氫質(zhì)量含量。進行脫硫時要對脫硫塔后部殘留的濕硫化氫以及二氧化碳的再腐蝕予以重視,避免腐蝕程度嚴重影響石油化工設(shè)備的功能性。做好環(huán)境溫度調(diào)控,采取有效措施調(diào)控室內(nèi)溫度,降低鋼鐵腐蝕速度與程度,為石油化工設(shè)備的防腐蝕提供助益。設(shè)備使用時要嚴格控制硫化氫的質(zhì)量濃度,原料為輕石腦油時,要對脫硫處理加以控制,避免脫硫控制不當(dāng)產(chǎn)生嚴重后果。

3.3 適當(dāng)添加緩蝕劑

在控制腐蝕的過程中,結(jié)合腐蝕的具體情況,適當(dāng)?shù)氖褂靡欢▌┝康木徫g劑,有利于抑制腐蝕的發(fā)生,獲得理想的防腐蝕效果。緩蝕劑的類型和作用不一,針對濕硫化氫環(huán)境下各種設(shè)備所受到的影響,可以針對具體的材料和介質(zhì)情況,選擇最為合適的緩蝕劑類型予以應(yīng)用。生產(chǎn)實踐中,用于含H2S 酸性環(huán)境中的緩蝕劑,通常為咪唑啉衍生物、磷酸酯、脂肪酸或季銨鹽中的一種或兩種以上的混合物,也包括含硫、磷的化合物。

4 結(jié)語

綜上,濕硫化氫環(huán)境下,以對多種石油化工設(shè)備造成不同程度的腐蝕,腐蝕所帶來的危害是多方面的。通過本次實驗分析也了解到,pH值與碳鋼濕硫化氫腐蝕之間存在一定的關(guān)系,對腐蝕的進展具有促進作用。在pH值達到8左右后,腐蝕速率達到最大值。之后,隨著pH值的不斷增加,腐蝕速率會呈現(xiàn)出不斷下降的變化趨勢。同時,硫化氫含量與碳鋼濕硫化氫腐蝕之間也存在一定的關(guān)系,對腐蝕的進展具有促進作用。在硫化氫質(zhì)量濃度達到20 mg/L左右后,腐蝕速率達到最大值。在試驗溶液中添加適量緩蝕劑之后,濕硫化氫腐蝕速率明顯下降,說明在添加緩蝕劑之后,可以有效抑制濕硫化氫腐蝕。因此,在實際生產(chǎn)過程中,對于各種石油化工設(shè)備,還需要積極的進行科學(xué)的設(shè)備選材和養(yǎng)護,并通過合理的應(yīng)用一定的緩蝕劑等方式,以預(yù)防濕硫化氫問題的出現(xiàn),延長裝置設(shè)備的使用壽命。