对石油化工设备在湿硫化氢环境中的腐蚀与防护探讨

对石油化工设备在湿硫化氢环境中的腐蚀与防护探讨

王喜龙

中国石化股份公司天津分公司炼油部联合六车间 天津市  300270

摘 要：在石化行业，由于各种强腐蚀性的介质如酸、碱、盐等，尤其是在化工原料油中硫的浓度不断增加，致使潮湿的硫化氢腐蚀问题日趋严重。因此，在充分理解腐蚀机理的前提下，对石化设备在潮湿的硫化氢腐蚀条件下腐蚀状况及影响因素进行了研究，并给出了相应的保护对策。

关键词：湿硫化氢；石油化工设备；腐蚀原理

引言

侵蚀是很危险的。可将贵重物质变成废料，例如铁锈化，大大缩短了生产、生活设施的寿命，提前淘汰，提高了生产和生活设施的费用，并对环境产生了严重的影响。国内石化工业中使用的H2S介质主要是碳素钢，多数装置运行后运行良好，但也有一些设备因为H2S的侵蚀而不得不停止运行，导致重大的经济损失。设备运行的安全性是当前社会普遍关心的问题，也是经济、可靠和稳定运行的重要依据。

一、影响因素

1.温度

石化装置中的磷、硫、氢含量高的钢铁原料，其抗腐蚀性差，容易被硫化氢侵蚀。在不同的环境条件下，不同的环境温度会对不同的设备造成不同程度的腐蚀。通过实例计算，发现在10%硫酸盐中，由55~84° C时，可以使钢材的锈蚀速率快速增加20%左右。然而，在超过84摄氏度时，其腐蚀性能将会随著高温而下降。试验结果表明，在84摄氏度以上，钢材的腐蚀和高温之间存在着一种逆比的变化。试验结果表明：保持110~200摄氏度的湿态硫酸水，对钢材的侵蚀速率和破坏最少，而在20° C时，则是最快的，应结合具体的具体条件，合理调整其温度。

2.pH 值

在 pH接近于中性或微碱的情况下，其溶解率最小，而在 pH值较高或较高的情况下，其溶解能力也会增加，表明 pH对钢材的侵蚀也有一定的作用。大气中的氨基可以促进对氢化物的腐蚀反应。当 pH值低于或更靠近强酸时，CO2将提高其抗应力侵蚀的强度和强度。在 pH高或者接近于强碱环境时，CO2可以产生相反的反应，从而减少其受压的腐蚀。

3.硫含量

石化行业中的硫化物浓度会对装置的腐蚀性有很大的影响，而硫磺的浓度则会对装置造成更大的腐蚀。在石化行业中要特别重视的是含有各种化学物质的硫酸溶液，它可以融化硫酸的保护层，加速硫酸的侵蚀，使其更易于被氢气穿透，从而导致石化装置逐步受到侵蚀，并逐步削弱其作用。

4.暴露时间

在潮湿的硫酸介质中，碳素和合金材料的侵蚀速率会逐渐降低。由于接触的次数越多，它的腐蚀能力就越低，而这种侵蚀强度与接触的持续时间呈相反的趋势。试验结果表明，在潮湿的硫酸溶液中，经过2000小时的浸泡，该装置的腐蚀性能将逐步趋于均衡。这种情况是由于接触的持续时间越来越长，硫化物会在装置表面沉积，从而在装置表面生成一层保护性的产品薄膜，从而起到防护的效果。

二、腐蚀的原因

1.氢气引起的鼓泡

由于石化装置长时期处于潮湿的硫酸中，由于化学装置的长期受到侵蚀，导致装置表面表面产生了各种尺寸的氢气气泡。这种情况的出现，是因为硫化氢中含有大量的硫元素，这些元素会被化学设备中的碳钢元素溶解，并迅速地渗透到设备中的杂质和裂缝中，从而引发氢气的聚集，从而对设备造成不良的后果。这种聚合物可以不断地聚合、融合，在石化装置的碳钢上产生一种可扩展的拉伸力，从而增加对金属中的点阵界面的压力，从而使金属界面产生裂纹，从而使化学装置的安全性能下降。

2.氢气引起的开裂

在石化装置中，大部分使用的是钢铁，而在整个钢铁中，都存在着大量的氢气泡。当周围的气压越来越高时，这个区域中的氢气泡会发生断裂，并逐步发展成为互相连通的关系，最后造成氢致裂缝，从而对化学装置造成一定的破坏。这种态能表现为阶梯状，且其伸展的角度与金属的平面平行。

3.硫化物引起的腐蚀

硫化物的侵蚀一般发生在设备的受热区和高硬度区。在石化装置中，碳素和湿态的硫化氢会发生化学反应，从而生成大量的氢气。由于氢离子的侵入会使金属中的晶体组织发生溶蚀和断裂，从而使其发生“氢脆”，从而严重地损害了装备的使用性能。石化装置在受到外力或残余应力的作用下，经常发生侵蚀裂纹。

4.应力导向引起的氢开裂

由于石化装置长时期处于潮湿的硫酸溶液中，其接缝处、裂纹状缺陷处、腐蚀裂隙和变形等处都会产生规则的裂纹，腐蚀的持续时间越长，对化工装置的性能和安全性都会造成很大的损害。这种情况是由于石化装置受压后，由含硫化合物的腐蚀沉淀而产生的氢气慢慢地渗入到钢铁中，并在熔渣和裂隙中堆积，从而在压力方向上产生细小的裂隙，从而对化学装置产生一定的冲击。在设备中，受热能的影响较大的地区，裂缝破裂现象也较明显。

三、腐蚀防护措施

1.安装过程中的防腐蚀措施

石化装置在使用过程中应采取适当的防腐处理，以降低潮湿的硫化氢对装置的污染。安装人员要使用测试仪器对石化装置进行系统的检验，保证其几何大小符合规范要求，并对出现的故障及时上报，为制定事故预案和防腐对策留出足够的时间。安装人员在进行焊接时应尽量减少焊缝中的金属元素，以防止对机械的影响。禁止使用强组合式装置进行装置的施工，要按现场实际条件合理选用，避免妨碍化学装置的防腐工作，尽量做到在装置的装配阶段对化学装置进行防腐保养。为了保证焊缝的品质不会受到外部环境的干扰，防止焊点的品质下降。安装人员应将焊缝的硬度控制在200 HB以内，以免因其硬度不足而造成不良的工作效果。在石化装置的焊缝结束后，要对其进行适当的热处理，以消除残留的应力，防止因受力而产生的氢气裂缝，从而使裂口进一步恶化，从而影响到石化装置的安全。

2.选材过程中的防腐蚀措施

合理选用原料，可有效降低石化装置的腐蚀，选用合适的物料，可为石化装置的防腐提供保证。因此，必须加强对石化装备的选用，保证其科学合理，并结合生产实践，选用防腐材质。首先，在湿态硫酸条件下，如果氰化物的质量浓度超过20 mg/L，而硫化氢的质量含量超过50 mg/L，则应选用0Crl3钢，外壳用碳锰钢或碳钢，以保证化学装置的安全。其次，钢中的硫化氢浓度超过50 mg/L，而氰化物含量的变化较大，因此，在选用外壳钢时，应选用碳锰钢或碳钢，以保证其拉伸力大于141 MPa，从而提高化学装置的耐腐蚀性能，为施工单位的安全生产工作提供相应的保证。在选择原料时，应尽量减少设备钢材中硫、锰、磷等质量含量，应尽可能地改善原料的纯度，保证原料的纯度满足有关规定，加强石化装置的耐腐蚀性，为加强装置的防腐工作提供物质条件。

3.使用过程中的防腐蚀措施

作业人员应积极了解设备使用的方法，了解设备使用步骤、维护工作和注意事项，并按规程使用设备，并认真执行设备的使用，认真做好设备的防腐工作，并对设备进行保养，保证设备的使用和维护，以便提高设备的可靠性。应强化对其工作的动态监测，确保其机能和使用状况，如出现异常情况，应立即组织专人对其进行全面的全面排查，以消除其存在的安全风险，并为其提供可靠的保护。另外，在操作过程中要对硫化氢的质量浓度进行严格的监控，如果是轻质的煤焦油，则要进行适当的脱硫处理，以免造成不良的影响。如果所选择的部件具有更高的强度，则应适时地减少其含硫量。在进行脱硫塔时，应注意脱硫塔尾部残余的湿硫化氢和CO2的再侵蚀，防止其腐蚀程度对石化装置的性能造成很大的损害。

4.检测过程中的防腐蚀措施

检验者应对石化装置进行周期性的检查，了解其在操作过程中的安全和防腐作用，保证其不会因外部因素而受损。检测工作以设备结构、表面状况、锂氏硬度、溶剂脱除型渗透、内表面荧光磁粉、厚度、 X射线探伤等为重点。对具体的检验工作，要依据现场的实际状况，进行科学的选取，并对所需要的测试点进行有效的检查。当检测人员发现装置的安全问题时，应对其位置进行有效科学的分析，并依据实际情况进行维修保养，确保其实用价值。另外，根据缺陷类型、部位、数量等不同的特征，采用增加厚度检测、硬度检测、 NDR检测等手段来判断缺陷部位和缺陷状态，从而消除潜在的安全风险，增强石油化学装置的安全性。

结束语

总之，在潮湿的硫酸盐池中，石化装置发生的腐蚀会对装置造成不良的冲击，从而导致装置的安全性和使用年限下降，并对作业人员造成一定的安全风险。因此，应加强对化学装置的防腐处理，提高其防腐能力。

参考文献

[1]王炎. 石油化工设备在湿硫化氢环境中的腐蚀与防护分析[J]. 化工管理, 2017(1):1.

[2]安智远. 石油化工设备在湿硫化氢环境中的腐蚀与防护[J]. 设备管理与维修, 2022(002):000.