探討石油化工設備在濕硫化氫環境中的腐蝕與防護處理

關遠華

(廣東省龍門縣應急管理局,廣東 惠州 516800)

隨著時代的發展,我國的石油化工產業得到了快速的發展。石油化工領域的生產過程中經常會應用不同的設備,但其應用環境大多較為特殊,濕硫化氫環境下,設備容易出現腐蝕問題[1]。如果未予以及時的養護或者維修,極易導致設備使用性能和安全性的下降,影響正常的生產活動。為此,實際生產中,還需要重視設備的濕硫化氫腐蝕問題,并積極做好相應的預防措施[2]。

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

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗以XX石油化工企業的某輸油站區為實驗地點,對該輸油戰區原油儲罐的罐底水進行采集,應用氫氧化鈉、乙酸對液體的pH值進行采集,采用質量損失法開展濕硫化氫腐蝕模擬試驗[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之一,濕硫化氫環境極易導致多種材質或者設備發生腐蝕,危害較大,依據游離態硫化氫水中不同pH值大小以及游離態硫化氫水中的濃度,可以對濕硫化氫環境危害程度進行評定,評估標準如表1所示。

表1 濕硫化氫環境危害程度確定標準

石油化工領域,在日常各類生產活動的開展過程中,涉及到的環境條件十分復雜。為滿足生產活動開展的需求,在應用各種設備的時候,經常需要再濕硫化氫環境條件下使用。這一背景下,這些設備極易發生腐蝕。相應的腐蝕情況往往十分復雜,涉及到多種不同的類型,包括氫鼓泡以及硫化物應力腐蝕開裂等等,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境中,因腐蝕產生的氫侵入鋼內而產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

利用不同目數的砂紙對實驗試樣進行依次打磨,打磨至800目。打磨結束后對實驗試樣進行清洗,干燥后稱取質量大小,并將其置于腐蝕溶液中[6]。將不同質量分數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。實驗結束后,應用X射線衍射法對腐蝕產物的成分進行分析。對試樣進行清洗,稱取質量大小,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

通過實驗發現,pH值與碳鋼濕硫化氫腐蝕之間存在一定的關系,對腐蝕的進展具有促進作用?？傮w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,腐蝕速率會呈現出不斷下降的變化趨勢,結果如圖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,不同的硫與鐵反應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物膜,其中的主要成分為FeS。該產物膜可以發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出偏酸性的情況。則溶液會影響到FeS保護膜,導致其發生溶解,最終引起大量Fe2+的出現,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

通過實驗發現,硫化氫含量與碳鋼濕硫化氫腐蝕之間存在一定的關系,對腐蝕的進展具有促進作用?？傮w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,腐蝕速率會呈現出不斷下降的變化趨勢,結果如圖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

硫化氫在與鐵發生反應之后,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

通過對本組實驗結果進行觀察發現,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現,經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,緩蝕劑的添加發揮出明顯的作用,在抑制濕硫化氫腐蝕方面產生了可靠的效果。

圖4 添加緩蝕劑對濕硫化氫腐蝕速率的影響效果

3 石油化工設備在濕硫化氫環境中的腐蝕防護處理

3.1 科學進行設備選材

科學選材能有效減少石油化工設備腐蝕現象產生,選擇適宜的材料能為化工設備提供防腐蝕保障。為此,要提高對石油化工設備選材工作的重視,確保選材工作的科學性。油氣田常用抗硫化物應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力腐蝕低合金鋼與碳素鋼選材情況

3.2 科學進行設備養護

若選用零件強度較高,要及時降低硫化氫質量含量。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備的功能性。做好環境溫度調控,采取有效措施調控室內溫度,降低鋼鐵腐蝕速度與程度,為石油化工設備的防腐蝕提供助益。設備使用時要嚴格控制硫化氫的質量濃度,原料為輕石腦油時,要對脫硫處理加以控制,避免脫硫控制不當產生嚴重后果。

3.3 適當添加緩蝕劑

在控制腐蝕的過程中,結合腐蝕的具體情況,適當的使用一定劑量的緩蝕劑,有利于抑制腐蝕的發生,獲得理想的防腐蝕效果。緩蝕劑的類型和作用不一,針對濕硫化氫環境下各種設備所受到的影響,可以針對具體的材料和介質情況,選擇最為合適的緩蝕劑類型予以應用。生產實踐中,用于含H2S 酸性環境中的緩蝕劑,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 結語

綜上,濕硫化氫環境下,以對多種石油化工設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系,對腐蝕的進展具有促進作用。在硫化氫質量濃度達到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,在實際生產過程中,對于各種石油化工設備,還需要積極的進行科學的設備選材和養護,并通過合理的應用一定的緩蝕劑等方式,以預防濕硫化氫問題的出現,延長裝置設備的使用壽命。