硫化氫對機泵機械密封軸套的腐蝕

岳飛 寧純來

摘 要：介紹了含濕水硫化氫介質對機械密封中2Cr13軸套的腐蝕過程和原因分析，通過腐蝕性質分析提出有效的解決辦法，避免因軸套腐蝕造成介質泄漏。

關鍵詞：機械密封;腐蝕 H2S;2Cr13

泵是一種典型的液體輸送機械，廣泛應用于石油、煤化工等行業。由于金屬材料的選型不當帶來的腐蝕泄漏又會帶來巨大的經濟損失，不僅涉及范圍極為廣泛，而且受諸如材料、接觸介質等多種因素影響。本文通過現場機泵機械密封軸套處突然泄漏的檢修來分析普通不銹鋼在H2S酸溶液中的腐蝕。

1 現場拆檢情況

從現場拆檢的軸套內部來看，可以看到金屬表面相當一部分表面腐蝕基本很輕微，有的甚至肉眼看不到，只是局部有很小的部分，不僅尺寸很小，而且被腐蝕產物所覆蓋，將覆蓋物去除后即暴露出腐蝕坑，見圖1。

根據上圖軸套腐蝕情況來看，該軸套最初發生腐蝕的是機械密封動換“O”型圈與軸套接觸點，待該處腐蝕破壞機械密封發生微量泄漏，之后大面積的腐蝕發生在本來處在干燥空氣中的部位。

2 不銹鋼腐蝕的機理

不銹鋼之所以能大量運用在機械電子等產品中，是由于其性能穩定，可以抗腐蝕，其之所以能抗腐蝕，是有其特性決定的，在其表面可以形成一層鈍化膜，這層膜化學性能穩定，與其他物質不易發生化學反應，可以良好的保護其結構，如果某一局部發生腐蝕，那么在設備高速或者長時間運作過程當中就會使其穿孔，從而影響其整體性能，這就給設備造成了一定的安全隱患，在一個整體設備中，一個零部件有安全隱患，那么就會對一個生產系統造成一定的安全隱患，如果不及時處理，長時間的運行有可能造成安全事故。

3 腐蝕過程

查資料得知，廠家軸套選用2Cr13馬氏體不銹鋼，軸套和軸密封處選擇氯丁橡膠。機泵入口為常壓儲罐，液相甲醇（含H2S、S單質）含量98%，H2O含量2%，氣相H2S分壓25KPa，其余為N2和少量CO2，泵入口溫度為45℃左右。不銹鋼是鈍化能力比較強的金屬，在普通溶液中其鈍化膜的溶解和修復處于動態平衡，氯丁橡膠在H2S酸溶液中長時間浸泡，游離出活性陰離子CL--，和金屬離子結合形成可溶性氯化物，形成孔徑很小的蝕核，有些蝕核可能再鈍化而不再長大，而大部分蝕核繼續長大，當孔徑大于30μm時，金屬表面即出現宏觀可見的蝕坑，由于坑內金屬表面處于活態，電位較負，蝕坑外金屬表面處于鈍化狀態，電位較正，又構成一個微電池，形成電化學腐蝕，加劇了金屬的點腐蝕。

（1）硫化氫電離出的HS-離子在電極表面的吸附;（2）HS-離子與表面膜反應生成Fe的硫化物膜，原有的氧化物膜不斷被減薄;（3）隨硫化氫濃度的增加，氧化膜最終完全轉變為硫化物膜。主要電極反應如下：

H2S=H++HS-。

Fe2O3+6 H+=2Fe3++3H2O

Fe3++ HS- + H2O =FeXSY十OH-

當所含硫化氫濃度較低時，電極表面的氧化物膜并未完全被破壞，由于氧化膜層非常致密，因此電位降主要消耗在這層膜中，當硫化氫濃度較高時，電極表面的氧化膜完全被破壞生成的硫化為疏松結構，覆蓋在點蝕坑的表面。

4 硫化氫腐蝕的防護

在工業領域中H2S是一個不可回避的問題，如何在石油，化工等重點能源行業中減少H2S的腐蝕危害一直是化工行業解決的問題，尤其當金屬材料遭受H2S腐蝕時會產生點蝕、氫鼓泡等的問題，為了減小H2S腐蝕的危害性，延長設備的壽命，節省資源，減少事故的發生，必須采取適當措施來加以控制：（1）添加緩蝕劑。利用緩蝕劑的防腐作用來達到減緩鋼材腐蝕的目的。通常情況下，中性介質中多使用無機緩蝕劑，以鈍化型和沉淀型為主;酸性介質使用的緩蝕劑大多為有機物，以吸附型為主。（2）根據溫度和H2S含量合理選擇材質。鋼中影響H2S腐蝕的主要元素為硫，硫元素則在鋼中形成FeS非金屬夾雜物。致使局部顯微組織疏松，為提高鋼的抗濕H2S腐蝕性能應減少夾雜物，限度制鋼中硫含量、氧含量;在滿足鋼板的力學性能條件下，應盡可能降低鋼的碳含量。

5 結論

很多情況下，點腐蝕和電化學腐蝕是相互存在的，為延長機械密封的使用壽命，從材料著手改變腐蝕的中間過程（1）選擇O型圈材質，本質耐腐蝕，在氧的作用下也不會解離出CL-;（2）在經濟基礎上選擇合適的軸套材質，選用304不銹鋼。

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