濕硫化氫對設備腐蝕與防護措施

高淑華

摘要：現階段，在石油設備投入使用的過程中，受到濕硫化氫環境的影響，導致設備容易遭受腐蝕性破壞，進而影響設備性能，使其難以發揮出效用。為此，我們必須加強對濕硫化氫環境下石油設備防護的研究，積極分析設備腐蝕影響因素，提出有效防護措施，使設備得到有效保護，進而為石油生產活動的順利開展提供強有力的保障，最終推動我國社會經濟的發展與建設。本文對濕硫化氫進行了簡單的介紹，闡述了濕硫化氫對設備腐蝕的過程，提出濕硫化氫環境下設備腐蝕的影響因素，并針對濕硫化氫環境下石油設備的防護措施提出幾點建議，以供參考。

關鍵詞：石油設備；濕硫化氫環境；腐蝕影響因素；防護措施

1 硫化氫概述

正常條件下，硫化氫是一種無色的易燃易爆氣體，并且具有臭雞蛋味，其密度為空氣的 1.19 倍，分子量為 34.08，具有較強的水溶性。常溫條件寫，一體積水能夠溶解 2.6 體積的 H2S，水溶謝呈弱酸性，對于金屬材料而言，除了干燥條件，硫化氫會對其造成腐蝕。同時，H2S 屬于劇毒性氣體，會威脅到人體的生命安全。實驗室對 H2S的質量密度范圍一般會控制在 10mg/m3 以下。對于石油工業而言，除了地層之外，油氣中的 H2S 還會通過硝酸鹽還原菌對地層與其他化學添加劑中存在硝酸鹽的轉化而得。在干燥條件下，H2S 是不會對金屬造成腐蝕作用的，因此，本文主要以濕 H2S 為研究對象，對其腐蝕性作用進行分析，針對濕 H2S對石油設備的腐蝕性進行探討。關于濕 H2S 的定義，國際上將其定義為氣體總壓不小于 0.4M Pa，H2S 分壓不小于 0.0003M Pa；如果處理的原油中有兩相或者三相介質，即油、氣、水，那么其氣相總壓則不小于 1.8M Pa，H2S 分壓不小于 0.0003M Pa。我國對濕 H2S 的定義則為：對于水與硫化氫同時存在的一個環境中，如果硫化氫分壓比0.00035M Pa大，那么其就被成為濕硫化氫環境，或者水與硫化氫同時存在的液化石油氣中，如果液相的硫化氫含量達到了 10×10-6 及以上，那么也可成為濕硫化氫環境。

2 濕硫化氫對設備的腐蝕過程

濕硫化氫環境下，H2S 與水接觸發生反應，對設備造成腐蝕，具體過程可以分為兩類，即陽極過程與陰極過程，介紹如下：

2.1 陽極過程

發生一般性腐蝕，形成 FeS 的膜，金屬表面發生膜膜破裂或者腐蝕性坑，進而使電池陰極產生較大的閉塞，在坑底形成裂紋源，其影響得到擴展變化成為應理性腐蝕，導致裂縫的產生。

2.2 陰極過程

對于陰極過程而言，隨著陰極反應的發生，一種具有較強的[H ]擴散到鋼鐵當中，并集聚在不同的冶金設備存在的缺陷或者焊接缺陷中，進而導致氫鼓包的發生，產生裂縫。對于高強度的鋼鐵設備而言，其中存在的應力是造成氫致開裂或者應力腐蝕開裂的主要誘因。

3 濕硫化氫環境下的腐蝕影響因素

3.1 H2S 濃度大小。對于低碳鋼而言，當介質中含有 2～150m g/L的 H2S 時，就會加速腐蝕；若 H2S 濃度小于 50m g/L，就會造成較長時間的破壞；若 H2S 濃度在 150～400mg/L 的范圍內，那么其具有恒定不變的腐蝕速度；當 H2S 增加至 1600m g/L 時，腐蝕速度開始下降，到了 1600～2420m g/L 時，其腐蝕速度基本不再發生變化。對于高強鋼而言，H2S 就算小于 1m g/L 也會產生較強的腐蝕性破壞。就整體而言，H2S 的濃度與氫致開裂的敏感性成正比，與斷裂時間成反比。并且鋼材自身強度與焊接接頭硬度與氫致開裂速度成正比。

3.2 溫度環境因素。對于常溫條件下（20～40℃），濕 H 2 S 環境中金屬會吸入更多的氫量，氫致開裂的敏感性最強，當溫度超過70℃，其敏感度逐漸減小，對于常溫條件而言，斷裂時間很快，甚至1～2 個小時就又發生斷裂的可能。

3.3 濕 H2S 環境下的 pH 值。在 pH 值較低時，濕 H2S 環通過離解生產越來越多的 H+ ，并向鋼中滲透，導致材料氫損傷。相關試驗表明，如果處于 pH 大于 5 的環境，氫致開裂的敏感性相對較低，對介質中 pH 的合理調節，能夠使濕 H2S 環境下氫腐蝕得到有效緩解。

3.4 其他腐蝕因素。對于煉油的二次加工而言，不同的加工系統呈現的酸堿性各有不同，其中催化裂化吸收解析系統、脫硫裝置再生及冷凝系統等呈堿性；常減壓蒸餾塔頂系統、液化石油與輕質油貯存系統等成酸性。通常情況下，這部分系統的濕 H2S 腐蝕問題各有差異。

關于這些部分的腐蝕原理，一方面是由于 H2S 的離解生產 S2- ，使得金屬表面[H]向 H2分子的結合被阻止，導致鋼中深入了[H]；另一方面是工藝過程中分解的 CN- 與 FeS 膜隨著絡合溶解作用的發生使[H]擴散到金屬被推動，對于冶金設備而言，其聚集在軋制缺陷處使得氫腐蝕損傷的過程加快。

4 濕硫化氫環境下石油設備防護措施

4.1 對介質中 H2S 濃度加以嚴格控制。為了實現在濕硫化氫環境下對石油設備的有效防護，就必須加強對介質中 H2S 濃度的制。對于化工原料為液化石油氣，輕石腦油時，應對脫硫處理加以嚴格控制。若選用的零部件的強度比較高，那么更要降低 H2S 含量。在脫硫過程中，應對脫硫塔后部及溶劑回收系統中殘留的濕 H2S-CO2的再腐蝕予以高度重視，應選用合適的緩蝕劑，使脫后設備的腐蝕得以緩解。

4.2 加強濕硫化氫環境下 pH 值的控制。若 pH 值呈酸性，那么氫鼓包、氫致開裂以及應力誘導氫致開裂的腐蝕就會加快，特別是對于高強度鋼而言，其敏感性更高。因此，為了有效緩解濕硫化氫環境下對石油設備的腐蝕破壞，就必須加強對 pH 值的控制，要盡將 pH 值控制在 7 左右。

4.3 應力處理的消除。對于焊制設備及構件而言，必須做好焊后熱處理，以此才能夠確保表面殘余應力得以消除，使焊接接頭的硬度不超過 200。對于局部補焊而言，可采用錘擊法來使殘余應力消除。如此才能夠在濕硫化氫環境下實現對石油設備的有效防護。

4.4 選用合適的材料。在濕硫化氫環境下，為了加強對石油設備的防護，以避免其受到腐蝕性破壞，就必須選用合適的材料，具體應選擇低強度材料，而不是高強鋼。以某廠脫硫系統中換熱器的小浮頭螺栓為例，在改良前選用的為 35 號鋼，短期內其普遍發生脆性斷裂，導致小浮頭的密封性喪失。而經過改良后采用了 A3 鋼螺栓，情況有所好轉。此外，鋼材的冶煉質量也是抗腐蝕的關鍵。

4.5 減少其他腐蝕影響因素。除了上述強化石油設備的防護措施，還應對濕硫化氫環境下的其他腐蝕因素進行處理。對于催化裂化加工而言，應采取科學的工藝措施，濕吸收解吸系統的穩定性得以提高。可在工藝過程中加入一定的試劑，使環境得到改善，進而有效避免氫鼓包、氫致開裂的發生。

參考文獻

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