石油化工設(shè)備在濕硫化氫環(huán)境中的腐蝕與防護(hù)

安智遠(yuǎn)

（山東省嵐橋石化有限公司，山東日照 276800）

0 引言

石油化工設(shè)備在濕硫化氫環(huán)境中普遍會(huì)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，一旦設(shè)備腐蝕程度過(guò)于嚴(yán)重，未及時(shí)對(duì)其修理或養(yǎng)護(hù)，就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備安全性降低，產(chǎn)生許多安全隱患。因此，要及時(shí)開(kāi)展設(shè)備維護(hù)工作，采取有效措施強(qiáng)化設(shè)備安全性。

1 影響因素

1.1 溫度

石油化工設(shè)備的鋼材料所蘊(yùn)含的磷元素、硫元素、氫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，證明其硬度也就越高，防腐蝕性能較低，極易被硫化氫所腐蝕。溫度變化能對(duì)設(shè)備腐蝕產(chǎn)生直接影響，鋼鐵在硫化氫水溶液中的腐蝕速度與溫度通常成正比關(guān)系。根據(jù)案例數(shù)據(jù)可知，在10%的硫化氫水溶液中，當(dāng)溶液溫度從55 ℃提升到84 ℃時(shí)，鋼鐵的腐蝕速度能迅速增長(zhǎng)約20%。但當(dāng)溶液溫度上升到84 ℃以上時(shí)，鋼鐵的腐蝕性則會(huì)隨著溫度上升而降低。該實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)溫度高于84 ℃時(shí)，鋼鐵腐蝕性與溫度間會(huì)呈現(xiàn)反比關(guān)系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)濕硫化氫溶液溫度維持在110～200 ℃時(shí)，鋼鐵的腐蝕速度與程度最小，而當(dāng)硫化氫溶液溫度在20 ℃時(shí)，鋼鐵腐蝕速度與程度最大，為此要根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)調(diào)控溫度[1]。

1.2 pH 值

pH 值接近中性或弱堿性時(shí)，鋼中氫的溶解量最低，當(dāng)pH值接近強(qiáng)堿性或強(qiáng)酸性時(shí)，鋼中氫的溶解量也會(huì)隨之增高，說(shuō)明pH 值也能對(duì)鋼鐵的腐蝕程度產(chǎn)生影響。空氣含有的氨離子能促使硫化氫的應(yīng)力腐蝕逐漸敏感。若pH 值較低或更加接近強(qiáng)酸性時(shí)，二氧化碳會(huì)增強(qiáng)硫化氫的應(yīng)力腐蝕能力，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的腐蝕力度。當(dāng)pH 值較高或向強(qiáng)堿性靠攏時(shí)，二氧化碳就會(huì)起到反作用，降低硫化氫的應(yīng)力腐蝕能力[2]。

1.3 硫含量

石油化工中產(chǎn)生的硫含量能直接影響設(shè)備腐蝕程度，硫含量越高對(duì)設(shè)備腐蝕就越嚴(yán)重。要注意石油化工生產(chǎn)過(guò)程中的硫化氫介質(zhì)，該介質(zhì)內(nèi)含各類腐蝕成分，能將硫化鐵保護(hù)膜溶解，將硫化氫腐蝕速度加快，讓金屬表面更容易被氫滲透，最終使得石油化工設(shè)備被逐漸腐蝕，化工設(shè)備功能性逐漸降低。

1.4 暴露時(shí)間

碳鋼和低合金鋼設(shè)備在濕硫化氫環(huán)境中，其腐蝕速度會(huì)呈現(xiàn)由快轉(zhuǎn)慢的趨勢(shì)，因隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，其腐蝕性會(huì)逐漸降低，腐蝕性的強(qiáng)弱與暴露時(shí)間成反比關(guān)系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，設(shè)備在濕硫化氫環(huán)境中暴露2000 h 后，其腐蝕性會(huì)逐漸呈現(xiàn)平衡。該類現(xiàn)象主要因暴露時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，硫化鐵腐蝕產(chǎn)物會(huì)堆積在設(shè)備表層，形成具有保護(hù)作用的產(chǎn)物膜覆蓋到設(shè)備上，為設(shè)備提供防腐蝕的保護(hù)。

2 腐蝕的原因

2.1 氫氣引起的鼓泡

石油化工設(shè)備長(zhǎng)期處在濕硫化氫環(huán)境中，因化工設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間遭受腐蝕，所以在設(shè)備內(nèi)壁的淺表層會(huì)出現(xiàn)不同大小的氫鼓泡。該現(xiàn)象的產(chǎn)生主要是因濕硫化氫環(huán)境中所蘊(yùn)含的含硫化合物，在對(duì)石油化工設(shè)備中的碳鋼材進(jìn)行腐蝕時(shí)，會(huì)在此時(shí)分解出氫原子，極易滲透、聚集到設(shè)備鋼材中存在的夾渣和裂紋等部位，通過(guò)聚合反應(yīng)形成氫分子，對(duì)化工設(shè)備產(chǎn)生惡劣影響。該分子通過(guò)不斷聚攏、融合，能在石油化工設(shè)備的碳鋼表面形成膨脹力，以增強(qiáng)對(duì)鋼材中的晶格界面的壓力，導(dǎo)致界面開(kāi)裂形成氫鼓泡，降低化工設(shè)備安全性。

2.2 氫氣引起的開(kāi)裂

石油化工設(shè)備多以鋼材為主，而所有鋼材內(nèi)部都會(huì)產(chǎn)生氫氣泡。這就導(dǎo)致在環(huán)境壓力逐漸遞增時(shí)，該范圍內(nèi)的氫氣泡會(huì)出現(xiàn)裂紋，并逐漸發(fā)展成彼此間相互連接的狀態(tài)，最終形成氫致開(kāi)裂對(duì)化工設(shè)備產(chǎn)生影響。該狀態(tài)能呈梯形狀，其延伸方向則與鋼材表面平行方向保持一致。

2.3 硫化物引起的腐蝕

硫化物引起的腐蝕通常會(huì)在設(shè)備的熱影響區(qū)域以及高硬度區(qū)域出現(xiàn)。石油化工設(shè)備中的碳鋼材料和濕硫化氫通過(guò)化學(xué)腐蝕作用，產(chǎn)生許多氫原子。在氫原子的滲透作用下，鋼材內(nèi)部的晶格結(jié)構(gòu)遭到溶解與破壞，導(dǎo)致鋼材產(chǎn)生“氫脆”現(xiàn)象，對(duì)設(shè)備實(shí)用性產(chǎn)生不良影響。當(dāng)石油化工設(shè)備在遭受外加應(yīng)力或余應(yīng)力的影響時(shí)，就會(huì)頻繁出現(xiàn)腐蝕開(kāi)裂現(xiàn)象。

2.4 應(yīng)力導(dǎo)向引起的氫開(kāi)裂

石油化工設(shè)備長(zhǎng)期處在濕硫化氫環(huán)境中，其接管處、裂紋狀缺陷處、腐蝕開(kāi)裂處和突變幾何狀等部位，均會(huì)出現(xiàn)有規(guī)律的開(kāi)裂現(xiàn)象，隨著腐蝕時(shí)間延長(zhǎng)，會(huì)嚴(yán)重影響化工設(shè)備功能性與安全系。該現(xiàn)象主要是因石油化工設(shè)備在應(yīng)力作用下，含硫化物腐蝕析出的氫原子逐漸向鋼材內(nèi)部滲透，在夾渣和裂紋處聚集，借此形成與應(yīng)力方向相垂直的小裂縫，對(duì)化工設(shè)備造成影響。設(shè)備中熱影響作用越強(qiáng)的區(qū)域，其裂紋開(kāi)裂的情況也就越嚴(yán)重。

3 腐蝕防護(hù)措施

3.1 安裝過(guò)程中的防腐蝕措施

石油化工設(shè)備在安裝時(shí)，要及時(shí)做好防腐蝕措施，有效減少濕硫化氫環(huán)境對(duì)設(shè)備的影響。安裝員要利用檢測(cè)設(shè)備對(duì)石油化工設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)化檢查，以確保其幾何尺寸與規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)相符，發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常時(shí)要及時(shí)向上級(jí)報(bào)告，為探討應(yīng)急方案做好防腐蝕措施提供充足時(shí)間。安裝員在焊接時(shí)，要盡可能降低焊接縫結(jié)構(gòu)中的合金成分，避免對(duì)設(shè)備產(chǎn)生影響的因素產(chǎn)生。嚴(yán)禁采用強(qiáng)力組安裝法進(jìn)行設(shè)備安裝工作，要根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)選擇安裝方法，以免對(duì)化工設(shè)備防腐蝕工作產(chǎn)生阻礙，盡可能地實(shí)現(xiàn)在安裝環(huán)節(jié)就對(duì)化工設(shè)備開(kāi)展防腐蝕護(hù)理工作。要采用射線與超聲波對(duì)焊接縫進(jìn)行檢查或維修，以確保焊縫質(zhì)量不受外界因素影響，避免焊接縫質(zhì)量降低。安裝員要將焊接縫硬度維持在200 HB 內(nèi)，避免硬度不夠或過(guò)硬對(duì)后續(xù)工作產(chǎn)生惡劣影響。石油化工設(shè)備焊接工作完成后，要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行熱處理，將殘余應(yīng)力消除，避免應(yīng)力導(dǎo)向引起氫開(kāi)裂，導(dǎo)致裂紋開(kāi)裂情況越來(lái)越嚴(yán)重，降低化工設(shè)備安全性。

3.2 選材過(guò)程中的防腐蝕措施

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(duì)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，根據(jù)實(shí)際情況選擇防腐蝕材料。首先，在濕硫化氫環(huán)境中，當(dāng)氰化物的質(zhì)量濃度大于20 mg/L，且硫化氫濃度質(zhì)量大于50 mg/L 時(shí)，其內(nèi)件材料要盡量選擇0Crl3 鋼材，殼體鋼材要選擇碳錳鋼或碳鋼復(fù)合鋼板，以確保化工設(shè)備安全性不受外界影響。其次，鋼硫化氫的濃度質(zhì)量高于50 mg/L，且氰化物質(zhì)量濃度不穩(wěn)定，在此時(shí)選擇殼體鋼材時(shí)，要盡量選擇碳錳鋼或碳鋼，并確保該材料抗拉強(qiáng)度能保持在141 MPa，借此增強(qiáng)化工設(shè)備防腐蝕性，為現(xiàn)場(chǎng)工作人員提供相應(yīng)保障。最后，選材時(shí)要盡量降低設(shè)備鋼材中S、Mn、P等質(zhì)量分?jǐn)?shù)，需盡可能提高材料的純度，確保材料純度符合相關(guān)要求，強(qiáng)化石油化工設(shè)備防腐蝕性，為開(kāi)展強(qiáng)化設(shè)備防腐蝕工作提供物質(zhì)條件。

3.3 使用過(guò)程中的防腐蝕措施

操作者要主動(dòng)掌握設(shè)備使用方法，知曉設(shè)備使用步驟、養(yǎng)護(hù)工作以及注意事項(xiàng)，規(guī)范操作流程，嚴(yán)格按照操作要求使用設(shè)備，努力完成設(shè)備防腐工作，定期對(duì)石油化工設(shè)備進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以確保設(shè)備高危部位的防腐蝕性與實(shí)用性，以此增強(qiáng)化工設(shè)備安全性。要加強(qiáng)對(duì)日常工作的動(dòng)態(tài)監(jiān)控力度，保證化工設(shè)備功能性與使用狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備使用狀態(tài)異常時(shí)，需由專業(yè)人員采取有效措施對(duì)運(yùn)行的設(shè)備實(shí)施系統(tǒng)化檢查，及時(shí)排除安全隱患，為現(xiàn)場(chǎng)人員提供安全保障。此外，設(shè)備使用時(shí)要嚴(yán)格控制硫化氫的質(zhì)量濃度，原料為輕石腦油時(shí)，要對(duì)脫硫處理加以控制，避免脫硫控制不當(dāng)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。若選用零件強(qiáng)度較高，要及時(shí)降低硫化氫質(zhì)量含量。進(jìn)行脫硫時(shí)要對(duì)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(yán)重影響石油化工設(shè)備的功能性。

3.4 檢測(cè)過(guò)程中的防腐蝕措施

檢測(cè)員要定期檢測(cè)石油化工設(shè)備，以掌握化工設(shè)備在使用時(shí)的安全性與防腐蝕效果，確保石油化工設(shè)備的功能性未受到外界影響。檢驗(yàn)工作主要是對(duì)壓力容器進(jìn)行檢驗(yàn)，通常包括設(shè)備結(jié)構(gòu)檢測(cè)、表面狀況檢測(cè)、鋰氏硬度檢測(cè)、溶劑去除型滲透檢測(cè)、內(nèi)表面熒光磁粉檢測(cè)、測(cè)厚、X 射線探傷檢測(cè)等。具體檢測(cè)工作環(huán)節(jié)要根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)選擇，采取有效措施對(duì)所需檢測(cè)部位進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)員發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在安全隱患時(shí)，要及時(shí)對(duì)缺陷位置實(shí)施有效、科學(xué)的分析，根據(jù)現(xiàn)實(shí)狀態(tài)開(kāi)展修復(fù)和護(hù)理工作，以保證化工設(shè)備的實(shí)用性。此外，檢測(cè)員要依照缺陷種類、缺陷部位、缺陷數(shù)量等信息對(duì)缺陷部位進(jìn)行深入研究，并利用增加厚度檢測(cè)、硬度檢測(cè)和無(wú)損探傷技術(shù)等方法，對(duì)缺陷部位和腐蝕情況進(jìn)行判定，以此排除石油化工設(shè)備潛藏的安全隱患，強(qiáng)化石油化工設(shè)備安全性。

4 其他建議

要對(duì)濕硫化氫環(huán)境中的其他腐蝕因素進(jìn)行系統(tǒng)處理，通過(guò)科學(xué)管控各類腐蝕因素，有效減少石油化工設(shè)備被腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。對(duì)于催化裂化加工而言，要及時(shí)采取有效的工藝措施，并在工藝中增添各類試劑，充分改善濕硫化氫環(huán)境，避免氫鼓包、氫致開(kāi)裂等現(xiàn)象產(chǎn)生，為化工設(shè)備正常使用提供前提條件。此外，要做好環(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。要加強(qiáng)對(duì)濕硫化氫環(huán)境pH 值調(diào)控，若環(huán)境呈現(xiàn)強(qiáng)酸性時(shí)，氫鼓包、氫致開(kāi)裂等現(xiàn)象就會(huì)頻繁產(chǎn)生，為此要根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)調(diào)控pH值，以減少對(duì)化工設(shè)備的侵蝕。要按照操作技術(shù)規(guī)范以及防腐蝕要求開(kāi)展防腐蝕工作，以做好數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、物料添加、緩蝕劑添加等工作，對(duì)易腐蝕和易損壞部位強(qiáng)化管控，以增強(qiáng)化工設(shè)備防腐蝕性。要加強(qiáng)對(duì)人員的培訓(xùn)力度，使其能夠掌握先進(jìn)安裝技術(shù)和防腐蝕技術(shù)，將科學(xué)防腐蝕技術(shù)應(yīng)用到化工設(shè)備護(hù)理工作，充分發(fā)揮防腐蝕技術(shù)作用，增強(qiáng)化工設(shè)備防腐蝕性。要規(guī)范安裝者的安裝行為，使其主動(dòng)杜絕不規(guī)范安裝行為，以完成化工設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的防腐蝕護(hù)理。

5 總結(jié)

綜上所述，石油化工設(shè)備在濕硫化氫環(huán)境中所出現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生惡劣影響，降低設(shè)備安全性與使用壽命，給現(xiàn)場(chǎng)工作人員帶來(lái)安全隱患。為此，要采取有效措施做好設(shè)備防腐蝕工作，增強(qiáng)化工設(shè)備防腐蝕性。