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    炼油装置中管道硫化氢腐蚀及防护.pdf

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    炼油装置中管道硫化氢腐蚀及防护.pdf

    杨兴有炼油装置中管道硫化氢腐蚀及防护 37 炼油装置中管道硫化氢腐蚀及防护 杨兴有 中石化上海工程有限公司 上海200120 摘要 石油炼制装置中广泛存在硫化氢腐蚀问题,所造成的管道失效问题严重影响正常生产。通过湿硫 化氢对材料的环境腐蚀机理、腐蚀形式及影响因素等的分析,综合硫化氢腐蚀的主要影响因素,提出对湿硫化 氢腐蚀的防护措施。 关键词 硫化氢腐蚀腐蚀机理腐蚀形式影响因素 防护措施 随着我国经济的高速发展,国内对石油能源 的需求也快速增加。目前进口石油不断增加,进 口原油中很大部分是高含硫原油。高含硫原油造 成硫化氢广泛存在于炼油装置以及后续加工系统 中,成为引发管道材料失效的主要腐蚀介质之一。 硫化氢引起的管道失效,会造成重大经济损失和 灾难性后果。因此研究硫化氢的腐蚀机理、腐蚀 形式及防护措施,无论对防止事故发生,还是对 提高经济效益都有着十分重要的意义。根据腐蚀 机理不同,硫化氢腐蚀分为低温硫化氢腐蚀和高 温硫化氢腐蚀 J,本文主要讨论的是低温硫化氢 对碳钢和低合金钢的腐蚀及防护。 1湿硫化氢腐蚀机理和腐蚀环境 低温下干燥的硫化氢对金属材料没有腐蚀破 坏作用,只有当硫化氢溶解在水中才可能具有腐 蚀性。硫化氢为二元酸,在有水存在的情况下, 硫离子可引起碳钢和低合金钢的均匀腐蚀,而氢 原子则可引起局部腐蚀。就工程防腐而言,均匀 腐蚀是容易对付的,而以应力腐蚀表现形式出现 的局部腐蚀则比较棘手,危害性也较大。本文主 要讨论由氢原子引起的应力腐蚀问题。 在湿硫化氢环境中,硫化氢会发生电离,使 水具有酸性,硫化氢在水中的电离反应式为 J H2S_H HS’ HS一_H S 一 阳极反应式为 Fe一2e_Fe Fe S 一FeS阳极反应产物 阴极反应式为 2H 2e HadH.d_2H_H2 [H]一钢中扩散 其中,H。 为钢表面吸附的氢原子;[H]为钢 中的扩散氢。 钢材受到硫化氢腐蚀以后,阳极的最终产物 就是硫化亚铁。该产物通常是一种有缺陷的结构, 它与钢铁表面的粘结力差,易脱落,易氧化。阴 极反应产物为氢原子。氢原子有两种去向,一是 相互结合形成氢分子排出;其二,被钢材表面吸 附,且由于原子半径极小,被吸附的氢原子在获 得足够的能量后变成扩散氢[H]而渗入钢的内 部。扩散氢以间隙固溶状态存在于金属晶体内时, 使金属变脆,表现为金属的氢脆。当扩散氢积聚 在金属的微观空隙内时,会还原为氢气,并伴随 着体积的急剧扩大,形成局部高压,严重时引起 金属的开裂,表现为氢致开裂HIC和/或应力 导向氢致开裂SOHIC。如果这样的空隙靠近金 属表面,则表现为氢鼓包。当金属表面存在微观 缺陷时,由于应力集中的效应,扩散氢还容易向 高应力区迁移并聚集,在与金属材料应力的交互 作用下,引起金属材料的硫化物应力腐蚀开裂 SSCC。 无论哪一种局部腐蚀,都与环境中的硫化氢 浓度有关。加工高含硫原油重点装置主要管道设 计选材导则SH/T 31292002对湿硫化氢腐蚀环 境的定义为 1对有少量凝结水出现的气相介质环境, 当气相硫化氢分压大于或等于0.35kPa。 杨兴有高级工程师。1983年毕业于大连理工大学无机化工专业。长期从事化工工艺管道设计和技术管理工作。联系电话021 583666003565.Emailyangxingyou.ssccsinopec.tom。 杨兴有炼油装置中管道硫化氢腐蚀及防护 39 氢鼓包是指由金属内部过高的氢压力引起的 表面层下的平面空穴结构 j。它是由于氢原子在 钢内晶格点上或微观空隙内结合而形成的氢分子 的积聚所致。形成氢鼓包的典型部位是钢中的不 连续处如晶界空隙、夹渣、分层、夹杂物等。 应力导向氢致开裂SOHIC定义为HIC在 应力作用下加上发展的失效形式,是HIC的一种 特殊形式-5 J。同HIC一样,钢板的品质是SOHIC 敏感性的一个关键参数。HIC/SOHIC在钢板制作 构件中更容易产生,在钢管制件中也有个别事例 的发生。通常情况下,无缝钢管的HIC/SOHIC敏 感性被认为是较低的。工程实践也证明,对无缝 钢管来说,只要控制钢中的含硫量9时,很少发生硫化物应 力腐蚀破坏。 3.2.3温度 在一定温度范围内,温度升高,硫化物应力 腐蚀破裂倾向减小,这是因为温度升高硫化物在 水中的溶解度减小。在22℃左右,硫化物应力腐 蚀敏感性最大;温度大于22C后,温度升高硫化 物应力腐蚀敏感性明显降低。 3.2.4流速 流体在某特定的流速下,碳钢和低合金钢在 含硫化氢流体中的腐蚀速率,通常是随着时间的 增长而逐渐下降,平衡后的腐蚀速率均很低。如 果流体流速较高或处于湍流状态时,由于钢铁表 面上的硫化铁腐蚀产物膜受到流体的冲刷而被破 坏或粘附不牢固,钢铁将一直以初始的高速率进 行腐蚀,从而加剧设备、管道等金属构件的全面 腐蚀破坏,同时降低局部腐蚀发生的孕育期。因 此,要控制流速的上限,把冲刷腐蚀降到最小。 通常规定阀门的气体流速低于15m/s。相反,如果 气体流速太低,可造成设备、管道低部集液,而 发生因水线腐蚀、垢下腐蚀等导致的局部腐蚀破 坏。因此,通常规定气体的流速应大于3m/s。 4硫化氢腐蚀的防护措施 4.1材料的选择 1抗硫化氢腐蚀钢材的基本要求①采用 有害元素主要是硫、磷含量较低的纯净钢; ②采用完全淬火回火处理等热处理工艺,消除 钢材加工应力,这对材料抗硫化氢腐蚀是很有利 的;③采用低硬度强度的钢材;④消除钢材 焊接残余应力。含湿硫化氢环境中,对焊缝熔敷 金属及其热影响区进行焊后热处理。对于碳钢每 英寸厚度在大约621℃下保温一小时最少一小 时,对低合金钢需要更高一点的温度,以降低硫 化物应力腐蚀开裂的敏感性。 2根据现行国内和/或国际标准规范选用抗 硫化氢腐蚀的材料。 SH/T 31292002中给出了相关的选用原则。 NACE Standard MR01032010中也对石油炼 制工厂在腐蚀性环境中抗硫化物应力开裂材料提 出了要求。 4.2添加缓蚀剂 对于可预见到会出现严重硫化氢腐蚀的工况 条件,合理添加缓蚀剂是防止硫化氢酸性环境对 碳钢和低合金钢腐蚀的一种有效方法。缓蚀剂对 应用条件的选择性要求很高,针对性很强。 不同介质或材料往往要求的缓蚀剂也不同, 甚至同一种介质,当操作条件如温度、压力、 浓度、流速等改变时,所采用的缓蚀剂可能也 需要改变。 用于含硫化氢酸性环境中的缓蚀剂,通常为 含氧的有机缓蚀剂成膜型缓蚀剂,有胺类、米 唑啉、酰胺类和季胺盐等。 4.3控制溶液pH值 提高溶液pH值,降低溶液中H 含量,可提 高钢材对硫化氢的耐蚀能力。实践证明,维持介 质的pH值在9一ll之间,这样既可有效预防硫化 氢腐蚀,又可同时提高钢材疲劳寿命。 4.4金属保护层 在需保护的金属表面用电镀或化学镀的方法 镀上Au、Ag、Ni、cr、zn、sn等金属,保护内层 不被硫化氢腐蚀。 下转第46页 CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 化工设计2013,234 谢≥ -0.742 即起动时电动机端子电压能保证传动机械要 求的起动转矩,并且电动机起动时,配电母线上 的电压符合要求,所以该电动机可以全压起动。 该项目初步设计方案这3台电动机选择了软起动, 但在详细设计过程中,经过计算,完全可以采用 全压起动,节省了几十万元的投资,并且电路简 单,减少故障可能。目前该3台电机已经投入运 行,效果也很理想。 3结语 石化装置中的电动机有很多种,应根据电动 机的类型、电动机负载的特点、石化装置电网的 具体情况以及经济因素选择适当的电机起动方式。 如果把可以采用全压起动的电动机,采用了降压 起动,无疑是一种浪费,且增加了故障的可能。 选择正确的起动方式、使用合适的起动设备,对 石化装置的稳定运行,电动机与装置电网的稳定、 优化及节能有非常重要的意义。 参考文献 1 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册 第三版[M].北京中国电力出版社,2005. 2弓普站.石油化工电气设备选用手册[M].北京化学工 业出版社,2012. 收稿日期20130312 本刊声明 为使科技成果更好地服务国家经济建设,扩大本刊以及作者知识信息交流渠道,化工设计期刊已加入中国核心 期刊遴选数据库万方数据一数字化期刊群、中文科技期刊数据库、中国知网CNKI系列期刊数据库以及 中国化工信息中心计算机网络、lJll省期刊网络等。凡在本刊发表的文章,也将通过本刊已经加入或今后可能加入的数 据库进行网络出版或提供信息服务,稿件一经刊登,将在本刊稿酬中一次性支付著作权使用报酬。如作者不同意上述约 定,请投稿时向本刊提出书面说明,本刊将酌情处理。 为鼓励技术创新、保护知识产权、杜绝学术不端行为,本刊已同有关单位合作启用科技学术期刊文献检测系统 AMLC对在本刊发表的论文进行全面检测,凡存在抄袭、一稿多投、不当署名、伪造、篡改等各类学术不端行为的, 本刊保留在本刊或其他媒体公布其行为和索回稿酬的权利。 化工设计编辑部

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