酸性氣體對設備的腐蝕問題蔡廣富【摘要】煤焦油加氫裝置生產過程中產生的酸性氣體H2、H2S等成分對設備有很強的腐蝕性，為使生產設備、管線處于良好狀態，最終保證正常生產和人身安全，延長設備的使用壽命，減少腐蝕造成的經濟損失，就要對設備的腐蝕現象和反應機理有詳細的了解。【期刊名稱】《黑龍江科技信息》【年(卷)，期】2012(000)003【總頁數】1頁(P32-32)【關鍵詞】酸性氣體;腐蝕機理;危害【作者】蔡廣富【作者單位】中煤黑龍江煤炭化工有限公司,黑龍江哈爾濱150009【正文語種】中文【中圖分類】TE644中煤龍化煤制油公司是國內最早、最成功將煤焦油利用加氫技術生產清潔燃料油的企業。煤焦油加氫裝置于2003年建成并投產，裝置一直運行穩定。在生產過程中工藝介質含有酸性氣體H2、H2S等成分，對裝置的設備存在腐蝕，在每年停車檢修期間，都發現部分設備有一定程度的腐蝕，給裝置的安全帶來隱患，2005年就有一臺高壓換熱器的焊口因腐蝕出現滲漏，裝置被迫停車處理漏點。1氫腐蝕機理：鋼暴露于高溫高壓氫環境中，氫吸附、滲透及擴散等過程進入鋼的內部，并于鋼中的碳元素發生化學反應，生成甲烷（CH4），同時使鋼的的局部發生脫碳現象。隨著甲烷氣體在微觀缺陷部位（主要是晶界處）的聚集，導致內壓升高并引發裂紋的產生，進而使鋼材開裂或金屬鼓泡。鋼遭受氫腐蝕產生的裂紋，起初是微觀的，隨著腐蝕的加深，大量微裂紋使金屬的抗拉強度、硬度和延性等產生本質的破壞。化學反應式：Fe3C+4H=3Fe+CH4發生的條件：溫度、氫分壓影響氫腐蝕的因素主要有：溫度、氫分壓、合金成分、應力等。一般情況下，碳素鋼在2001以上的高壓氫環境中才會發生氫腐蝕，鋼中加入鉻、釩、鈦、鎢等能形成穩定碳化物的元素，可提高鋼抗氫腐蝕的能力，奧氏體不銹鋼具有很好的抵抗氫腐蝕性能。鋼的氫腐蝕是否會產生，主要決定于氫的壓力、溫度、作用時間和鋼的化學組成。一般來說，氫的壓力越大、溫度越高，碳鋼的脫碳層就越深，發生氫腐蝕斷裂的時間也越短，溫度尤其重要，在較高的溫度（大于700°C）下，即使氫的壓力只有0.1MPa,脫碳也可以發生；而如果溫度較低（小于200C），即使壓力為100MPa下氫腐蝕也難以發生。各種鋼材在已知溫度和氫分壓條件下發生氫腐蝕的可能性可根據Nelson曲線判斷。2濕H2S腐蝕2.1機理干燥的H2S對金屬材料無腐蝕破壞作用。H2S一旦溶解在水里便立即電離呈酸性，離解反應式為：釋放出的氫離子是強去極化劑，易在陰極奪取電子，促進陽極溶解反應使金屬材料遭受腐蝕。2.2腐蝕環境2.2.1溫度小于等于（60+2P）°C;P為工作壓力（表壓，MPa）;2.2.2H2S分壓大于等于0.00035MPa;（相當于在常溫水中的溶解度約10PPm）;2.2.3介質中含有液相水或處于露點溫度以下；2.2.4pH值小于6或介質中有氰化物存在pH值可大于7。2.3材料要求及限制在濕硫化氫環境中使用的碳鋼和低合金鋼應符合以下各項要求：2.3.1標準屈服強度<355MPa;2.3.2實測抗拉強度<630MPa;2.3.3熱處理狀態為:正火+回火、退火、調質；2.3.4碳當量：低碳鋼和碳錳鋼:<0.44低合金鋼:<0.44（計算公式不同）；2.3.5硬度要求:低碳鋼：HV（10）<220（單個值）;低合金鋼:HV（10）<245（單個值）；2.3.6厚度大于20mm的鋼板超聲II級合格。3濕H2S嚴重腐蝕環境容器工作條件符合以下條件時為濕H2S嚴重腐蝕環境：a.工作壓力大于1.6MPa;b.H2S-HCN共存，且HCN大于50ppm;c.pH<9;在濕H2S嚴重腐蝕環境使用的壓力容器用材的特殊要求：a.化學成分:S<0.003%P<0.025%;b.板厚方向的斷面收縮率（Z向拉伸）：訴35%（三個試樣平均值）,訴25%（單個試樣最低值）;c.必須進行焊后熱處理。4高溫H2-H2S的腐蝕存在于加氫裝置高溫（300-420C）的反應器、換熱器、加熱爐管和工藝管線，腐蝕形態為H2S對鋼材的化學腐蝕，在高濃度氫的作用下可使H2S加速對鋼材的腐蝕，其腐蝕產物不像在無氫環境生成物那樣致密、附著牢固，具有一定的保護性。在富氫環境中，原子氫能不斷侵入硫化物垢層中，造成垢的疏松多孔，使金屬原子和H2S介質得以互相擴散滲透，因此H2S的腐蝕不斷進行。腐蝕反應式：Fe+H2S-FeS+H2腐蝕影響因素：a.濃度。H2S濃度在1%（體積）以下時，隨著H2S濃度的增加，腐蝕急劇增加。當H2S濃度大于1%（體積）時，腐蝕率基本無變化，此時腐蝕率與H2S濃度無關;b.溫度。當溫度在315~480°C時，溫度的高低是影響腐蝕速率的主要因素，隨著溫度的提高，腐蝕率將急劇增加，溫度每增加55C，腐蝕率大約增加2倍;c.時間H2-H2S的腐蝕率隨著腐蝕時間的增長而逐漸下降；d.壓力。操作壓力對高溫H2-H2S的腐蝕率無影響。5氯化物應力腐蝕開裂（CISCC）CISCC一般發生在金屬溫度高于65C的情況下，對CISCC最敏感的是含Ni8%的奧氏體不銹鋼（如300SS系列304,316等）。裂紋特征。應力腐蝕的宏觀裂紋均起自于不銹鋼表面且分布具有明顯的局部性，裂紋的走向與所受應力，特別是與殘余應力有密切關系，裂紋常呈龜裂和風干木材狀，裂紋附近沒有塑性變形，除裂紋部位外，其它部位腐蝕輕微，且常有金屬光澤。應力腐蝕裂紋的微觀形貌多為穿晶型，但也多見沿晶型和穿晶+沿晶混合型，裂紋的寬度較小，而擴展較深，裂紋的縱深常較其寬度大幾個數量級，裂紋既有主干也有分支，典型裂紋多貌似落葉后的樹干和樹枝，裂紋尖端較銳利。斷口形貌。應力腐蝕的宏觀斷口多呈脆性斷裂，斷口的微觀形貌，穿晶型多為準解理斷裂，并常見河流，扇形，魚骨，羽毛等花樣；而沿晶型則多為冰糖塊狀花樣。6結論為使企業的設備、管線處于良好狀態，防止事故的發生，需要我們詳盡的了解H2、H2S等酸性成分對設備的腐蝕機理和現象。特別設備在使用過程中，對重點或腐蝕嚴重部位要重點監測，停車檢修時對設備的內外部都要進行詳細檢查，表面檢查的同時，更要對設備金屬內部的探傷檢查和硬度檢查。在設備正常生產管理及新建項目的設備選型時都要充分考慮H2、H2S等腐蝕介質對