湿硫化氢腐蚀类型及机理研
湿硫化氢腐蚀类型及机理研
杨智华（山东豪迈化工技术）引言随着原油消耗量的不断增加，从国外进口原油的数量也会不断增长，国外原油尤其是中东原油中硫含量会比较高。因此对设备的腐蚀也越来越严重。对设备腐蚀较严重的含硫化合物主要是硫化氢
（H2S）。H2S的腐蚀主要表现为湿H2S的腐蚀。若湿H2S 与酸性介质共存时，腐蚀速率会大幅提高。
1. 腐蚀分类在氢存在环境操作的设备中，由于氢的存在或氢与金属反应造成的材质失效主要有以下几大类:氢损伤、氢和湿硫化氢腐蚀、高温氢和硫化氢的腐蚀、不锈钢堆焊层的氢致剥离[1]。
1.1氢损伤
氢损伤是指金属中由于含有氢或金属中的某些成分与氢反应，从而使金属材料的力学性能发生改变的现象[1]。氢损伤导致金属或金属材料的韧性和塑性降低，易使材料开裂或脆断。电镀、酸洗、潮湿环境下的焊接、高温临氢环境(加氢反应、氮氢气合成氨的反应)、非高温临氢环境(含硫化氢和氰化物的溶液)均能引起不同性质的氢损伤。氢损伤的形式主要有氢脆、氢鼓泡、氢腐蚀、表面脱碳4种不同类型。
1.1.1氢脆氢脆发生在钢材中，当钢中氢的质量分数为0.1-10μg/g，并在拉应力与慢速应变时钢材表现出脆性上升，甚至
出现裂纹。在-100~100℃内极易发生氢脆[2]，随着温度升高，氢脆效应下降，当温度超过71-82℃时不太容易发生，所以实际氢脆损伤往往都是发生在装置开、停工过程的低温阶段。若将钢材中的氢释放出来，钢材机械性能仍可恢复，因此氢脆是可逆的。
1.1.2氢鼓泡氢鼓泡形成的两个主要条件:一是存在原子状态的氢;二是金属内部存在“空穴”。原子状态的氢来源于湿H2S 对石油管道钢材表面的腐蚀，而钢材内部的“空穴”则来源于钢材的冶金缺陷和制造缺陷。腐蚀过程中析出的氢原子向钢中扩散，在钢材的非金属夹杂物、分层和其他不连续处易聚集形成分子氢。由于氢分子较大，难以从钢的组织内部逸出，从而形成巨大内压导致其周围组织屈服，形成表面层下的平面孔穴结构造成氢鼓泡，其分布平行于钢板表面。氢鼓泡的产生无需外加应力，与材料中的夹杂物缺陷密切相关。
1.1.3 氢腐蚀氢腐蚀则是在高温(205-595℃)下发生的，主要是在高温下氢原子渗入钢内与碳化合成甲烷，引起钢材的内部脱碳，温度降低后也会使钢材表面发生鼓泡。
即:2H2+Fe3C----3Fe+CH4C+2H2-----CH4或C+4H----CH4生成甲烷的化学反应在晶界上进行，它在钢中的扩散能力很小，没有能力从钢材中扩散出去，在钢材缺陷部位聚集，在孔穴处生长且连接起来，形成局部高压，造成应力集中，导致微观孔隙发展，以至形成内部裂纹使钢材强度和延性显著
降低，最后导致材料破裂。氢腐蚀是非可逆的，是永久性脆化。Cr和Mo的质量分数分别高于2.25%和0.5%-1.0%的合金钢一般不会氢腐蚀，但可能出现表面脱碳。钢材的氢腐蚀不是突然发生的，要经过一段孕育期，在此期间内钢材的机械性能并无明显变化。孕育期的长短与钢材的化学成分、组织状态、操作温度、氢分压及冷变形程度有关。
1.2氢和湿硫化氢腐蚀氢和湿硫化氢对碳钢设备的腐蚀，随温度的升高而加剧，在温度80℃时腐蚀速率最高，在
110-120℃时腐蚀速率最低。另外，在开工后的最初几天腐蚀速率可达10 mm/a以上，随着时间的增长而迅速下降，到1500-2000 h后，其腐蚀速率趋于0.3 mm/a。其反应过程为:H2S-----H++HS-阳极反应
Fe----Fe2++2eFe2++HS----FeS+H+或Fe2++S2----FeS 阴极反应2H++2e---2H----H2硫化氢在水溶液中电离出氢离子，从钢材表面得到电子后还原成氢原子。氢原子之间有较大的亲和力，易结合形成氢分子排出。然而，介质中的硫化物等消弱这种亲和力，部分抑制了氢分子的形成，原子半径极小的氢原子很容易渗入钢材内部并溶入晶格中。固溶于晶格中的氢导致材料的脆化和氢损伤。湿H2S环境除了均匀腐蚀外，更重要的是引起一系列与钢材渗氢有关的腐蚀开裂。湿H2S环境中的开裂有氢鼓泡( HB )、氢致开裂(HIC )、硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)、应力导向氢致开裂(SOHIC) 4种形式。
氢鼓泡在氢损伤中已经叙述。氢致开裂是金属内部不同层面或邻近金属表面的氢鼓泡相互连接而形成的内部阶梯式开裂。
1.2.1 SSCC形式目前较多的说法是硫化氢在液相水中，由于电化学的作用，使溶液产生H+ , HS-, S2- ,氢原子能向碳钢表面渗透并扩散。同时由于HS-的存在促使氢原子浓度上升，加速了氢原子的扩散速度。渗入钢材的氢原子在亲和力作用下生成氢分子，使强度或硬度较高的钢材晶格变形，材料韧性降低，在钢材内部引起微裂纹(这种裂纹沿壁厚方向排列)。SSCC就是在拉应力或残余应力的作用下，钢材微裂纹的发展直至破裂的过程。大量的事故检查结果表明，SSCC经常发生在焊缝及其热影响区。这些部位因存在高强度、低韧性的显微组织，表现为具有高硬度。硬度值的大小与钢材的化学成份、力学性能、焊接工艺及焊后热处理工艺有关。因此，为了避免或降低SSCC，必须将焊缝及其热影响区的硬度控制在一限定值内。
1.2.2 SOHIC形式SOHIC是近10多年来被人们逐渐认识的，易发生在设备的高应力部位(例如存在残余应力和应力集中
的部位)。引发SONIC的原因有:(1) SSCC裂纹;(2)制造缺陷裂纹，(3)少数HIC裂纹(这些裂纹沿钢材壁厚方向排列)。在这些裂纹中，由于氢原子的大量聚集形成的氢分子压力，进而发展成SOHIC。SOHIC沿着预先存在的裂纹进一步扩展。
SOHIC往往伴随其他腐蚀形式出现，故危害性更大。尤其是SSCC和SOHIC的叠加效应可能造成灾难性事故。
1.3高温氢和硫化氢的腐蚀在高温氢和硫化氢共存条件下，当温度超过240℃时，对设备和管道的腐蚀要比硫化氢单独存在时对钢材产生的腐蚀还要剧烈和严重，其腐蚀速率一般随着温度的升高而增加。一般低铬钢已不宜在此环境中使用，影响高温氢和硫化氢腐蚀的因素有质量浓度、温度、时间、压力和合金成分。
硫化氢的体积分数在1%以下时，随着硫化氢体积分数的增加，腐蚀率急剧增大，但在高温低体积分数时(1%以下)，则又无腐蚀产生。这是因为硫化氢使铁变为硫化亚铁，而氢气又使硫化亚铁还原为铁，当氢气与硫化氢的比例达到一定比值时，二者达到热动力平衡，两种反应均不发生，即无腐蚀。当体积分数超过1%时，腐蚀速率无变化，此时腐蚀速率与硫化氢体积分数无关。
操作温度大于240℃时，腐蚀速率随温度的升高而逐渐增加，当温度在315 -480℃时，温度的高低是影响腐蚀的主要因素，此时温度每增加55℃，腐蚀率大约增加2倍。
随暴露时间的延长，硫化氢的腐蚀速率下降，这是因为硫化亚铁膜有保护作用。从试验数据可知暴露时间500h以下的腐蚀速率比短时腐蚀速率小2-10倍。
在高温氢和硫化氢腐蚀中，腐蚀速率只与硫化氢分压有关，
与操作总压关系不大。相同操作温度下硫化氢分压升高，腐蚀速率升高。
钢中的铬元素含量升高，腐蚀速率下降。当铬的质量分数大于12%时，抗蚀作用才显著。因此，反应器等关键设备的内表面都有不锈钢堆焊层或复合层。
1.4.奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离堆焊层氢致剥离的特征，从宏观上看，剥离的路径是沿着堆焊层和母材的界面扩展的，在不锈钢堆焊层与母材之间呈剥离状态，故称剥离现象;从微观上看，剥离裂纹发生的典型状态有沿着熔合线上所形成的碳化铬析出区和沿着长大的奥氏体晶界扩展的两大类。
1.4.1剥离现象产生的主要原因(1)由于制作反应器本体材料的Cr-Mo钢和堆焊层用的奥氏体不锈钢具有不同的氢溶解度和扩散速度，使堆焊层过渡区堆焊层侧氢的质量浓度很高，见图1。反应器器壁暴露在高温高压氢气中，有大量的氢渗入堆焊层及母材。例如，试件在400℃和17.65 MPa氢分压的条件下，不锈钢堆层属于面立方晶格，相当于γ相组织，氢的平均溶解量为30μg/g;母材属于体立方晶格，相当于a 相组织，氢的平均溶解量为4μg/g。当在空气中自然冷却到室温时，不锈钢堆焊层中氢的平均溶解量为10μg/g，母材中氢的平均溶解量为0.5μg/g。由于不锈钢的过饱和度为3，远远低于母材的过饱和度8，因而母材中的氢向堆焊层一侧
扩散，但堆焊层的氢扩散系数远远低于母材，特别在常温时不锈钢中氢向外扩散速度很慢，其结果是氢经过堆焊金属被母材稀释了的过渡层时，就聚集在那里，使该处的氢藏量比高温时还多，其计算值达250μg/g左右，使这部分氢藏量成为过饱和固溶氢而使境界层脆化，降低了境界层的结合力，因而沿境界产生剥离。(2)由于母材和堆焊层材料的线膨胀系数差别较大，在界面上存在着相当可观的残余应力。堆焊后经过处理，在堆焊层和母材的境界层处形成粗大的结晶，铬碳化合物在晶间析出，这就是融合层。堆焊层的焊接温度约为2000℃，热处理温度690℃，操作温400℃左右，由于堆焊层与母材之间的热膨胀系数不同，所以经过上述温度变化，在融合层上残余较大的应力无法消除。
(3)堆焊过程中，在过渡层上可能会形成沿融合层生长的粗大结晶。堆焊后母材的热影响区硬度高达HB500左右，必须经过热处理才能降到HB230，但焊后热处理对不锈钢堆焊层极为不利。焊后热处理温度升高到690℃以后，母材中的碳向含量较低的不锈钢堆焊层里扩散。而堆焊层中的铬，则向含铬量较低的母材中扩散这样在境界层上生成约50μm厚的粗大结晶，铬碳化物在晶间析出，形成融合层，而在融合层的靠近母材一侧出现黑层即马氏体。1.4.2 堆焊层的氢致剥离的特征(1)氢气压力和温度越高，越易于剥离，这与氢的吸藏量有关。因为氢的压力和温度越高，氢的吸藏量越多，冷
却后就越易剥离。(2)发生剥离的时间不是在反应过程中，而是发生在停工降温之后，且反应器冷却速度越快，越容易发生剥离。(3)剥离平行于境界层并沿着靠近境界层的粗大晶间发生。(4)在底层堆焊材料中，以Cr20-Ni10型的308的抗剥离性能最好。Cr18-Ni8Nb型的347次之，其次为Cr25-Ni13型的309。但是347型表面堆层抗连多硫酸腐蚀的性能好。而309型堆焊层的防止裂纹延伸性能好。双层堆焊层比单层堆焊层抗剥离性能好。（5）各种底层材料的抗剥离性能与焊接金属中所形成的微观组织有密切关系。即抗剥离性能最高的是奥氏体加铁素体加马氏体的混合组织，奥氏体加铁素体组织次之，奥氏体组织的抗剥离性能最差。
2. 可能引起硫化氢腐蚀的因素2.1 钢材的化学成分在湿硫化氢腐蚀环境中，选择设备的各受压元件的材料十分重要。这是设计者在了解设备的工作环境后所要考虑的首要问题。众所周知，钢材中影响硫化氢腐蚀的主要化学元素是锰和硫。锰元素在钢材的生产和设备的焊接过程中，产生出马氏体/贝氏体高强度、低韧性的显微金相组织，表现出极高的硬度，这对设备抗SSCC极为不利。硫元素则在钢材中形成MnS, FeS非金属夹杂物，致使局部显微组织疏松，在湿硫化氢环境下诱发HIC或SOHIC。2.2 介质中硫化氢的浓度和pH值对于含硫化氢的气体工作介质，当操作温度和操作压力可能使介质中的水分生成液相时，决定腐蚀程度的是硫化
氢分压，而不是硫化氢浓度。目前国内石油、化工行业将0.00035MPa(绝)作为控制值，当气体介质中硫化氢分压大于或等于这一控制值时，就应从设计、制造和使用诸方面采取措施，以尽量避免或减少碳钢设备的硫化氢腐蚀。2.3 制造缺陷在制造过程中，由于锻打、金加工、冷作、焊接等原因，在设备的表面留下了划痕、凹坑、裂纹等制造缺陷。当设备在湿硫化氢工作环境下运转时，这些缺陷极易引发SSCC和SO-HIC。大量硫化氢腐蚀破坏事例说明，开裂往往起源于设备接触介质的壁面缺陷处。有的设备投产仅三、四个月，就因泄漏而停产检修，给使用设备单位的生产造成极大的损失，这一点应引起注意。2.4结构设计结构设计的影响一般表现在SSCC方面。结构设计的不合理易引起该部位的应力集中产生局部拉应力，在含硫化氢介质作用下诱发SSCC。结构设计的影响主要有以下几种情况;(1)设备的同一受压元件形状或尺寸发生突变; (2)异种钢材的焊接。2.5操作压力波动和频繁开停工操作压力波动和频繁开停工的性质相当于
设备承受交变压力的作用。在这种工况下，接触含硫化氢介质的碳钢设备容易产生疲劳腐蚀。国外一些研究结果表明，操作压力的波动能加速应力腐蚀开裂。
结论1）在氢存在环境操作的设备中，材质失效主要有以下几大类:氢损伤、氢和湿硫化氢腐蚀、高温氢和硫化氢的腐蚀、不锈钢堆焊层的氢致剥离。2）钢材的化学成分、介质中硫
化氢的浓度、制造缺陷、结构设计、操作压力波动等因素都会影响硫化氢的应力腐蚀。
浅谈湿硫化氢对压力容器的腐蚀和检测
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/5f10698555.html, 浅谈湿硫化氢对压力容器的腐蚀和检测 作者：王军 来源：《科学与财富》2012年第07期 摘要：随着工业的发展，硫化氢是造成化工设备腐蚀最活跃的硫化合物，本文将湿硫化氢对压力容器的腐蚀与检测。 关键词：湿硫化氢；压力容器；腐蚀；检测 前言 近年来，在化工行业中处理含硫化氢介质的生产装置基本上采用碳钢设备，而且多数设备投用以后还可以正常运行，但也存在少数设备因湿硫化氢腐蚀而被损坏的情况，化工生产装置普遍存在湿硫化氢环境下18一8型不锈钢管线的泄露问题，部分装置还因H2S腐蚀破坏而被迫停产检修并造成严重损失。不仅对环境造成污染，同时还使整个系统被迫停产检修，使得经济造成重大损失，并且危及到个人和他人的生命安全。 一、湿硫化氢对压力容器的腐蚀表现 1、氢鼓泡现象。氢鼓泡 ( HB) 腐蚀过程中析出的氢原子向钢中扩散 , 在钢材的非金属夹杂物、分层和其他不连续处 , 易聚集形成分子氢 , 由于在钢的组织内部的氢分子很难逸出 , 从而形成强大内压导致其周围组织屈服 , 形成表面层下的平面孔穴结构称为氢鼓泡 , 其分布平行于钢板表面。这类发生与外加应力无关 ,但是与材料中的夹杂物等缺陷密切相关。如2000年9月某炼油厂一台回流罐投入使用规格为Φ2400mm×7304mm×12mm ，该设计压力为0.4MPa，设计温度为70℃,操作压力为0.43Mpa，操作温度为70℃。介质为硫化氢、酸性水，封头材质为20g钢。2008年9月开罐检验时发现在进气一侧封头内表面母材上有27处氢鼓包。鼓包直径10～32mm。最大高度为6mm，鼓包处有不规则的裂纹。 2、硫化氢应力腐蚀开裂。硫化氢应力腐蚀开裂 ( SSCC) 湿硫化氢环境中腐蚀产生的氢原子渗入钢的内部 , 固溶于晶格中已经使钢材的脆性增加 , 在外加拉应力或残余应力作用下形成的开裂 , 称为硫化物应力腐蚀开裂。SSCC 通常发生在焊缝或热影响区中高强度、低韧性显微组织存在的部位。这些部位表现为具有高硬度值。SSCC 与钢材的化学成分、力学性 能、显微组织、外加应力与残余应力之和以及焊接工艺等有密切关系。 3、氢诱导开裂。氢诱导开裂 ( HIC) 2 湿硫化氢环境中过程设备的腐蚀开裂过钢在湿硫化氢环境中的腐蚀反应过程: 硫化氢在水中发生分解: H2S H + + HS ↓ + 程 H +S 2- 钢在 H2S 的水溶液中发生电化学反应 : 阳极反应: Fe Fe 2 + + 2e FeS ↓ + Fe + HS FeS ↓+ H 阴极反应 :2H + + 2e 2H H2 ↑ ↓ 2H ( 渗透到钢材中) Fe 2+ 2+ +S 2- - 从以上反应过程可以看出 , 硫化氢在水溶液中
过程装备腐蚀与防护综述
过程装备腐蚀与防护综述班级：装控131班 学号：1304310125 姓名：杨哲 指导老师：黄福川
过程装备腐蚀与防护综述 装控131杨哲 1304310125 材料表面现代防护理论与技术 摘要：从材料表面防护技术与防护理论的角度，全面的介绍了材料表面防护技术与防护理论在人们的日常生活和国民经济发展中的重要性，并从金属材料有可能发生的腐蚀老化失效、摩擦磨损失效和疲劳断裂失效的理论基础，介绍了多种现代常见的材料表面防护新技术，如特种电沉积技术、热能改性表面技术、三束表面改性技术、气象沉积技术。金属表面转化膜技术等。同时，对于材料表面的涂、镀层界面结合理论，材料涂、镀层的防护理论，零部件表面防护涂、镀层设计等内容进行了专门的介绍。 关键词：材料表面；防护技术；腐蚀机理；防护理论；材料涂、镀层 Abstract: From the Angle of material surface protection technology and protection theory, comprehensive material surface protection technique is introduced and protection theory in People's Daily life and national economic development, the importance of and the possible corrosion of metal materials aging failure friction and wear and fatigue fracture failure of the theoretical foundation, introduced a variety of modern common material surface protection technology, such as special heat surface modification technology of electrodeposition three beam surface modification technology of meteorological deposition technology conversion film on the metal surface at the same time, such as interface for material surface coatings combined with theory, theory of protective materials, coatings, parts design content such as surface protective coatings specifically introduced Keywords: Material surface; Protection technology; Corrosion mechanism; Protective theory; Material coatings 前言 人们在日常的生活工作中不可避免的都要使用各种不同材料制成部件或产品，而使用这些部件或产品其目的是不同的，有的是为了工作，有的是为了日常生活。在使用这些不同材料制成的产品时，人们经常会发现，一些产品部件在不同的使用环境中，或者在环境条件发生变化时，表面很快会发生腐蚀、氧化、摩擦、磨损、老化等失效破坏现象，使产品的使用功能或使用价值受到影响，严重时甚至导致产品或部件的报废。因此，需要有针对性的对产品部件涂覆不同的防护膜层，以达到在不同使用环境中能够长期使用的目的。但是现代科学技术的进步和产品所处环境的复杂性，要求产品部件的屠夫膜层不再是简单的表面防护作用，而是需要具有多种功能，如耐高温、抗氧化、抗老化，满足光电磁等功能要求，甚至要求与产品部件的结构功能一体化。因此，对产品部件表面进行防护或表面处理，关系到产品应用部件的应用寿命和功能化。实际上，对产品部件涂覆功能性膜层是进一步发挥部件材料潜力的体现，也是现代社会提倡的节约原料资源、节约能源的一项重要措施。 设备和设施的绝大部分零件或构件都是由各种金属材料加工制作的，而多种金属材料在空气、水和各种介质中均会产生不同程度的腐蚀现象，致使零件失效，引发设备故障或事故，造成严重后果。所以，设备的腐蚀及其防护问题日益受到工程技术人员和科研人员的高度重视。
过程装备腐蚀与防护心得体会
学习《过程装备腐蚀与防护》心得腐蚀现象几乎涉及国民经济的一切领域。例如，各种机器、设备、桥梁在大气中因腐蚀而生锈；舰船、沿海的港口设施遭受海水和海洋微生物的腐蚀；埋在地下的输油、输气管线和地下电缆因土壤和细菌的腐蚀而发生穿孔；钢材在轧制过程因高温下与空气中的氧作用而产生大量的氧化皮；人工器官材料在血液、体液中的腐蚀；与各种酸、碱、盐等强腐蚀性介质接触的化工机器与设备，腐蚀问题尤为突出，特别是处于高温、高压、高流速工况下的机械设备，往往会引起材料迅速的腐蚀损坏。 目前工业用的材料，无论是金属材料或非金属材料，几乎没有一种材料是绝对不腐蚀的腐蚀造成的危害是十分惊人的。据估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁约占年产量的30%，每年生产的钢铁约10%完全成为废物。实际上，由于腐蚀引起工厂的停产、更新设备、产品和原料流失、能源的浪费等间接损失远比损耗的金属材料的价值大很多。各工业国家每年因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的1%~4%。 腐蚀不仅造成经济上的巨大损失，并且往往阻碍新技术、新工艺的发展。例如，硝酸工业在不锈钢问世以后才得以实现大规模的生产；合成尿素新工艺在上世纪初就已完成中间试验，但直到20世纪50年代由于解决了熔融尿素对钢材的腐蚀问题才实现了工业化生产。 通过学习我们可以从最开始的设计阶段就考虑腐蚀对工程的影响，用正确的方法控制腐蚀，这样既能节省资源，又能延长设备的使用寿命，提高了我们的效率。对我们来说，我们更要踏实的学习知识，如果缺乏对于温度的、压力、浓度等的影响腐蚀规律的分析判断能力，那么按照手册相近选定的材料，往往会造成设备的过早破坏。结构复杂的机器、设备，出于某种特定功能的需要，常常选用不同材料的组合结构，如果不注意材料之间的电化学特征的相容性，或两种材料的结构相对尺寸比例不恰当，热处理度不合理，都会加速设备的腐蚀。所以腐蚀贯穿整个设计过程，所以我们要掌握腐蚀的一些基本知识是十分必要的。 因此，研究材料腐蚀规律，弄清腐蚀发生的原因及采取有效的防腐措施，对于延长设备寿命、降低成本、提高劳动生产效率无疑具有十分重要的意义！
工艺设备中硫化氢腐蚀特性及选材案例分析
O ct. 2010 化肥设计 Chem ical Fertilizer Design 第48卷 第5期 2010年10月 工艺设备中硫化氢腐蚀特性及选材案例分析 熊同国, 孙 恺 (神华包头煤化工分公司, 内蒙古包头 014010) 摘 要: 介绍了硫化氢腐蚀机理; 着重分析了林德低温甲醇洗工艺中的甲醇洗涤塔等主要设备的硫化氢腐蚀特性;探讨了应对硫化氢腐蚀的设备选材策略; 提出了控制硫化氢腐蚀的工艺操作方案。 关键词: 硫化氢; 低温甲醇洗设备; 腐蚀; 材料; SSCC (硫化物应力腐蚀开裂); 分析 中图分类号: TQ 546. 5 文献标识码: A 文章编号: 1004- 8901( 2010) 05- 0042- 04 Concerning H 2S Corrosion F eature andMater ial Selection Strategy for Linde Low TemperatureMethanolWash XIONG Tong guo, SUN Kai (Shenhua B aotou Coa l Chem ica lE ng ineeringS ubcompany, Baotou InterM ongolia 014110 China ) Abstract : Author has in trodu ced the H 2S corrosion m ech an ism; hasm ain ly analyzed the H2S corros ion characteristic ofm ain equ ipment, su ch as,methano l scrubber etc. in L inde low tem peratu rem eth anolw ashp rocess; has d iscussed the strategy of equ ipmentm ateria l select ion facing H 2S corrosion; has presen ted the process operation scheme for control ling H 2S corrosion. Keyw ords: hydrogen sulphide (H 2S) ; low temp erature m ethanolw as equ ipm ent; corros ion; m ateria;l sscc( su lph ide stress corros ion crack) 1 硫化氢腐蚀机理 H 2S 的分子量为34. 08, 密度为1. 539mg /m 3 ,是一种无色、有臭鸡蛋味的、易燃、易爆、有毒和腐蚀性的酸性气体。H 2S 在水中的溶解度很大, 水溶液具有弱酸性。H 2S 在水的作用下电解, 电化学腐蚀过程如下。 H + 得到电子以成为氢原子, 易在合金钢中产生氢脆, 降低合金钢的强度, 同时氢原子易在金属材料有缺陷处产生聚集, 使材料内应力增大, 从而产生氢制裂纹。湿H2 S 环境中腐蚀产生的氢原子渗入钢的内部固溶于晶格中, 使钢的脆性增加, 在外加拉应力或残余应力作用下形成的开裂, 叫做硫化物应力腐蚀开裂。工程上有时也把受拉应力的钢及合金在湿H 2S 及其它硫化物腐蚀环境中产生的脆性开裂统称为SSCC(硫化物应力腐蚀开裂)。通常发生在中高强度钢中或焊缝及其热影响区等硬度较高的区域。 低温甲醇洗系统最易腐蚀的部位,往往是有酸性气通过的换热器处。腐蚀的出现, 主要是由于生成羰基铁, 特别是Fe(CO)5和含硫的羰基铁, 后者是生成Fe(CO)5过程中的中间产物。H 2S 的存在会明显地促进CO 与Fe 的反应。羰基铁的生成对生产十分不利, 一方面造成了设备的腐蚀, 缩
硫化氢腐蚀的机理及影响因素..
硫化氢腐蚀的机理及影响因素 作者：安全管理网来源：安全管理网 1. H2S腐蚀机理 自20世纪50年代以来，含有H2S气体的油气田中，钢在H2S介质中的腐蚀破坏现象即被看成开发过程中的重大安全隐患，各国学者为此进行了大量的研究工作。虽然现已普遍承认H2S不仅对钢材具有很强的腐蚀性，而且H2S本身还是一种很强的渗氢介质，H2S腐蚀破裂是由氢引起的；但是，关于H2S促进渗氢过程的机制，氢在钢中存在的状态、运行过程以及氢脆本质等至今看法仍不统一。关于这方面的文献资料虽然不少，但以假说推论占多，而真正的试验依据却仍显不足。 因此，在开发含H2S酸性油气田过程中，为了防止H2S腐蚀，了解H2S腐蚀的基本机理是非常必要的。 (1) 硫化氢电化学腐蚀过程 硫化氢(H2S)的相对分子质量为34.08，密度为1.539kg/m3。硫化氢在水中的溶解度随着温度升高而降低。在760mmHg，30℃时，硫化氢在水中的饱和浓度大约3580mg/L。 1
在油气工业中，含H2S溶液中钢材的各种腐蚀(包括硫化氢腐蚀、应力腐蚀开裂、氢致开裂)已引起了足够重视，并展开了众多的研究。其中包括Armstrong和Henderson对电极反应分两步进行的理论描述；Keddamt等提出的H2S04中铁溶解的反应模型；Bai和Conway对一种产物到另一种产物进行的还原反应机理进行了系统的研究。研究表明，阳极反应是铁作为离子铁进入溶液的，而阴极反应，特别是无氧环境中的阴极反应是源于H2S中的H+的还原反应。总的腐蚀速率随着pH的降低而增加，这归于金属表面硫化铁活性的不同而产生。Sardisco，Wright和Greco研究了30℃时H2S-C02-H20系统中碳钢的腐蚀，结果表明，在H2S分压低于0.1Pa时，金属表面会形成包括FeS2，FeS，Fe1-X S在内的具有保护性的硫化物膜。然而，当H2S分压介于0.1～4Pa时，会形成以Fe1-X S为主的包括FeS，FeS2在内的非保护性膜。此时，腐蚀速率随H2S浓度的增加而迅速增长，同时腐蚀速率也表现出随pH降低而上升的趋势。Sardisco和Pitts发现，在pH处于6.5～8.8时，表面只形成了非保护性的Fe1-X S；当pH处于4～6.3时，观察到有FeS2，FeS，Fe1-X S形成。而FeS保护膜形成之前，首先是形成Fe S1-X；因此，即使在低H2S浓度下，当pH在3～5时，在铁刚浸入溶液的初期，H2S也只起加速腐蚀的作用，而非抑制作用。只有在电极浸入溶液足够长的时间后，随着FeS1-X逐渐转变为FeS2和FeS，抑制腐蚀的效果才表现出来。根据Hausler等人的研究结果，尽管界面反应的重 2
过程装备腐蚀与防护考点内容
主要试题题型：一、简答题（约30分）二、填空题（约20分） 三、选择题（约10分）四、腐蚀事例分析（3- 4小题，共40分） 第一章 腐蚀电化学基础 1、金属与溶液的界面特性——双电层 金属浸入电解质溶液内，其表面的原子与溶液中的极性水分子、电解质离子、氧等相互作用，使界面的金属和溶液侧分别形成带有异性电荷的双电层。 2.电极电位 电极电位：电极反应使电极和溶液界面上建立的双电层电位跃。 3.金属电化学腐蚀的热力学条件 (1). 金属溶解的氧化反应若进行，则金属的实际电位必更正于金属的平衡电极电位。E>Ee,M (2)去极化反应若进行，则有金属电极电位必更负于去极剂的氧化还原反应电位。E 1. 选用抗硫化氢材料 抗硫化氢材料主要是指对硫化氢应力腐蚀开裂和氢损伤有一定抗力或对这种开裂不敏感的材料。同时采用低硬度（强度）和完全淬火＋回火处理工艺对材料抗硫化氢腐蚀是有利的。 美国国家腐蚀工程师学会(NACE)标准MR－01－75(1980年修订)中规定：含硫化氢环境中使用的钻杆、钻杆接头、钻铤和其它管材的最大硬度不许高于HRC22；钻杆接头与钻杆的焊接及热影响区应进行淬火＋595℃以上温度的回火处理；对于最小屈服强度大于655MPa的钢材应进行淬火＋回火处理，以获得抗硫化物应力腐蚀开裂的最佳能力 抗H2S腐蚀钢材的基本要求: ⑴成分设计合理：材料的抗H2S应力断裂性能主要与材料的晶界强度有关，因此常常加入Cr、Mo、Nb、Ti、Cu等合金元素细化原始奥氏体晶粒度。超细晶粒原始奥氏体经淬火后，形成超细晶粒铁素体和分布良好的超细碳化物组织，是开发抗硫化物应力腐蚀的高强度钢最有效的途径。 ⑵采用有害元素(包括氢, 氧, 氮等)含量很低纯净钢； ⑶良好的淬透性和均匀细小的回火组织，硬度波动尽可能小； ⑷回火稳定性好，回火温度高(＞600℃)； ⑸良好的韧性； ⑹消除残余拉应力。 2.添加缓蚀剂 实践证明合理添加缓蚀剂是防止含H2S酸性油气对碳钢和低合金钢设施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H2S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，也包括含硫、磷的化合物。如四川石油管理局天然气研究所研制的CT2－l和CT2－4油气井缓蚀剂及CT2—2输送管道缓蚀剂，在四川及其他含硫化氢油气田上应用均取得良好的效果。 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，维持pH值在9～11之间，这样不仅可有效预防硫化氢腐蚀，又可同时提高钢材疲劳寿命。 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，保护内层不被腐蚀。 5. 保护器保护 将被保护的金属如铁作阴极，较活泼的金属如Zn作牺牲性阳极。阳极腐蚀后定期更换。 6. 阴极保护 外加电源组成一个电解池，将被保护金属作阴极，废金属作阳极。 硫化氢腐蚀的影响因素 1.材料因素 在油气田开发过程中钻柱可能发生的腐蚀类型中，以硫化氢腐蚀时材料因素的影响作用最为显著，材料因素中影响钢材抗硫化氢应力腐蚀性能的主要有材料的显微组织、强度、硬度以及合金元素等等。 ⑴显微组织 对应力腐蚀开裂敏感性按下述顺序升高: 铁素体中球状碳化物组织→完全淬火和回火组织→正火和回火组织→正火后组织→淬火后未回火的马氏体组织。 注：马氏体对硫化氢应力腐蚀开裂和氢致开裂非常敏感，但在其含量较少时，敏感性相对较小，随着含量的增多，敏感性增大。 (2) 强度和硬度 随屈服强度的升高，临界应力和屈服强度的比值下降，即应力腐蚀敏感性增加。 材料硬度的提高，对硫化物应力腐蚀的敏感性提高。材料的断裂大多出现在硬度大于HRC22（相当于HB200）的情况下，因此，通常HRC22可作为判断钻柱材料是否适合于含硫油气井钻探的标准。 硫化氢和含硫气体腐蚀金属的原因 干燥的H2S对金属材料无腐蚀破坏作用,H2S只有溶解在水中才具有腐蚀性. 1. 湿硫化氢环境的定义 (1)国际上湿硫化氢环境的定义 美国腐蚀工程师协会(NACE)的MR0175-97"油田设备抗硫化物应力开裂金属材料"标准: ⑴酸性气体系统:气体总压≥0.4MPa,并且H2S分压≥0.0003MPa; ⑵酸性多相系统:当处理的原油中有两相或三相介质(油,水,气)时,条件可放宽为:气相总压≥ 1.8MPa且H2S分压≥0.0003MPa;当气相压力≤1.8MPa且H2S分压≥0.07MPa;或气相H2S 含量超过15%. 四,硫化氢腐蚀机理 (2)国内湿硫化氢环境的定义 "在同时存在水和硫化氢的环境中,当硫化氢分压大于或等于0.00035 MPa时,或在同时存在水和硫化氢的液化石油气中,当液相的硫化氢含量大于或等于10×10-6时,则称为湿硫化氢环境". (3) 硫化氢的电离 在湿硫化氢环境中,硫化氢会发生电离,使 水具有酸性,硫化氢在水中的离解反应式为: H2S = H+ + HS- (1) HS- = H+ + S2- (2) 2.硫化氢电化学腐蚀过程 阳极: Fe - 2e →Fe2+ 阴极: 2H+ + 2e →Had + Had →2H →H2↑ ↓ [H]→钢中扩散 其中:Had - 钢表面吸附的氢原子 [H] - 钢中的扩散氢 阳极反应产物: Fe2+ + S2- →FeS ↓ 注: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,且电位较正,因而作为阴极与钢铁基体构成一个活性的微电池,对钢基体继续进行腐蚀. 硫化氢电化学腐蚀过程 阳极: Fe - 2e →Fe2+ 阴极: 2H+ + 2e →Had + Had →2H →H2↑ ↓ [H]→钢中扩散 其中:Had - 钢表面吸附的氢原子 [H] - 钢中的扩散氢 阳极反应产物: Fe2+ + S2- →FeS ↓ 五,硫化氢引起氢损伤的腐蚀类型 反应产物氢一般认为有两种去向,一是氢原子之间有较大的亲和力,易相互结合形成氢分子排出;另一个去向就是由于原子半径极小的氢原子获得足够的能量后变成扩散氢[H]而渗入钢的内部并溶入晶格中,溶于晶格中的氢有很强的游离性,在一定条件下将导致材料的脆化(氢脆)和氢损伤.. 1. 氢压理论:与形成氢致鼓泡原因一样,在夹杂物,晶界等处形成的氢气团可产生一个很大的 H2S腐蚀研究进展 摘要 近年来我国发现的气田均含有硫化氢、二氧化碳等腐蚀性气体，特别是我们盆地，含硫化氢天然气分布最广泛。众所周知，硫化氢腐蚀是井下油套管的主要腐蚀类型之一。本文简述了硫化氢的物性，研究了硫化氢腐蚀的机理和影响因素，并在此基础上介绍了采用缓蚀剂、涂镀层管材、根据国际标准合理选材、电化学保护等几种国外常用的防腐措施，并指出了各种方法的优缺点，最后还探讨了硫化氢油气田腐蚀研究的热点问题及发展方向。 关键词：硫化氢腐蚀，腐蚀机理，防腐技术 ABSTRACT In recent years, the gas fields found in our country contain hydrogen sulfide, carbon dioxide and other corrosive gases, especially in the Sichuan basin, with the most extensive distribution of hydrogen sulfide gas. It is well known that the hydrogen sulfide corrosion is one of the main corrosion types of the oil casing in the well. Properties of hydrogen sulfide is described in this paper to study the hydrogen sulfide corrosion mechanism and influencing factors, and on this basis, introduces the corrosion inhibitor, coating tubing, according to international standard and reasonable material and electrochemical protection at home and abroad, several commonly used anti-corrosion measures, and points out the advantages and disadvantages of each method, and finally discusses the hot issues and development direction of the research on oil and gas fields of hydrogen sulfide corrosion by. Key word s：hydrogen sulfide corrosion, corrosion mechanism, corrosion 硫化氢腐蚀与防护相关知识 1. 硫化氢腐蚀的预防措施 1.1. 选用抗硫化氢材料 抗硫化氢材料主要是指对硫化氢应力腐蚀开裂和氢损伤有一定抗力或对这种开裂不敏感的材料。同时采用低硬度(强度)和“完全淬火+回火”处理工艺对材料抗硫化氢腐蚀是有利的。 美国国家腐蚀工程师学会(NACE)标准MR－01－75(1980年修订)中规定：含硫化氢环境中使用的钻杆、钻杆接头、钻铤和其它管材的最大硬度不许高于HRC22；钻杆接头与钻杆的焊接及热影响区应进行“淬火+595℃以上温度的回火”处理；对于最小屈服强度大于655MPa的钢材应进行“淬火+回火”处理，以获得抗硫化物应力腐蚀开裂的最佳能力。 1.2. 抗H2S腐蚀钢材的基本要求 ⑴成分设计合理：材料的抗H2S应力断裂性能主要与材料的晶界强度有关，因此常常加入Cr、Mo、Nb、Ti、Cu等合金元素细化原始奥氏体晶粒度。超细晶粒原始奥氏体经淬火后，形成超细晶粒铁素体和分布良好的超细碳化物组织，是开发抗硫化物应力腐蚀的高强度钢最有效的途径。 ⑵采用有害元素(包括氢，氧，氮等)含量很低纯净钢； ⑶良好的淬透性和均匀细小的回火组织，硬度波动尽可能小； ⑷回火稳定性好，回火温度高(＞600℃)； ⑸良好的韧性； ⑹消除残余拉应力。 1.3. 添加缓蚀剂 实践证明合理添加缓蚀剂是防止含H2S酸性油气对碳钢和低合金钢设施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H2S酸性环境中的缓蚀剂，通常为含氧的有机缓蚀剂(成膜型缓 硫化氢（H2S）的特性及来源 1.硫化氢的特性 硫化氢的分子量为34.08，密度为1.539mg/m3。而且是一种无色、有臭鸡蛋味的、易燃、易爆、有毒和腐蚀性的酸性气体。 H2S在水中的溶解度很大，水溶液具有弱酸性，如在1大气压下，30℃水溶液中H2S饱和浓度大约是300mg/L，溶液的pH值约是4。 H2S不仅对人体的健康和生命安全有很大的危害性，而且它对钢材也具有强烈的腐蚀性，对石油、石化工业装备的安全运转存在很大的潜在危险。 2.石油工业中的来源 油气中硫化氢的来源除了来自地层以外，滋长的硫酸盐还原菌转化地层中和化学添加剂中的硫酸盐时，也会释放出硫化氢。。 3.石化工业中的来源 石油加工过程中的硫化氢主要来源于含硫原油中的有机硫化物如硫醇和硫醚等，这些有机硫化物在原油加工过程进行中受热会转化分解出相应的硫化氢。 干燥的H2S对金属材料无腐蚀破坏作用，H2S只有溶解在水中才具有腐蚀性。 硫化氢腐蚀机理 1.湿硫化氢环境的定义 (1)国际上湿硫化氢环境的定义 美国腐蚀工程师协会（NACE）的MR0175-97“油田设备抗硫化物应力开裂金属材料”标准: ⑴ 酸性气体系统：气体总压≥0.4MPa，并且H2S分压≥ 0.0003MPa； ⑵ 酸性多相系统：当处理的原油中有两相或三相介质（油、水、气）时，条件可放宽为：气相总压≥1.8MPa且H2S分压≥0.0003MPa；当气相压力≤1.8MPa且H2S分压≥0.07MPa；或气相H2S含量超过15%。(2)国内湿硫化氢环境的定义 “在同时存在水和硫化氢的环境中，当硫化氢分压大于或等于0.00035 MPa时，或在同时存在水和硫化氢的液化石油气中，当液相的硫化氢含量大于或等于10×10-6时，则称为湿硫化氢环境”。 (3)硫化氢的电离 在湿硫化氢环境中，硫化氢会发生电离，使水具有酸性，硫化氢在水中的离解反应式为： 硫磺回收装置管道的腐蚀与防护 摘要:论述了硫磺回收装置的反应过程，分析了硫磺回收装置管道腐蚀生成的原因与部位，腐蚀的类型，提出了防护的措施与手段。并简要对比了青岛和大连两套硫磺回收装置的管道选材。 关键词:硫磺回收 管道 腐蚀 一、概述 近年来,随着国家对环境保护的重视,以及加工进口高含酸原油，硫磺 回收装置越来越多，且规模趋于大型化。我公司设计的有大连27万吨/年，天津20万吨/年，青岛22万吨/年硫磺回收装置。深入研究硫磺装置腐蚀机理，搞好管道选材，节约投资费用，保证装置长周期安全运行具有重要的意义。 硫磺回收装置的工艺包主要有Tecnip 工艺和Luigi 工艺。都是采用Clause 部分燃烧法工艺，其原则工艺流程如图1所示。 2级硫3级硫酸性气分液罐酸性气燃烧炉1级硫冷吸 收 自装置外来的酸性气经过酸性气分液罐后进入焚烧炉燃烧产生过程气，过程气经过三级冷凝两级反应后进入尾气加热炉，温度加热到2930 进入加氢反应器，过程气在催化剂作用下进一步反应后经尾气废热锅炉减温后进入急冷塔将温度降至390后进入尾气焚烧炉焚烧后排入烟囱。硫磺装置共在三个地方发生了化学反应 1.自装置外来的酸性气在燃烧炉，与空气按一定比例混合燃烧，反应方 程如下： H2S+1/2O2→H20+1/2S H2S+3/2O2→H20+SO2 2H2S+CO2→2H20+CS2 因此从燃烧炉出来的过程气主要成份是SO2和未燃烧完的H2S。 2.过程气在反应器里在催化剂作用下进一步反应 2H2S+SO2→3S+2H20 CS2+2H20→ CO2+2H2S 因此从Clause出来的过程气主要成份是的CO2和H2S。 3.在加氢反应器，过程气中的SO2在2800~3300和H2混合，在催化剂作 用下发生放热反应生成H2S。 SO2+H2→H2S +2H20 二、腐蚀原因及防护措施 从以上的反应过程及其反应产物可以看出,硫磺回收装置中含有H2S、SO2、CS2、COS、水蒸汽和硫蒸气等，这些气体对管道产生不同程度的腐蚀。根据腐蚀机理的不同，硫磺回收装置管道的腐蚀主要有低温硫化氢腐蚀、露点腐蚀、高温硫腐蚀及电化学腐蚀。 1. 低温湿硫化氢腐蚀 过程装备腐蚀与防护学习心得 经过一学期的学习，以及老师的精心讲解，我对过程装备腐蚀与防护这门课程有了更深的认识。现在就本人的学习心得与对课本的认识作如下讲述：腐蚀现象几乎涉及国民经济的一切领域。例如，各种机器、设备、桥梁在大气中因腐蚀而生锈；舰船、沿海的港口设施遭受海水和海洋微生物的腐蚀；埋在地下的输油、输气管线和地下电缆因土壤和细菌的腐蚀而发生穿孔；钢材在轧制过程因高温下与空气中的氧作用而产生大量的氧化皮；人工器官材料在血液、体液中的腐蚀；与各种酸、碱、盐等强腐蚀性介质接触的化工机器与设备，腐蚀问题尤为突出，特别是处于高温、高压、高流速工况下的机械设备，往往会引起材料迅速的腐蚀损坏。 目前工业用的材料，无论是金属材料或非金属材料，几乎没有一种材料是绝对不腐蚀的。因此，研究材料的腐蚀规律，弄清腐蚀发生的原因及采取有效的防止腐蚀的措施。对于延长设备寿命、降低成本、提高劳动生产率无疑具有十分重要的意义。 比如说管道吧，管道腐蚀产生的原因： 1.外界条件 ①管道周围介质的腐蚀性介质的腐蚀性强弱与土壤的性质及其微生物密切相关，然而对于长输管道涉及的土壤性质比较复杂，准确评定其腐蚀性非常困难。②) 周围介质的物理性状的影响：主要包括地下水的变化、土壤是否有水分交替变化等情况，以及是否有芦苇类的根系影响等。 ③) 温度的影响：包括环境温度和管道运行期间产生的温度。温度的升高，腐蚀的速度会大大加快。温度的高低与管路敷设深度有直接的关系，同时更受地域差别的影响。 ④) 施工因素的影响：包括材料的把关、操作人员的责任心、质量意识等。施工时是否考虑了环境与施工因素的有机结合，根据不同的情况采取不同的措施等。采用盐酸等处理金属管道内壁结垢时可加速管道内壁的腐蚀速度，杂散电流可对管道产生电解腐蚀。 ⑤油气本身含有氧化性物质：如含水，及H S 、 C O 等酸性气体可造成类似原电池的电化学反应和破坏金属晶格的化学反应，可造成管道内壁的腐蚀。 2. 防腐措施的问题防腐层失效是地下管道腐蚀的主要原因，轻度失效可增大阴极保护电流弥补防腐作用；特殊的失效，如因防腐层剥离引起的阴极保护电流屏蔽及防腐层的破坏，管道就会产生严重的腐蚀。腐蚀发生的原因是防腐层的完整性遭到破坏，主要产生于防腐层与管道剥离或是防腐层破裂、穿孔和变形。 ①) 防腐层剥离，即防腐层与管道表面脱离形成空问。如果剥离的防腐层没有破口，空间没有进水一般不产生腐蚀。若有破口，腐蚀性介质进入就可能出现保护电流不能达到的区域，形成阴极保护屏蔽现象。在局部形成电位梯度，管道就会因此产生腐蚀。管道内壁有足够大的拉应力，拉应力与腐蚀同时作用，可产 1.腐蚀的分类：按照腐蚀机理可以将金属腐蚀分为化学腐蚀和电化 学腐蚀；按照金属的破坏的特征分为全面腐蚀和局部腐蚀，局部腐蚀包括应力腐蚀破裂、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、小孔腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀；按照腐蚀环境可以将金属腐蚀分为大气腐蚀、土壤腐蚀、电解质溶液腐蚀、熔融盐中的腐蚀、高温气体腐蚀。 2.氧化剂直接与金属表面原子碰撞，化合而形成腐蚀产物，这种腐 蚀历程所引起的金属破坏称为化学腐蚀。 3.通过失去电子的氧化过程和得到电子的还原过程，相对独立而又 同时完成的腐蚀历程，称为电化学腐蚀。 4.当参加电极反应的物质处于标准状态下，即溶液中该种物质的离 子活度为1、温度为298K、气体分压为101325Pa时，电极的平衡电极电位称为电极的标准电极电位，用E0表示。 5.腐蚀电池工作历程：(1)阳极溶解过程；(2)阴极去极化过程；(3) 电荷传递过程。 6.极化的类型：电化学极化；浓差极化；膜阻极化。 7.极化的大小可以用极化值来表示，极化值是一个电极在一定大小 的有外加电流时的电极电位与外加电流为零时的电极电位的差值，反映电极过程的难易程度，极化值越小，反应越容易进行。通常称外加电流为零时的电极电位为静止电位，可以是平衡电位，也可以是非平衡电位。 8.腐蚀电池工作时，由于极化作用使由于极化作用是阴极电位降低 或阳极电位升高，其偏离平衡电位的差值，称为超电压或过电位。9.把构成腐蚀电池的阴极和阳极的极化曲线绘在同一个E-I坐标上， 得到的图线称为腐蚀极化图，简称极化图。 10.凡是能够减弱或消除极化过程的作用称为去极化作用。 11.金属表面从活性溶解状态变成非常耐蚀的状态的突变现象称为钝 化，钝化分为化学钝化和电化学钝化。 12.金属钝化的应用：阴极保护技术；化学钝化提高金属耐腐蚀性； 添加易钝化合金元素，提高合金耐腐蚀性；添加活性阴极元素提高可钝化金属合金或合金的耐腐蚀性。 13.应力腐蚀产生的条件：有敏感材料、特定环境和拉应力三个基本 条件，三者缺一不可。 14.应力腐蚀破裂历程：孕育期、裂纹扩展期、快速断裂期。 15.由于腐蚀介质和变动负荷联合作用而引起金属的断裂破坏，称为 腐蚀疲劳。 16.氢脆是氢损伤中的一种最主要的破坏形式，对材料的塑形和韧性 影响较大。 湿硫化氢环境腐蚀与防护 第一章总则 1.1 为规湿硫化氢环境腐蚀与防护工作，防止发生安全事故，依据国家有关法规、标准，制定本指导意见。 1.2石油化工装置在湿硫化氢环境（含有气相或溶解在液相水中，不论是否有氢气存在的酸性工艺环境）使用的静设备，为抵抗硫化物应力腐蚀开裂（SSC）、氢诱导开裂（HIC）和应力导向氢诱导开裂（SOHIC），在设计、材料、试验、制造、检验等方面的要求。生产、技术、设计、工程、检修、科研等部门应积极参与和配合设备管理部门做好相关工作。 1.3对处于湿硫化氢腐蚀环境中的设备抗 SSC、HIC/SWC 和 SOHIC 损伤的最低要求，其中包括碳钢和低合金钢，以及碳钢及低合金钢加不锈钢的复合钢板制造的设备。但不包括采用在金属表面（接触介质侧）增加涂层（如喷铝等）防止基体材料腐蚀开裂的设备。 1.4凡处于湿硫化氢环境中的设备在材料选择、设备制造与检验均应满足本标准的要求，否则可能导致设备 SSC、HIC/SWC 和 SOHIC 的破坏。 1.5不包括湿硫化氢引起的电化学失重腐蚀和其他类型的开裂。 1.7 湿硫化氢腐蚀环境的定义与分类： 1.7.1 介质在液相中存在游离水，且具备下列条件之一时称为湿硫 化氢腐蚀环境： （1）在液相水中总硫化物含量大于 50ppmw；或 （2）液相水中 PH 小于 4 且总硫化物含量大于等于 1ppmw；或（3）液相水中 PH 大于 7.6 及氢氰酸（HCN）大于等于 20ppmw，且总 硫化物含量大于等于 1ppmw；或 （4）气相中含有硫化氢分压大于 0.0003MPa（0.05psia）。 1.7.2 根据湿硫化氢腐蚀环境引起碳钢和低合金钢材料开裂的严重 程度以及对设备安全性影响的大小，把湿硫化氢腐蚀环境分为 2 类，在第 I 类环境中主要关注 SSC，而在第Ⅱ类环境中，除关注 SSC 外，还要关注 HIC 和 SOHIC 等损伤。具体划分类别如下： 第 I 类环境 （1）操作介质温度≤ 120℃； （2）游离水中硫化氢含量大于 50ppmw；或 （3）游离水的 PH ＜ 4，且含有少量的硫化氢；或 （4）气相中硫化氢分压大于 0.0003MPa（绝压）；或 （5）游离水中含有少量硫化氢，溶解的 HCN 小于 20ppmw，且 PH ＞7.6。 硫化氢腐蚀的影响因素 1.材料因素 在油气田开发过程中钻柱可能发生的腐蚀类型中，以硫化氢腐蚀时材料因素的影响作用最为显着，材料因素中影响钢材抗硫化氢应力腐蚀性能的主要有材料的显微组织、强度、硬度以及合金元素等等。 ⑴ 显微组织 对应力腐蚀开裂敏感性按下述顺序升高: 铁素体中球状碳化物组织→完全淬火和回火组织→正火和回火组织→正火后组织→淬火后未回火的马氏体组织。 注：马氏体对硫化氢应力腐蚀开裂和氢致开裂非常敏感，但在其含量较少时，敏感性相对较小，随着含量的增多，敏感性增大。 (2) 强度和硬度 随屈服强度的升高，临界应力和屈服强度的比值下降，即应力腐蚀敏感性增加。 材料硬度的提高，对硫化物应力腐蚀的敏感性提高。材料的断裂大多出现在硬度大于HRC22（相当于HB200）的情况下，因此，通常HRC22可作为判断钻柱材料是否适合于含硫油气井钻探的标准。 油气开采及加工工业对不昂贵的、可焊性好的钢材的需要，基本上决定了研究的工作方向就是优先研制抗硫化物腐蚀开裂的低合金高强度钢。 ⑶ 合金元素及热处理 有害元素：Ni、Mn、S、P; 有利元素：Cr、Ti 碳（C）：增加钢中碳的含量，会提高钢在硫化物中的应力腐蚀破裂的敏感性。 镍（Ni）：提高低合金钢的镍含量，会降低它在含硫化氢溶液中对应力腐蚀开裂的抵抗力。原因是镍含量的增加，可能形成马氏体相。所以镍在钢中的含量，即使其硬度HRC＜22时, 也不应该超过1％。含镍钢之所以有较大的应力腐蚀开裂倾向，是因为镍对阴极过程的进行有较大的影响。在含镍钢中可以观察到最低的阴极过电位，其结果是钢对氢的吸留作用加强,导致金属应力腐蚀开裂的倾向性提高。 铬(Cr)：一般认为在含硫化氢溶液中使用的钢，含铬％～13％是完全可行的，因为它们在热处理后可得到稳定的组织。不论铬含量如何，被试验钢的稳定性未发现有差异。也有的文献作者认为，含铬量高时是有利的，认为铬的存在使钢容易钝化。但应当指出的是，这种效果只有在铬的含量大于11％时才能出现。 钼(Mo)：钼含量≤3％时，对钢在硫化氢介质中的承载能力的影响不大。 班级：学号：姓名： 石化设备中换热器的防腐蚀技术 摘要：从实用角度出发，介绍了表面处理、涂装技术、涂覆技术、防腐涂层、防腐设计与施工原则、设备防腐结构的设计、防腐管理、金属材料在石化领域的应用。换热器是指将冷、热流体的部分热量互相传递给流体的设备,又称热交换器。管式换热器由于技术成熟、维修方便，因而在石油化工、钢铁、食品、电厂、纺织、化纤、制药等各行各业中应用广泛，由于其应用的普遍性，因而出现问题的概率也越来越广泛，腐蚀问题是相当严重。本文主要从炼化设备中的换热器腐蚀根源入手分析,提出了有机涂层、采用缓蚀剂,电化学保护等腐蚀防护措施，提高换热器的利用率及寿命。 关键词：石化设备；防腐蚀；换热器；防护；措施；有机涂层；缓蚀剂；电化学保护 Abstract:The heat exchanger is refers to the cold part of the heat of the thermal fluid which is passed to each other fluid devices, also known as heat exchanger.Tube heat exchanger mature technology,easy maintenance, and thus is widely used in the petrochemical, iron and steel, food, power plants, textile, chemical fiber and other industries.Because of the universality of its application, as a result, more and more extensive corrosion problem is very serious.Article from the heat exchanger in the refining equipment corrosion at source analysis, organic coating, corrosion inhibitors, electrochemical protection corrosion protection measures, to improve the utilization and life of the heat exchanger. Keywords:Static equipment; heat exchanger; corrosion; protection; measures; organic coating; inhibitor; electrochemical protection 前言 腐蚀科学与保护技术的研究与发展，消除在苛刻的强化操作条件下设备腐蚀引发的恶性事故的隐患，将直接影响到国民经济与国防建设的安全保障和经济效益，因此，具有极其重要的意义。我国是一个发展大国，经济迅速发展，腐蚀问题显得非常突出，每一个石油化工企业每年的大修、更新、维修费用的80%以上，用于因腐蚀而报废的设备、管道及金属结构更新维护上，腐蚀造成的损失时非常可观的。而且腐蚀易引发突发的恶性破坏事故，不仅会带来巨大的经济损失，而且往往会引发燃烧、爆炸、人身伤亡和灾难性的环境污染等灾祸，造成严重的社会后果。这种腐蚀破坏，必须尽力设法避免。因为消除腐蚀是不可能的，成功的方法就是控制腐蚀，或者说成是防止腐蚀。因此，控制腐蚀问题一直引起人们的高度重视。 化工装置的设备腐蚀大多数是由于具有腐蚀性的化工原料、使用的催化剂、硫化氢腐蚀与防护
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