轻烃压力容器腐蚀的原因分析及防范措施

前言（1）

　　腐蚀是我们生活中常见的一种现象，由于化学和电化学作用引起的材料损坏，就称为腐蚀。腐蚀可分为均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀和疲劳腐蚀等。压力容器的腐蚀轻者会造成容器泄漏，能源流失，污染环境，危害职工的身体健康，重者会造成容器破裂、爆炸着火等重大事故，严重危害着职工群众的生命财产安全。而轻烃压力容器的腐蚀既有与其它石油化工容器相同的特点，又有其自身的特点。由于在轻烃处理装置中原料为含有H2S、CO2等多种混合介质的天然气，而其产品又以C3—C5组分为主，因而在轻烃处理过程中，存在着腐蚀介质多，介质流动性、扩散性大，高温、深冷的特点，因而在研究轻烃压力容器的腐蚀过程中，应考虑其自身的特点。
 
原因（2）

　　轻烃压力容器腐蚀的主要原因有：化学腐蚀、电化学腐蚀、应力腐蚀等。

　　1 化学腐蚀

　　化学腐蚀是指所处理的介质以及介质在高温下生成的物质与钢铁发生化学反应而产生的腐蚀。轻烃处理装置中产生的化学腐蚀主要是在其所使用的原料气中含有H2S，在高温下H2S可以分解为H2和单质S，即

　　

　　而S又可以和Fe反应，生成FeS，沉积在容器底部

　　

　　由于金属容器与S的反应，因而这种化学腐蚀是非常危险的，同时在高温过程中，由于有H2产生，也容易对容器产生氢脆腐蚀。

　　2 电化学腐蚀

　　不纯的金属（或合金）接触到电解质溶液，比较活泼的金属原子失去电子而被氧化所引起的腐蚀，这种腐蚀叫电化学腐蚀。在含水的环境里，由于水是弱电解质，它能电离出少量的H+和OH-，同时由于天然气介质中硫化物和CO2的溶解产生下列反应：

　　

　　结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好构成了原电池。因而，这些钢铁制品的表面就形成了无数徽小的原电池（如图1、图2所示）

　　

　　图1 钢铁表面形成的徽小原电池示意图

　　

　　图2 钢铁的电化学腐蚀示意图

　　在原电池里，铁是负极，碳是正极。这时作为负极的铁就失去电子而被氧化：

　　Fe—2e=Fe2+

　　而轻烃压力容器由于在介质处理过程中常伴有高压和高温的特点，并且因天然气中含有水分、H2S、CO2等，而水又极易积聚在容器底部，与容器中所含有的酸性介质形成酸性水溶液，使钢材产生剧烈的电化学腐蚀。电化学腐蚀和冲刷是造成设备大面积均匀腐蚀的主要原因。

　　3 高温腐蚀

　　高温对轻烃压力容器造成腐蚀主要有以下几个方面：

　　（1）高温容易使介质粘度小，渗透性大，容易泄漏 ，且高温介质对垫圈和密封面有腐蚀作用；

　　（2）在高温下，螺栓、法兰、垫圈都会产生蠕变和应力松弛；

　　（3）由于温度作用，与容器连接的螺栓和垫圈之间存在着温差，当螺栓的温度较法兰为高时，在介质升压的情况下，法兰将被抬起，密封面比压下降，可能造成腐蚀泄漏；

　　（4）由于温差的存在，垫圈的膨胀势必不均匀。在温度和压力的联合作用下，并有反复变化时，密封面可能产生“滑移”甚至疲劳，致使密封面完全失去效用。

措施（3）

　　针对轻烃压力容器腐蚀的特点，其主要的防腐措施包括：选择合理的耐腐蚀材料；把金属和腐蚀介质隔离开来。如在金属表面加上绝缘保护层，切断容器金属面与文化馆介质的联系；阴极保护法；在介质中加入缓蚀剂；脱除所处理介质中的H2S和CO2等易产生腐蚀的物质，消除腐蚀环境；及时维护保养，合理的操作。

　　1 选择合理的耐腐蚀材料

　　在选择压力容器时，使用耐腐蚀材料（如合金钢、不锈钢、玻璃钢材料），对于含CO2较多的轻烃压力容器，16MnR钢的抗腐能力较20g普通钢强，因而H2S含量较大，分压较大的压力容器在选材时，应选用抗H2S腐蚀能力较高的16MnR或1Cr18Ni9Ti（不锈钢）。当H2S压力P＞300Pa时，必须采用抗氢致开裂（HIC）钢材。

　　2 加保护层法

　　保护层就像士兵的铠甲一样，使用一层厚度薄、耐腐蚀的材料做隔离保护层喷涂在压力容器内壁上，可以保护金属容器不受腐蚀。在容器内壁可以喷涂的保护层一般包括高温漆、高温涂料、塑料油漆、耐高温搪瓷，耐腐蚀性强的金属（如不锈钢涂层）。西安交通大学研制的等离子喷涂技术对金属进行内防腐，喷涂材料选用金属陶瓷，效果比较理想。因此在平时正常的维护保养、检修中，对轻烃压力容器进行内外防腐是非常重要的。

　　3 阴极保护法

　　阴极保护法就是在要保护的钢铁设备上联结一种更易失去电子的金属或合金。它是由一种更为活泼的金属（如锌等）连接在要保护的压力容器上，这样当存在电化学腐蚀时，被腐蚀的是那种比较活泼的金属，而钢铁被保护了（如图3所示）

　　

　　图3 牺牲阳极的阴极保护法示意图

　　阴极保护方法是一种经济、可靠的防腐方法，保护效率高，已被广泛应用。

　　缓蚀剂是一种投放在介质中的能减缓或阻止金属腐蚀的化学物质。它能够吸附在金属表面上，形成保护膜，阻滞电化学腐蚀过程的发生。缓蚀剂在轻烃压力容器防腐工业中有着广泛的应用，胜利油田东营压气站从日本引进的100×104m³/d离心机组（包括10台压力容器）由于天然气中含微量H2S，严重腐蚀直接影响了设备的使用寿命。为此，采用了中科院化学研究所研制的YH—901气相缓蚀剂（主要成分是胺类化合物）成功地解决了H2S的腐蚀问题。

　　5 消除腐蚀环境

　　电化学腐蚀离不开水及H2S等腐蚀介质，如果油气中没有水及H2S等腐蚀介质的存在，也就避免了腐蚀。因此，对轻烃压力容器的防腐措施中，脱除原料气中的H2O、H2S及CO2是非常重要的。对于高含硫、处理量大的轻烃回收装置，采用砚胺法、醇胺法可以脱除其中的H2O、H2S和CO2；而对于含微量的H2S和H2O而脱水深度要求又高的轻烃回收装置，宜采用分子筛（主要成分是硅胶、Al2O3）脱水和硫，分子筛脱硫深度一般可达H₂S＜20mg/m³，而天然气中的水含量可达4ppm以下，有利于消除易腐蚀介质，使轻烃压力容器的腐蚀得到良好的控制。

　　6 平稳操作，定期维护和保养

　　平稳操作就是指缓慢地进行升载和卸载，运行期间保持载荷的相对稳定，这样可以减轻介质对容器器壁的冲刷腐蚀。尤其要防止压力容器中压力的突然升高。因为过高地加载会降低材料的断裂韧性，容易造成容器的塑性变形，形成应力腐蚀。在操作过程中，温升速度也不宜过快，一般升温速度应控制在30~50℃/h，升温速度过快或降温速度过快会使系统受热不均匀，造成设备发生蠕变。如果容器升温过快或降温过快，在这种情况下产生的温度应力相当于壳体表面热膨胀被完全约束时的反应力。这是受热圆筒所能产生的最大热应力，它比平稳操作条件下，温度按线性分布的薄壁圆筒的温度应力大1倍。因此无论是开机、停机或是在容器运行期间都应避免壳体温度的突然变化，以免产生过大的温度应力。

　　在操作过程中，对一些储存、分离容器要及时排除底部的水分，避免电化学腐蚀，及时清除淤泥在容器底部的油污及各种杂质，保持容器干燥的外部环境，消除“跑、冒、滴、漏”，避免水分进入容器下部，保持容器底部间隙“呼吸”顺畅，以便偶尔渗入的水分能及时挥发出去。
 
压力容器的检测（4）

　　在压力容器的使用过程中，要及时掌握压力容器的腐蚀程度，一个有效的方法就是对压力容器实行无损检测。无损检测可以对壁厚、裂纹等缺陷的损伤程度及发展趋势进行预测，从而使检修有的放矢，避免失修或维修过剩。可以利用超声波技术（例如东营压力气站使用的26MG测厚仪），定期对容器测厚。必要时要有专业检验机构对焊缝、裂纹、靡损、变形处作磁粉检查和着色渗透。