4种硫化氢汽提塔顶材料耐腐蚀性能分析

张传周

(西安石油大学机械工程学院,陕西,西安,710065)

4种硫化氢汽提塔顶材料耐腐蚀性能分析

张传周

(西安石油大学机械工程学院,陕西,西安,710065)

本文对四种硫化氢汽提塔顶材料进行浸泡实验,电镜分析,结果表明:20#、1Cr18Ni9Ti、316L到 TA2,它们的耐蚀性依次增强。并且为炼厂催化装置的硫化氢汽提塔顶的选材提供建议和参考。

硫化氢汽提塔顶;浸泡实验;电镜分析

在炼厂,催化加氢装置是油品质量升级的关键装置之一。我国目前大部分石油炼制设备是按含硫较低的情况设计的,近几年来,含硫量较高的进口原油加工量逐步增加,因此设备腐蚀问题日益严重。其中,催化加氢装置中塔顶空冷系统大部分设计材质是 20#碳钢,部分区域由于腐蚀造成严重减薄并影响到整套装置的安全运行,对生产造成损失。本文模拟现场环境,运用浸泡实验,电镜分析通过对 20#钢、1Cr18Ni9Ti、316L及 TA2四种材料的耐腐蚀性能进行比较,为炼厂催化装置的硫化氢汽提塔的选材提供建议和参考。

1 实验部分

本实验参照 (国家标准 GB10124--88)金属材料实验室均匀腐蚀全浸泡实验方法[1]。

1.1 试剂与仪器 硫化氢气体为外购钢瓶气,纯度为 99.9%,可以满足试验介质条件的要求;所用实验溶液是在实验室配置饱和硫化氢溶液 +5%氯化钠 +0.5%冰乙酸 (NACE标准溶液);电光天平,上海天平仪器厂;恒温水浴锅,西安化机经营部;电镜扫描时用 S-360型扫描电子显微镜

1.2 实验装置

图1

注:各进气、出气口分别对应,另外 A、B、C、D四个瓶将放在恒温水浴装置内。本实验装置主要由三大部分组成,即供气部分,加热部分和尾气吸收部分。在供气部分中硫化氢钢瓶、氮气钢瓶和减压阀是关键部件,在实验中应仔细调节,保持气流稳定,缓冲管是为了防止锥形瓶内溶液回流到减压阀和钢瓶而设置的,同时对硫化氢气体也有一定的缓冲作用;在加热部分,采用数字恒温装置保证温度控制在一定的范围,这样既简化装置,又便于实验操作。

1.3 实验步骤 (1)将试样用无水乙醇清洗除油后吹干并冷却,用精度为0.1mg的电光天平称重并记录,保存在干燥器里备用;(2)按图连接实验装置,检查有无接错,遗漏等现象。确认无误后,用 501胶粘剂将胶管与冷凝管转接头、缓冲管、吸收瓶、胶管与进气管连接处密封。并用夹子夹着各进出气管口,防止溶液倒流;(3)将试样用棉线掉在锥形瓶内,并保持距离,在锥形瓶内注入 500mL的标准溶液;(4)打开氮气钢瓶的同时打开进气阀门和进出气后的夹子,调节减压阀通气,控制气体流量,防止通气过快;(5)打开硫化氢钢瓶,关闭氮气阀门,调节减压阀通气,控制气体流量,防止通气过快;(6)先装进冷却水,然后恒温水浴锅进行加热,直至实验装置达到所需温度并保持稳定为止;(7)实验结束取试样时,先打开氮气阀门,再关闭硫化氢钢瓶,然后关闭恒温水浴锅,直至锥形瓶内温度降至常温 (其中氮气大概通半个小时),再用夹子夹着各进出气口,防止溶液回流,最后关掉氮气瓶;(8)逐个取出试样,进行化学除膜 +机械清洗,清洗并干燥后,用精度为0.1mg的电光天平称重并记录。

2 实验结果与分析

2.1 腐蚀失重 -时间变化曲线分析

图2 84℃四种钢材浸泡腐蚀失重 -时间曲线

从图1上可以直观的看出,四种材料的耐蚀性,20#相比来说,性能极差,无论前期还是后期腐蚀速度都相当快,中间稳定期很短,不能有效的抵御介质的腐蚀。1Cr18Ni9Ti不锈钢明显比 20#耐蚀,但相比 316L和 TA2耐蚀性差远了。1Cr18Ni9Ti不锈钢前期腐蚀速度缓慢增长,慢慢的稳定下来,并且从图中看出它的稳定期明显比 20#长的多,具有一定的耐蚀性,性能相对比较好。316L前期腐蚀速度虽有稍微的增长,但稍后很稳定。而 TA2腐蚀速度变化很小,说明其腐蚀轻微,耐蚀性良好,突出了它优越的性能。

2.2 电镜分析 图(a)(b)(c)(d)分别是 20#、1Cr18Ni9Ti、316L及 TA2在 84℃浸泡腐蚀试验后放大 1000X的表面电镜照片,图(a)显示 20#腐蚀严重形成大量的坑蚀,说明 20#在这种介质中耐蚀性极其弱,腐蚀产物很疏松。图(b)1Cr18Ni9Ti在 84℃下进行电镜分析,发现大部分坑蚀比较小,腐蚀还是很严重的,但腐蚀产物相对 20#致密了一些。图(c)表明 316L在 84℃下进行电镜分析在蚀坑中也没发现有小蚀坑,腐蚀之后,形成的腐蚀产物和基体的结合性要强一点,因而对 316L基体构成了一层有效的保护膜,使其腐蚀速度减慢。并且 316L腐蚀面上没看到有缝隙,这说明 316L在一定程度上能够抵制硫化氢应力的影响,主要是点蚀演变的蚀坑。耐蚀性明显优于 1Cr18Ni9Ti。图(d)TA2在 84℃下进行电镜分析都几乎没腐蚀,也就是说腐蚀很轻。并且从表面看几乎没坑蚀或缝隙之类的,这在一定程度上说 TA2更能抵制局部腐蚀,它的耐蚀性更强。即使腐蚀,腐蚀产物比 316L更致密,生成的产物和基体结合性很强,不容易剥落,由此可以更好的保护基体,使腐蚀速度大大减慢。

3 结论

(1)通过四种材料在不同实验环境下的浸泡分析,得出材料相应的腐蚀速度,腐蚀等级。并比较他们性能的高低:由 20#、1Cr18Ni9Ti、316L到 TA2,它们的耐蚀性越来越强。(2)对常用材料浸泡腐蚀试样进行电镜分析,表面生成物疏松易剥落;1Cr18Ni9Ti由点蚀发展到坑蚀,又引起缝隙敏感,造成腐蚀加剧,腐蚀产物稍微致密;316L由点蚀发展成坑蚀,腐蚀产物致密,能形成有效的保护膜。TA2腐蚀轻微,并且生成物很致密,与基体结合性强,不易剥落,极易形成有效的保护膜。在这也说明 TA2的耐蚀性最强。(3)316L和 TA2抗蚀性较强,尤其是 TA2是 316L的大约十倍。但两者的成本相差大,316L的成本大约在 7万∕吨,而 TA2大约在 80万∕吨,中间的差距很大。对于炼厂催化装置硫化氢汽提塔顶空冷器,理想的选择当然是 TA2,但如此高的成本对任何一个炼厂来说性价比不高。从实际生产和经济上考虑,所以对于炼厂催化装置硫化氢汽提塔的腐蚀情况,最好在选用 316L的基础上,再进行有效的防护。当然也可以几种材料结合运用,在腐蚀不严重的地方采用 20钢材,腐蚀严重的用 316L,腐蚀特别严重的用 TA2。

[1]GB 10124-1988.金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法.

TQ125.1+2

B

1003-3467(2010)10-0066-02