硫化氢气体对压缩机选材的影响

冯娇娇 胡波

(沈阳远大压缩机股份有限公司,辽宁沈阳 110027)

硫化氢气体对压缩机选材的影响

冯娇娇 胡波

(沈阳远大压缩机股份有限公司,辽宁沈阳 110027)

本文通过分析硫化氢对钢具的腐蚀形式及腐蚀条件,结合相关标准和实践,提出硫化氢气体对压缩机选材的影响及其防腐措施。

硫化氢气体 压缩机 腐蚀条件 选材 防腐措施

1 硫化氢气体的介绍及特性

硫化氢(H2S)是硫的氢化物中最简单的一种,又名氢硫酸。其分子的几何形状和水分子相似,为弯曲形。因此它是一个极性分子。硫化氢由于H-S键能较弱所以300℃左右硫化氢分解。常温时硫化氢是一种无色有臭鸡蛋气味的剧毒气体,应在通风处进行使用必须采取防护措施。

在石油化工流程中,硫化氢是一种常见的无色、有味、易燃易爆、有毒和腐蚀性的酸性气体。在一定条件下,它对钢具有强烈的腐蚀性。为了减少因硫化氢介质存在,而引发的设备腐蚀损坏,在压缩机的设计过程中对于材料的选择是非常重要的。

2 硫化氢的腐蚀

硫化氢腐蚀是指硫化氢气体引起的钢铁材料的硫化物应力破坏。

硫化氢引起应力腐蚀是有条件的。干燥的硫化氢设备对金属材料无腐蚀破坏作用,硫化氢只有溶解在水中才具有腐蚀性。关于湿硫化氢环境的定义,可以参照美国腐蚀工程师协会NACEMR0175(2003)对气体硫化氢环境的规定是:酸性气体,温度在0～65℃,气体总压≥0.4MPa,并且硫化氢分压≥0.0003MPa,介质中还有液相水或在水的露点温度以下。

在湿硫化氢环境中,硫化氢会发生电离,使水具有酸性;钢表面吸附氢原子,氢原子在钢中扩散。一方面氢原子之间有较大的亲和力,易相互结合形成氢分子排出;另一方面氢原子极小易获得足够能量后变成扩散氢渗入钢的内部并溶于晶格中,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和损伤。在外加拉应力或残余应力作用下形成开裂。

腐蚀反应中阳极反应为:

湿硫化氢应力腐蚀开裂的形式有以下三种:

(1)硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)。硫化物应力开裂的机理,一种认为是金属的阳极溶解引起破裂扩展。另一种认为是渗入氢引起的脆性破裂而造成破裂扩展。

(2)氢致开裂(HIC)。当不锈钢浸渍在含硫化氢的环境中,因腐蚀而产生的氢便渗入钢中,原子状氢扩散到达非金属夹杂物等界面,在其缺陷部位转变为分子氢,提高了空洞的内压、其压力可达到104MPa。在压力作用下,沿夹杂物或偏析区呈线状或台阶状扩展开裂。

(3)连多硫酸应力腐蚀开裂(PASSC)。在上述铁与硫化氢反应中,设备表面会生成硫化铁。当设备表面降温或停工冷却到室温时,硫化铁与水分和空气相接触,生成连多硫酸(H2SXO6,X=3、4、5)。即发生下列反应:

不锈钢在使用过程中,发生敏化的部分,或者在制造设备的过程中发生敏化的部分,其晶界上会形成贫Cr区。在这种状态下,若遇到上述生成的酸,就会发生沿晶应力腐蚀开裂。可以认为,此沿晶应力腐蚀开裂的机理是贫Cr区的阳极溶解,阴极反应时连多硫酸的还原而引起的。

硫化氢对钢铁引起的应力破坏必须同时存在四个条件:1)硫化氢气体的含量必须足够;2)必须是钢铁材料,其硬度超过HRC22;3)零件必须受力;4)必须是湿气体。

硫化氢腐蚀必须同时具备上述四个条件,只要有一个条件不满足,就不存在腐蚀问题,在压缩机设计时要充分考虑以上几点。

含有硫化氢气体必须达到一定的压力,且硫化氢含量达到一定的数值才存在腐蚀问题,美国腐蚀工程师协会NACEMR0175规定了硫化氢气体的应力破坏区和安全区。

3 压缩机设计中的硫化氢防腐措施

(1)含硫化氢气体的压缩机一定要求有油润滑,油雾可以起到保护零件的作用。

(2)正确选用耐蚀材料。选材防腐是设备防腐设计的首要原则。为达到抗腐蚀的目的,在设备设计和制造过程中就应该考虑使用耐蚀材料代替普通碳钢。为了预防零件的硫化物应力破坏,受力的零件必须选用硬度小于等于HRC22的材料或者是对硫化氢腐蚀有强抵抗力的材料,

(3)表面涂覆层保护。耐蚀涂料不仅可以使零件具有抗冲刷、抗渗透、耐湿变等性能,而且还有隔离金属表面与介质接触和阻垢的作用,在一定程度上可以提高设备性能和寿命。通常可以通过在金属表面镀镍磷来达到防腐的效果。

4 结语

综上所述,为了压缩机的稳定性和安全性,在压缩机的硫化氢防腐设计时,要充分遵循NACEMR0175的规定,充分考虑硫化氢腐蚀的条件,为预防硫化氢应力腐蚀开裂,制定合理的防腐措施。以保证压缩机的使用性能及使用寿命。

[1]郁永章,姜培正,孙嗣莹.压缩机工程手册.中国石化出版社,2011.10.

[2]GBT 20972.1-2007,石油天然气工业油气开采中用于含硫化氢环境的材料[S].第1部分选择抗裂纹材料的一般原则(IDTIS015156—1:2001)

[3]API 618:2007,石油、化学和气体工业设施用往复压缩机.

This article analysis the hydrogen sulfide on steel corrosion and corrosion conditions, combined with the relevant standards and practices, put forward the influence of hydrogen sulfide gas to the compressor material selection and it’s corrosion protection measures.

Hydrogen sulfide gas Compressor The corrosion condition Material selection Corrosion protection measures