石油化工设备湿硫化氢腐蚀与防护

刘 健

（吉林工业职业技术学院，吉林吉林 132000）

石油化工设备湿硫化氢腐蚀与防护

刘 健

（吉林工业职业技术学院，吉林吉林 132000）

针对石油化工设备常见的湿硫化氢腐蚀现象，阐述了湿硫化氢腐蚀的特点，重点论述了湿硫化氢应力腐蚀的机理、形成条件、选材原则及相应防护措施。

石油化工设备；湿硫化氢；应力腐蚀；防护

近年来，我国的原油进口中中东高硫原油比重明显增加，加工这些高硫原油所造成的石油化工设备腐蚀问题日趋严重，由此导致的事故明显增多，因此湿硫化氢所造成的腐蚀应该引起足够重视。湿硫化氢对石油化工设备不仅造成均匀腐蚀还导致应力腐蚀，均匀腐蚀时的腐蚀性强弱与其分压力有关，均匀腐蚀易发现且不难控制，而湿硫化氢应力腐蚀是较危险的一种腐蚀破坏形式。我国炼油和化工行业参照NACE MR0103[1]及国内工程实际，形成了我国石油化工设备湿硫化氢应力腐蚀环境下的选材及使用规范[2-3]。

1 腐蚀机理及特点

石油化工中的硫化氢来源主要有两种途径，一种是由原料含有的硫化物转化得到，另一种是加工过程中介质与新氢反应而生成。游离水中含有硫化氢且具备下列条件之一，即可构成湿硫化氢应力腐蚀[2]：①硫化氢浓度＞50mg/L；②pH＜4；③HCN浓度＜20mg/L；④气相中硫化氢分压＞0.3kPa。同时湿硫化氢腐蚀发生的环境温度一般小于200℃[5]。其反应机理如下式子所示：

由上诉过程可见，硫化氢发生电离析出氢离子，氢离子夺钢中的电子后生成氢原子，形成原电池。所生成的氢原子容聚集成为氢气排出，然而由于介质中的硫化氢等的存在，抑制了氢气的生成，导致上式中电离得到的氢原子固溶在钢材的晶格之中，这部分氢原子导致了钢材的氢损伤及脆化，即湿硫化氢应力腐蚀。湿硫化氢应力腐蚀主要有以下4种形式：

1.1 氢鼓泡

腐蚀过程中析出的氢原子在钢材杂质、缺陷和不连续处聚集为氢分子，而在钢材内部形成的氢分子很难逸出，在晶格界面产生很大的膨胀力，最终在钢材的表层形成鼓泡。

1.2 应力腐蚀开裂

固溶于钢材内部的氢原子，增加了钢材的脆性，在外部拉力或容器自身残余应力的作用下形成开裂。其开裂部位一般出现在焊缝及其热影响区，即硬度较高处。这种现象称为硫化氢应力腐蚀开裂，简写为SSCC。SSCC与钢材本身化学成分及外部拉力和自身残余应力有关。

1.3 氢诱导开裂

彼此相邻且位于不同层面的氢鼓泡裂纹在氢分压的作用下相互连接，导致钢材内部出现阶梯状裂纹的现象称为氢诱导开裂，简写为HIC。HIC仅与钢材自身杂质或不规则组织有关。

1.4 应力向氢诱导开裂

在杂质或缺陷处的小裂纹在应力的作用下不断沿着钢板厚度方向叠加，最终导致贯穿开裂的现象称为应力向氢诱导开裂，简写为SOHIC。多发生在应力集中或焊缝热影响区，与钢材中的杂质和外部拉力有关。

2 湿硫化氢应力腐蚀的控制措施

首先，壳体钢材应力腐蚀开裂的倾向随着湿硫化氢含量的增加而增大，所以可以从根源上严格控制介质中湿硫化氢的浓度。即将硫化氢浓度控制在构成湿硫化氢腐蚀的条件一以下。其次，湿硫化氢电离出H+浓度随着pH值的降低而增大，应力腐蚀的速度增加。即控制湿硫化氢应力腐蚀形成的条件二。再次，应力腐蚀开裂和氢诱导开裂的敏感性随着钢材硬度值的增高而增大，为消除焊接过程中产生的残余应力，可对容器进行整体热处理，并将焊接接头的硬度控制在200HB以下。最后，容器自身的材质对湿硫化氢应力腐蚀也存在重要影响，主要表现为材料的强度和硬度、Mn和杂质S的含量。强度越高的材料对应力腐蚀的敏感性就越高，所以选用材料屈服强度≤355MPa、抗拉强度≤630MPa的材质。Mn元素的含量对HIC存在较大影响，碳钢对HIC的敏感性随着Mn含量的增加而增大，一般将Mn含量控制在1.3%以下。而S元素的含量对上述集中应力腐蚀都较为敏感，II类湿硫化氢腐蚀中，一般将S含量控制在0.002%范围内。因此，常规的Q345R钢板不适宜用于湿硫化氢腐蚀环境中。但因Q345R的强度较高，当压力稍高容器壁厚通常由强度控制，为不使容器厚度多大造成加工困难，在湿硫化氢应力腐蚀的环境下，通常选用Mn含量符合要求的Q345R板材，即Q345R抗氢钢。当湿硫化氢的浓度较高时，采用不锈钢复合层较为安全、经济。

3 结束语

综上所述，导致湿硫化氢环境下的设备失效原因有很多，但都与材料自身的杂质含量、交货状态、加工过程密不可分。所以在材料的选择上有以下注意事项：①碳钢必须为镇静钢；②板材的交货状态至少为正火；③厚度≤38mm碳钢及碳锰中的碳当量应小于0.43%；④消除应力热处理后不得再设备本体上动火；④对于厚度大于12mm的板材应进行超声检查，II级合格。

[1] HG/T 20581-2011，钢制化工容器材料选用规定[S].

[2] SH/T 3096-2012，高硫原油加工装置设备和管道设计选材导则[S].

[3] SH/T 3075-2009，石油化工钢制压力容器材料选用规范[S].

Chemical and Chemical Equipment Wet Hydrogen Sulfide Corrosion and Protection

Liu Jian

In view of the common phenomenon of wet hydrogen sulfide corrosion in petrochemical equipment，the characteristics of wet hydrogen sulfide corrosion are expounded.The mechanism，formation conditions，selection principle and corresponding protective measures of stress corrosion of wet hydrogen sulfide are discussed emphatically.

petrochemical equipment；wet hydrogen sulfide；stress corrosion；protection

TE986

B

1003–6490（2017）10–0085–01

2017–07–05

刘健（199—），男，辽宁抚顺人，助教，主要研究方向为过程装备技术。