酸性气环境下酸性气收集罐腐蚀原因分析

叶南昌，林东文

（福建省锅炉压力容器检验研究院漳州分院，福建 漳州 363000）

1 引言

在石化加工行业，酸性气是在加工过程中产生的一种有毒气体，其主要成分为硫化氢[1-2]。2017年12月，笔者参加某石化企业的压力容器定期检验工作，负责火炬装置检验。其中，检验火炬系统中一台酸性气收集罐时，发现容器内部酸性水进液管（直径159mm）大面积腐蚀穿透；容器筒体厚度12mm，封头14mm，壳体材质为Q245R，容器内表面发生全面腐蚀减薄，其中酸性水进液管出口下方筒体底部内表面腐蚀严重，测得该部位剩余厚度为6.5mm～8.5mm，面积800mm×800mm，容器本体其余部位腐蚀深度为0.5mm～1.5mm。具体容器剩余厚度见图1。

图1 酸性气储罐测厚图

2 酸性气收集罐设备简介

依据《石油化工企业燃料气系统和可燃气体排放系统设计》[3]（SH3009-2001）中的第4.0.15条规定：“分液罐的凝结液应送往生产装置或其它储存类似组分的低压容器进行回收利用”。酸性气收集罐即为火炬设施系统中的该类设备，酸性气在进入火炬前经过酸性气分液罐分离出凝结液后送入酸性气收集罐内储存。该设备主要参数见表1。

表1 设备主要参数表

3 原因分析

3.1 使用介质分析

将设备平时运行时的压力介质取样，送至实验室分析，检测结果见表2。结果表明：酸性气中含有59.73%H2S、38.52%CO2。设备在运行中容器底部存有大量的水，pH值检测为5.5。

表2 使用介质分析表

3.2 腐蚀产物分析

对腐蚀产物进行取样，一份为外层脱落的絮状腐蚀物，另一份为接近基体的内层腐蚀物。送入实验室采用能谱仪对这两份样品进行分析，结果见表3。

表3 腐蚀物成分分析表（质量分数）

从微观设备所接触的介质分析可知该设备腐蚀为酸性水腐蚀（酸式酸性水），该类腐蚀是指设备在含有硫化氢且pH值介于1.5～7.0之间的酸性水引起的金属腐蚀。一般为均匀性腐蚀，腐蚀发生反应如下[4]：

阳极反应：

Fe→Fe2+ +2e-

阴极反应：

H2S+2e-→S2-+H2

总反应：

Fe+ H2S→FeS+H2

通过对腐蚀产物的能谱分析可知，基体表面腐蚀物S含量为2.31%，C含量为4.31%；脱落腐蚀产物S含量为0.5%，C含量为25.73%。说明接近基体表面的腐蚀物主要为铁硫化物，而脱落层腐蚀物主要为铁碳化合物。原因可能是外腐蚀物的表面为絮状疏松层，碳原子比较容易集聚，随着铁的溶解，形成铁碳化物；而接近基体表面是紧密层，硫化氢容易与铁产生反应，生成铁硫化物。

从宏观设备的腐蚀现场来观察，设备腐蚀最严重部位即为液体刚刚接触壳体的进液管底部位置，壳体其他部位则发生均匀性腐蚀。因为在进液管部位，高流速的介质并含有大量的H2S和CO2，最容易破坏该部位的钢材表面而产生剧烈的腐蚀，其他部位的腐蚀随介质的传递接触而发生。

4 酸性水腐蚀主要影响因素

4.1 硫化氢浓度

随酸性水中硫化氢浓度的升高，腐蚀速率增大。酸性水中硫化氢浓度取决于气相中硫化氢分圧、温度和pH值，在一定的压力下，酸性水中的硫化氢浓度随温度升高而降低。文献[4]分析硫化氢质量浓度和温度对碳钢在NACE溶液中的腐蚀行为，得出在含有CO2的溶液里少量的H2S能加剧碳钢的腐蚀，随着H2S质量浓度的增加，碳钢腐蚀加剧。

4.2 pH 值

硫化氢浓度增加会降低溶液的pH值，最低可达4.5，形成较强的酸性环境，腐蚀明显。pH值高于4.5时，可能会形成硫化亚铁保护膜，减小腐蚀速率；但有些时候则可能形成一层多孔的硫化物厚膜，不仅不能减小均匀腐蚀速率，甚至会形成垢下点蚀。

4.3 杂质

氯化氢和二氧化碳会降低pH值，即酸性变强，氨会使pH值升高但可能形成碱式酸性水腐蚀。空气或氧化剂的存在可能会增加腐蚀作用，常形成点蚀或垢下腐蚀。

4.4 流速

高流速冲刷易使硫化亚铁保护膜被破坏，腐蚀速率增大。

5 意见

（1）根据《固定式压力容器安全技术监察规程》[5]（TSG 21-2016）8.5.7的要求，容器的严重腐蚀部位已经不能满足设备的安全运行要求，需对该部位需进行挖补修理。修理单位应根据《固定式压力容器安全技术监察规程》第6章的要求办理开公告知及修理监督检验手续。

（2）检验人员在检验该类型设备时，应重点检查底部积液部位以及气液交界面是否存在氢致开裂、氢鼓包和局部腐蚀坑；检查湿硫化氢环境裂纹建议采用湿荧光磁粉检测方法；进液管对应的底部为重点测厚部位[6]。

（3）使用单位应加强检查，做好在线腐蚀监控，及时掌握设备的腐蚀状况。超声波测厚是一种有效的监测设备管道壁厚的方法，是防腐离线检测的重要手段，可监测设备腐蚀或磨损后的减薄程度。因为该类容器为常温设备，使用单位可以使用超声波测厚仪定期检测容器壳体的剩余厚度，重点检测进液管对应的底部筒体，发现异常时，应及时处理。

（4）鉴于实际介质对该设备材质有严重腐蚀性，建议使用单位和设计单位重新核定是否需要更换材质以提高设备的耐腐蚀性。