馮嬌嬌 胡波

(沈陽(yáng)遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司,遼寧沈陽(yáng) 110027)

硫化氫氣體對(duì)壓縮機(jī)選材的影響

馮嬌嬌 胡波

(沈陽(yáng)遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司,遼寧沈陽(yáng) 110027)

本文通過(guò)分析硫化氫對(duì)鋼具的腐蝕形式及腐蝕條件,結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐,提出硫化氫氣體對(duì)壓縮機(jī)選材的影響及其防腐措施。

硫化氫氣體 壓縮機(jī) 腐蝕條件 選材 防腐措施

1 硫化氫氣體的介紹及特性

硫化氫(H2S)是硫的氫化物中最簡(jiǎn)單的一種,又名氫硫酸。其分子的幾何形狀和水分子相似,為彎曲形。因此它是一個(gè)極性分子。硫化氫由于H-S鍵能較弱所以300℃左右硫化氫分解。常溫時(shí)硫化氫是一種無(wú)色有臭雞蛋氣味的劇毒氣體,應(yīng)在通風(fēng)處進(jìn)行使用必須采取防護(hù)措施。

在石油化工流程中,硫化氫是一種常見(jiàn)的無(wú)色、有味、易燃易爆、有毒和腐蝕性的酸性氣體。在一定條件下,它對(duì)鋼具有強(qiáng)烈的腐蝕性。為了減少因硫化氫介質(zhì)存在,而引發(fā)的設(shè)備腐蝕損壞,在壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)于材料的選擇是非常重要的。

2 硫化氫的腐蝕

硫化氫腐蝕是指硫化氫氣體引起的鋼鐵材料的硫化物應(yīng)力破壞。

硫化氫引起應(yīng)力腐蝕是有條件的。干燥的硫化氫設(shè)備對(duì)金屬材料無(wú)腐蝕破壞作用,硫化氫只有溶解在水中才具有腐蝕性。關(guān)于濕硫化氫環(huán)境的定義,可以參照美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)NACEMR0175(2003)對(duì)氣體硫化氫環(huán)境的規(guī)定是:酸性氣體,溫度在0～65℃,氣體總壓≥0.4MPa,并且硫化氫分壓≥0.0003MPa,介質(zhì)中還有液相水或在水的露點(diǎn)溫度以下。

在濕硫化氫環(huán)境中,硫化氫會(huì)發(fā)生電離,使水具有酸性;鋼表面吸附氫原子,氫原子在鋼中擴(kuò)散。一方面氫原子之間有較大的親和力,易相互結(jié)合形成氫分子排出;另一方面氫原子極小易獲得足夠能量后變成擴(kuò)散氫滲入鋼的內(nèi)部并溶于晶格中,溶于晶格中的氫有很強(qiáng)的游離性,在一定條件下將導(dǎo)致材料的脆化和損傷。在外加拉應(yīng)力或殘余應(yīng)力作用下形成開(kāi)裂。

腐蝕反應(yīng)中陽(yáng)極反應(yīng)為:

濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的形式有以下三種:

(1)硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SSCC)。硫化物應(yīng)力開(kāi)裂的機(jī)理,一種認(rèn)為是金屬的陽(yáng)極溶解引起破裂擴(kuò)展。另一種認(rèn)為是滲入氫引起的脆性破裂而造成破裂擴(kuò)展。

(2)氫致開(kāi)裂(HIC)。當(dāng)不銹鋼浸漬在含硫化氫的環(huán)境中,因腐蝕而產(chǎn)生的氫便滲入鋼中,原子狀氫擴(kuò)散到達(dá)非金屬夾雜物等界面,在其缺陷部位轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿託?提高了空洞的內(nèi)壓、其壓力可達(dá)到104MPa。在壓力作用下,沿夾雜物或偏析區(qū)呈線狀或臺(tái)階狀擴(kuò)展開(kāi)裂。

(3)連多硫酸應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(PASSC)。在上述鐵與硫化氫反應(yīng)中,設(shè)備表面會(huì)生成硫化鐵。當(dāng)設(shè)備表面降溫或停工冷卻到室溫時(shí),硫化鐵與水分和空氣相接觸,生成連多硫酸(H2SXO6,X=3、4、5)。即發(fā)生下列反應(yīng):

不銹鋼在使用過(guò)程中,發(fā)生敏化的部分,或者在制造設(shè)備的過(guò)程中發(fā)生敏化的部分,其晶界上會(huì)形成貧Cr區(qū)。在這種狀態(tài)下,若遇到上述生成的酸,就會(huì)發(fā)生沿晶應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂?？梢哉J(rèn)為,此沿晶應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的機(jī)理是貧Cr區(qū)的陽(yáng)極溶解,陰極反應(yīng)時(shí)連多硫酸的還原而引起的。

硫化氫對(duì)鋼鐵引起的應(yīng)力破壞必須同時(shí)存在四個(gè)條件:1)硫化氫氣體的含量必須足夠;2)必須是鋼鐵材料,其硬度超過(guò)HRC22;3)零件必須受力;4)必須是濕氣體。

硫化氫腐蝕必須同時(shí)具備上述四個(gè)條件,只要有一個(gè)條件不滿(mǎn)足,就不存在腐蝕問(wèn)題,在壓縮機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮以上幾點(diǎn)。

含有硫化氫氣體必須達(dá)到一定的壓力,且硫化氫含量達(dá)到一定的數(shù)值才存在腐蝕問(wèn)題,美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)NACEMR0175規(guī)定了硫化氫氣體的應(yīng)力破壞區(qū)和安全區(qū)。

3 壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中的硫化氫防腐措施

(1)含硫化氫氣體的壓縮機(jī)一定要求有油潤(rùn)滑,油霧可以起到保護(hù)零件的作用。

(2)正確選用耐蝕材料。選材防腐是設(shè)備防腐設(shè)計(jì)的首要原則。為達(dá)到抗腐蝕的目的,在設(shè)備設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中就應(yīng)該考慮使用耐蝕材料代替普通碳鋼。為了預(yù)防零件的硫化物應(yīng)力破壞,受力的零件必須選用硬度小于等于HRC22的材料或者是對(duì)硫化氫腐蝕有強(qiáng)抵抗力的材料,

(3)表面涂覆層保護(hù)。耐蝕涂料不僅可以使零件具有抗沖刷、抗?jié)B透、耐濕變等性能,而且還有隔離金屬表面與介質(zhì)接觸和阻垢的作用,在一定程度上可以提高設(shè)備性能和壽命。通常可以通過(guò)在金屬表面鍍鎳磷來(lái)達(dá)到防腐的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,為了壓縮機(jī)的穩(wěn)定性和安全性,在壓縮機(jī)的硫化氫防腐設(shè)計(jì)時(shí),要充分遵循NACEMR0175的規(guī)定,充分考慮硫化氫腐蝕的條件,為預(yù)防硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂,制定合理的防腐措施。以保證壓縮機(jī)的使用性能及使用壽命。

[1]郁永章,姜培正,孫嗣瑩.壓縮機(jī)工程手冊(cè).中國(guó)石化出版社,2011.10.

[2]GBT 20972.1-2007,石油天然氣工業(yè)油氣開(kāi)采中用于含硫化氫環(huán)境的材料[S].第1部分選擇抗裂紋材料的一般原則(IDTIS015156—1:2001)

[3]API 618:2007,石油、化學(xué)和氣體工業(yè)設(shè)施用往復(fù)壓縮機(jī).

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