H2S对天然气处理设备的腐蚀及相应对策-学兔兔 www.xuetutu.com.pdf

第28卷第2期
天然气与石油
Vol 28. No.2
0年4月
Natural Gas And Oil
Apr.2010
H2S对天然气处理设备的腐蚀及相应对策
王澎
(中国石油工程设计有限公司西南分公司,四川成都610017)
摘要:天然气处理设备,如矿场集输中的过滤分离器、气液分离器、脱水吸收塔、固体脱硫
塔,天然气净化厂中的原料气过滤器、原料气分离器、脱硫吸收塔、再生塔、酸气分离器、活性炭
过滤器等,所接触的介质基本上都含有水和硫化,这种介质环境对设备会产生电化学腐蚀、
硫化物应カ开裂(SSC)和氢诱发裂纹(HC)。针对硫化对设备的不同腐蚀情况,在设备设
计时应采取相应的对策和措施来防止腐蚀,以确保设备的安全运行和使用寿命。
关键词:天然气;硫化氩(H2S);水;设备;腐蚀;对策;措施
文章编号:1006-5539(2010)02-003403
文献标识码:A
臭鸡蛋味。空气中爆炸极限为4.3%~45.5%(体
概述
积比)。
硫化氢的分子量为34.08,标准状态下,密度为
在天然气的开采过程中,无论是来自油藏的伴1.539mg/m3,在水中的溶解度随着温度升高而降
生气还是来自气藏的非伴生气,一般都含有液体低。在760mmHg(相当于133322Pa)30℃时,硫
(液烃、水)和固体物质(岩屑、泥沙等),同时还含有化氯在水中的饱和浓度大约为3580mg/
少量非烃类物质的混合气体。非烃类气体多为氮
干燥的硫化氢对金属材料无腐蚀破坏作用,硫
(N2)、硫化氢(IS)、二氧化碳(CO2)、有机硫及氮化氢在露点和露点以下オ具有腐蚀性。
(He)等。由于这些物质的存在和联合作用,会使输
送设备和管道产生磨损、腐蚀等破坏,且可能堵塞管
道、仪表管线以及设备等。因此,为了安全、经济、有3硫化氢的腐蚀特点
效地输送天然气,就必须在输送前对天然气进行必
要的处理,除去部分杂质。但这时的天然气仍不能
硫化氢对天然气处理设备的腐蚀大致分为
满足生产、生活和商业用气的需要,还需进一步在天
种:电化学腐蚀、硫化物应力开裂(SSC)和氢诱发裂
然气净化厂中进行脱烃、脱硫、脱水处理。用于天然纹(HC)。这三种腐蚀对设备的破坏和造成的危害
处理的设备所接触的介质大部分都含有硫化氢和各不相同,因此我们在设备设计中所采取的对策和
水,在这种情况下设备的腐蚀显得格外复杂和严重
措施也不相同。
针对硫化氢对设备的不同腐蚀情况,我们应进行深
入细致的分析和研究,在设备设计肘采取相应的对
硫化氢对设备的电化学腐蚀
策和措施来防止或减轻其腐蚀,以确保设备的使用
金属的电化学腐蚀是指金属与电介质溶液发生
寿命和安全运行。
电化学作用而引起的破坏现象,主要特点是在腐蚀
过程中同时存在着两个相对独立的反应过程,即阳
2硫化氢的性质和特点
极反应和阴极反应。天然气处理设备所接触的
介质如同时含有硫化氢和水,则硫化氢就会成为硫
硫化氢(H2S)是可燃性无色气体,具有典型的化氢溶液。在H2S溶液中,含有H',S和H2S分
收稿日期:2009-12-01
作者简介:王澎(1962-),男,四川成都人,高级工程师,学士,主要从事石油化工压力容器设计工作。电话:(028
86014450。
第28巻第2期
王澎:H2S对天然气处理设备的腐蚀及相应对策
子,它们对金属的腐蚀是氢去极化过程,释放出的
HIC使金属材料的韧性下降,但在初期不会对
H'是强去极化剂,极易在阴极夺取电子,促进阳极金属材料的承载能力产生明显的影响。当韧性过度
铁溶解导致金属的全面腐蚀2,也就是我们通常所下降,尤其是各层的裂纹相互贯通时,C就会影响
说的均匀腐蚀、坑蚀和点蚀。随着时间的推移,这种到金属材料在工作应力下的安全,因此它是一种潜
腐蚀会使设备的壁厚不断减薄,直至不能满足强度在的危险。
要求而使设备报废。
4对策和措施
3.2硫化物应力开裂
应力腐蚀(SC)是指金属材料在特定腐蚀介质
针对硫化氢对天然气处理设备的三种不同腐
和拉应力共同作用下发生的脆性断裂。材料会在没独,我们在设备的设计中可以采取不同的对策和措
有明配预兆的情况下突然断裂,因此应力腐蚀又称施米进行预防和防护。
为“灾难性腐蚀”。发生应力腐蚀开裂的时间有
长有短,有经过短时间就开裂的,也有经过数年才开4.1针对硫化氨的电化学腐蚀
裂,这说明应力腐蚀开裂通常有一个或长或短的孕
采用缓蚀剂
育期。应力腐蚀製纹呈枯树枝状,大体上沿着垂直
缓蚀剂是一种用于腐蚀环境中抑制金属电化学
于拉成力的方向发展。裂纹的微观形态有穿晶型、腐蚀的添加剂。对于一定的金属一一腐蚀介质体
沿品型和二者兼有的混合型。发生应力腐蚀断裂需系,只要在腐蚀介质中加入少量的缓蚀剂就能有效
要具备三个基本条件:敏感材料、特定的腐蚀介质和地降低金属的腐蚀速率。缓蚀剂的注入设备简单也
拉伸应力。
无需对被保护的金属设备表面进行特殊处理。由于
硫化物应力开裂(SSC)是金属材料在H2S分压用量少,通常不会影响工作介质的性能,因此,使用
足够高的湿环境中受拉应力和H2S腐蚀的联合作缓蚀剂是一种经济而且适应性较强的金属电化学腐
用所引起的材料脆化和开裂过程,其主要表现为:使蚀防护措施。
设备在继续承压时,恢复不到正常运转状态;破坏承
实践证明合理添加綬蚀剂是防止含H2S酸性
压系统的完整性;使设备丧失基本功能。与其它油气对碳钢和低合金钢设备电化学腐蚀的一种有效
应力腐蚀相同,在断裂前无任何事前先兆显示,具有方法。但是,要准确无误地控制缓蚀剂的添加,保证
很强的突发性。多数情况下在经历不长的服役期生产环境的腐蚀完全处于控制状态下是十分困难
(数小时到3个月)后,在工作截面没有明显腐蚀减的
薄的情况下突然发生,因而具有极强的危害作4.1.2采用防腐涂层或衬里
用
涂层和衬里的作用都是将腐蚀介质和金属材料
分隔开,利用涂层和衬里的耐蚀性,从而达到防腐的
3.3硫化氢的氢诱发裂纹
目的。因此,涂层必须有充分的耐蚀能力且不污染
氢诱发裂纹(HC)的生成与金属在湿H2S环境工作介质;能够与基体金属可靠结合,形成连续致密
中的渗氢过程有关,当H渗透到材料内部有夹渣、的覆盖层;能够适应操作温度、工作压力和液体冲刷
夹层等缺陷处时,H'聚集形成H2分子,因此,HIC作用的要求;应便于施工且具备检测施工质量的技
能在金属材料处于无应力状态时发生。HC生成的术于段。由于涂层在施工、质量检测和缺陷修复上
驱动力是靠进入钢中的氢所产生的气压。在含H2S都比较麻烦并有一定的技术难度,所以其使用受到
的酸性环境中,由于氢原子的渗透并在钢材内部夹了一定的限制。衬里层通常为耐腐蚀的不锈钢材
杂物处聚集,并沿着夹层的异常组织扩展、产生分层料,可以采用热套的方式进行施工,也可直接用复
裂纹,当裂纹垂直厚度断面时,就可能引起破坏。
钢板来制作设备壳体。热套衬里通常是在较高的温
HIC与SSC是两类基本互.不相关的开裂。HIC度下进行,复合钢板筒体的卷制和封头的冲压都有
在含H2S气田上,常见于具有抗SSC性能的延展性可能在高温下进行,而这一温度又正好在不锈钢的
较好的低、中强度设备用钢上。在设备内表面最接敏化温度区,虽然在加工工