天然氣離心壓縮機硫腐蝕的防治措施研究

何 逍

（神華寧煤集團有限公司煤制油項目建設指揮部，寧夏銀川750001）

0 引言

石油和化學工業(yè)是中國的基礎工業(yè)，衡量一個國家工業(yè)化水平的高低，石油和化學工業(yè)的發(fā)展水平占有很大的比重。由于腐蝕問題，每年給中國石油和化學工業(yè)帶來極為嚴重的損失，甚至制約著石油和化學工業(yè)的發(fā)展。 根據(jù)統(tǒng)計，每年由于腐蝕造成的經(jīng)濟損失約占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的4%，石油和化學工業(yè)則高達6%，據(jù)此推算，2010 年中國腐蝕造成經(jīng)濟損失已達16000 億元，石油和化學行業(yè)的損失為24000億元。

1 材料的選擇和后續(xù)處理

關于金屬防腐材料的研究工作，主要有以下三個方面：

1.1 合金化

在基體金屬中加入一定比例的能促進鈍化的合金成分，便得到耐蝕性優(yōu)良的材料。 如Fe 中加入Cr，當Cr 量達12%以上時，就稱為不銹鋼，在氧化環(huán)境中它的表面可以生成鈍化膜，有很高的耐蝕性。 含Cr 18%、Ni 9%的Cr、Ni 不銹鋼是工業(yè)和民用中應用最廣的耐蝕合金。

1.2 表面處理

金屬保護中常對其表面進行處理以防止腐蝕。金屬在接觸使用環(huán)境之前，先用鈍化劑或成膜劑（鉻酸鹽、磷酸鹽、堿、硝酸鹽和亞硝酸鹽混合液等）處理，表面生成穩(wěn)定密實的鈍化膜，抗蝕性大大增加。

在金屬表面處理時，進行電鍍或熱滲鍍，表面滲鍍層在氧化性環(huán)境內(nèi)產(chǎn)生鈍化膜，它的抗高溫氧化能力和某些耐蝕性優(yōu)于內(nèi)部。 鋼鐵部件表面發(fā)藍也是一個廣為應用的例子。

較新的一種表面技術是離子注入法，一般用離子注入機，使B、C、P、Si、N、Mo、Pd、Pt 等元素或貴金屬電離、加速，高能離子與基體金屬相撞擊進入表面，形成一定深度和濃度的非晶態(tài)合金層，具有比基體金屬高得多的耐蝕性。

1.3 新材料的研制

與傳統(tǒng)金屬和合金材料相比，新型防腐材料在其性能上有著獨特的優(yōu)勢，因此得到深入的研究，但實際工業(yè)應用卻不是很廣泛。其中材料的復合化是該領域的研究熱點。 有關內(nèi)容可以參考相關文獻資料，此處不贅述。

2 內(nèi)部腐蝕控制

對于大型設備或者不便拆換的零件，不能隨意替換零件，為了緩解其在服役過程中發(fā)生的腐蝕，我們可以通過對設備內(nèi)部的腐蝕破壞處進行調(diào)整，采取一些易行且有效的防腐手段，常見的內(nèi)部腐蝕控制手段有三個方面。

2.1 防腐涂層

用有機涂料保護大氣中的金屬結(jié)構(gòu)是應用最廣的傳統(tǒng)防腐手段。這些涂料覆蓋在金屬表面，干后形成多孔薄膜，雖然不能使金屬與介質(zhì)完全隔絕，但增大介質(zhì)通過微孔的擴散阻力和溶液電阻，使腐蝕電流下降。 在緩和的環(huán)境（如大氣、海水等）中，微孔底金屬腐蝕緩慢，腐蝕產(chǎn)物可堵塞微孔，有很長的使用壽命。 但這種方法不適于強腐蝕溶液（如酸）中，因為金屬腐蝕迅速并產(chǎn)生氫氣，會使漆膜破裂。

2.2 添加緩蝕劑

通常凝析液管線和非正常狀態(tài)下的油氣管線需要添加緩蝕劑。緩蝕劑一般是微量填加的，以使系統(tǒng)具有緩蝕作用。 大多數(shù)用于油氣生產(chǎn)的緩蝕劑都是專用配方，通常以復雜的化學有機物為基礎，含有胺或脂肪族氨基化合物或環(huán)狀碳氫化合物，并同時含有表面活性劑和其它填加劑。緩蝕的機理主要是通過物理或化學吸附，吸附到金屬表面，從而在工藝流體的腐蝕性組分和管壁之間形成一個屏障。選擇緩蝕劑類型必須以尋找和能有效減緩有可能被破壞部位的腐蝕為基礎。

2.3 脫水與脫硫處理

干燥的含硫天然氣在常溫下不腐蝕鋼材， 因此對于高壓集輸管線，當脫硫不能完全消除天然氣對管線的腐蝕時，較合理的方法是采用深度脫水，控制其露點低于管道的最低工作溫度，這樣可以使管內(nèi)不產(chǎn)生積水，防止管內(nèi)發(fā)生電化學腐蝕和SSC。 各國對管輸天然氣中H2S 含量的控制標準要求都比較嚴格， 美國商品規(guī)格天然氣要求H2S含量小于等于5.65 mg/m3，我國輸氣管道天然氣中H2S 的控制標準為小于20 mg/m3。

2.4 調(diào)整介質(zhì)環(huán)境

如果能消除金屬材料和設備在使用環(huán)境中引起腐蝕的各種因素，腐蝕就會中止或減緩。 但是多數(shù)環(huán)境條件是無法控制的，如大氣和土壤中的水分、海水中的氧等都不可能除去。 生產(chǎn)流程也是不能任意改動的，這時可以調(diào)整局部環(huán)境。例如對于鍋爐進水設備，可以在水中經(jīng)常加入堿或酸以調(diào)節(jié)pH 至最佳范圍（通常接近中性），可以防止冷卻水對換熱器和其他設備的結(jié)垢、穿孔；煉制石油的工藝中也常加堿或氨，使生產(chǎn)流體保持中性至弱堿性。

3 外部腐蝕控制

對于封閉的大型設備，不能更改其結(jié)構(gòu)和配置。 因此可以考慮在設備外部進行防腐處理，主要是基于電化學手段的陰極保護和陽極保護，也有外防涂層。

3.1 陰極保護

陰極保護是為管道防腐層破損的地方提供保護，包括外加電流陰極保護和犧牲陽極陰極保護兩種方法。外加電流陰極保護法具有保護范圍廣，輸出電流、電壓可調(diào)，受環(huán)境干擾少，對大型的庫區(qū)、管道投資費用低等優(yōu)點，缺點是需要外加電源，維護工作量大。犧牲陽極陰極保護法不需要外加電源，保護電流的利用率較高，機動靈活，但保護范圍小，一般只適用于小范圍保護或作為對外加電流法的補充保護。 在確定陰極保護方案時應進行經(jīng)濟比較，對于長輸管線多采用外加電流陰極保護。 進行陰極保護設計時，須根據(jù)自然環(huán)境、地質(zhì)情況、土壤電阻率等現(xiàn)場勘測的狀況，確定電流需求、陽極地床類型等；指定的材料、儀器必須適用于當?shù)赜锌赡艹霈F(xiàn)的極端氣候條件；對于管道穿（跨）越點和管線附近的金屬構(gòu)筑物，須給予特別注意；管線鋪設后，陰極保護不能立即投運的須考慮臨時性陰極保護（根據(jù)土壤電阻率而定）。

3.2 陽極保護

一些可以鈍化的金屬，當從外部通入電流，電位隨電流上升，達到致鈍電位后，腐蝕電流急速下降，后隨電位上升，腐蝕電流不變，利用這個原理， 以要保護的設備為陽極導入電流， 使電位保持在鈍化區(qū)的中段，腐蝕率可保持很低的數(shù)值。 在保持鈍性的電位區(qū)間，決定金屬的陽極溶解電流密度大小的是鈍化膜的溶解速度，所以，金屬的鈍態(tài)不是熱力學穩(wěn)定狀態(tài)，而是一種遠離平衡的耗散狀態(tài)。 陽極保護法需要一臺恒電位儀以控制設備的電位（以免波動時進入活化區(qū)或過鈍化區(qū)）。 由于只適用于可鈍化金屬，所以這種方法的應用受到限制。 陽極保護法在工業(yè)上用于生產(chǎn)、 處理H2SO4、H3PO4、NH4HCO3溶液、NH4NO3復合肥等的不銹鋼或碳鋼制容器和設備等。

3.3 外防涂層

管道外防腐層選擇的好壞直接關系到管道的使用壽命，因此在選擇管道外防腐層時應著眼于長遠經(jīng)濟效益，根據(jù)管道沿線的自然條件和土壤地質(zhì)等情況，選用防腐性能較好的防腐層。 管道外防腐層的選用應從涂層的絕緣性、穩(wěn)定性、耐陰極剝離強度、機械強度、粘結(jié)性、耐植物根刺、 耐微生物腐蝕以及易于施工和現(xiàn)場補口等方面綜合考慮。目前國內(nèi)外常用的管道防腐層主要有環(huán)氧粉末、環(huán)氧煤瀝青、石油瀝青、煤焦油瓷漆、聚乙烯膠帶、環(huán)氧粉末聚乙烯復合結(jié)構(gòu)等。

4 結(jié)束語

總之，為了有效解決天然氣壓縮機組目前存在的腐蝕問題，應先對其現(xiàn)象有正確而深入的認識，通過對腐蝕材料、介質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物的研究，搞清腐蝕的原因，以現(xiàn)有的防腐理論為依據(jù)，通過對比實驗和結(jié)果監(jiān)測，找到解決該問題的方法。

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