高硫原油環(huán)境下奧氏體不銹鋼的腐蝕行為

鄭 志 坤

（ 中國(guó)寰球工程公司 遼寧分公司， 遼寧 撫順 113006 ）

加氫裝置的設(shè)備和管道普遍存在著含硫及硫化氫的腐蝕環(huán)境［1］。因此具有較強(qiáng)的高溫抗腐蝕能力的304,316,321和347等奧氏體型不銹鋼被廣泛應(yīng)用。但是上述這些穩(wěn)定化的不銹鋼并不能完全避免晶間腐蝕和硫化物應(yīng)力腐蝕開裂等腐蝕性問題，特別是在一些高硫原油環(huán)境下，不銹鋼腐蝕開裂問題猶為突出。本文以TP321這種典型的奧氏體不銹鋼為例詳細(xì)討論其在高硫油品環(huán)境下的腐蝕行為。

1 材料分析

鋼管的化學(xué)成分見表1。

表1 鋼管的化學(xué)成分Table 1 Chemical Constituents of Pipes %

2 腐蝕分析

2.1 顯微檢驗(yàn)

以某石化公司一臺(tái)發(fā)生泄漏的換熱器為例，泄漏位置在管束處，詳細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)換熱管表面發(fā)生裂紋。裂紋與管子軸向呈現(xiàn)一定的角度，其四周聚集了一定量的褐色腐蝕產(chǎn)物。放大檢查發(fā)現(xiàn)裂紋為貫通裂紋（圖1）。選取管子有裂紋的部位，沿橫斷面切取試樣。制取金相試樣后在金相顯微鏡下觀察結(jié)果顯示為均勻的奧氏體組織，裂紋呈樹枝晶分布，且尾部呈尖銳狀（圖2）。

圖1 0.1 mm微裂紋Fig.1 Microstructure for 0.1 mm

圖2 1 mm裂紋Fig.2 Microstructure for 1 mm

2.2 腐蝕殘留物成分分析

對(duì)于分析裂紋產(chǎn)生的成因來說，管子所處得腐蝕環(huán)境是一個(gè)重要因素［2］。因此，有必要對(duì)裂紋處沉積的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行能譜分析，分析結(jié)果見圖3。能譜打點(diǎn)方向自裂紋尖端處開始，沿裂紋展開。分析結(jié)果表明裂紋尖端處腐蝕產(chǎn)物中含有高含量的S，遠(yuǎn)離尖端處的管子外表面裂紋則含量迅速下降。

圖3 裂紋處腐蝕聚積物成分譜線Fig.3 Spectrum Curve of Corrosion Product in Crack

2.3 裂紋斷口形貌分析

將試樣上的裂紋打開后發(fā)現(xiàn)，裂紋斷口粗糙。在掃描電子顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，裂紋在鏡管子外側(cè)向內(nèi)壁延伸的過程中生出很多二次裂紋（樹枝狀裂紋）。斷口處呈現(xiàn)河流花樣，并伴有韌窩，同時(shí)具備了脆性斷口和韌性斷口的特征（圖4）［3］。

圖4 試樣斷口的SEM形貌Fig.4 SEM Morphology of Fracture

2.4 運(yùn)行工況及裂紋成因分析

管子所處的環(huán)境為高硫原油，含硫量較普通原油高出很多，介質(zhì)中會(huì)含有大量的硫化物，這一點(diǎn)在腐蝕殘留物的能譜分析中已經(jīng)證實(shí)。根據(jù)金屬腐蝕的電極電位原理，硫化物提高了介質(zhì)中H的析出電位，使陰極反應(yīng)析出的氫原子很難形成氣態(tài)H逸出，使得原子H進(jìn)入了不銹鋼基體中，導(dǎo)致了鋼的脆性傾向。

裝置在運(yùn)行期間受到了高硫腐蝕，產(chǎn)生硫化物，這些硫化物大多為 FeS，見反應(yīng)式（1）。裝置停工期間溫度降低，氧氣進(jìn)入，潮濕的富氧環(huán)境為管子表面生成連多硫酸（H2SXO6）創(chuàng)造了條件，見反應(yīng)式(2)［4］。

當(dāng)連多硫酸生成以后，不可避免的會(huì)發(fā)生連多硫酸引起的晶間腐蝕，一旦遇到存在較大拉應(yīng)力的情況時(shí)，應(yīng)力腐蝕開裂就會(huì)隨之發(fā)生［5］

3 結(jié) 論

（1）高硫原油環(huán)境下，管子的裂紋主要是由于硫化物引起的晶間腐蝕以及應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）而產(chǎn)生的，這兩種腐蝕往往會(huì)交織在一起。

（2）奧氏體不銹鋼對(duì)高含量的硫化物仍然具有較高的應(yīng)力腐蝕開裂傾向。

（3）奧氏體不銹鋼具有較強(qiáng)的高溫抗腐蝕能力，但在高硫油品環(huán)境下由高溫到低溫轉(zhuǎn)化之后的腐蝕行為應(yīng)該引起足夠的重視。

［1］ 莫廣文，劉小輝. 加氫裂化裝置煉制高含硫原油腐蝕狀況及對(duì)策[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2002，19（2）：1-6．

［2］ 黃旭升. 換熱器管子與管板連接接頭技術(shù)研究[J]. 石油化工設(shè)備，2006，9（6）：13-15．

［3］ Teng Tso-Liang, Lin Chih-Cheng. Effect of welding condition on residual stresses due to butt welds[J]. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 1998, 75(12):857-864.

［4］ 李祖貽. 濕硫化氫環(huán)境下煉油設(shè)備的腐蝕與防護(hù)[J]. 石油化工腐蝕與防護(hù)，2001，18（3）：1-5．

［5］ 肖紀(jì)美. 應(yīng)力作用下的金屬腐蝕[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990．