天然气离心压缩机硫腐蚀的防治措施研究

何 逍

（神华宁煤集团有限公司煤制油项目建设指挥部，宁夏银川750001）

0 引言

石油和化学工业是中国的基础工业，衡量一个国家工业化水平的高低，石油和化学工业的发展水平占有很大的比重。由于腐蚀问题，每年给中国石油和化学工业带来极为严重的损失，甚至制约着石油和化学工业的发展。 根据统计，每年由于腐蚀造成的经济损失约占国民经济总产值的4%，石油和化学工业则高达6%，据此推算，2010 年中国腐蚀造成经济损失已达16000 亿元，石油和化学行业的损失为24000亿元。

1 材料的选择和后续处理

关于金属防腐材料的研究工作，主要有以下三个方面：

1.1 合金化

在基体金属中加入一定比例的能促进钝化的合金成分，便得到耐蚀性优良的材料。 如Fe 中加入Cr，当Cr 量达12%以上时，就称为不锈钢，在氧化环境中它的表面可以生成钝化膜，有很高的耐蚀性。 含Cr 18%、Ni 9%的Cr、Ni 不锈钢是工业和民用中应用最广的耐蚀合金。

1.2 表面处理

金属保护中常对其表面进行处理以防止腐蚀。金属在接触使用环境之前，先用钝化剂或成膜剂（铬酸盐、磷酸盐、碱、硝酸盐和亚硝酸盐混合液等）处理，表面生成稳定密实的钝化膜，抗蚀性大大增加。

在金属表面处理时，进行电镀或热渗镀，表面渗镀层在氧化性环境内产生钝化膜，它的抗高温氧化能力和某些耐蚀性优于内部。 钢铁部件表面发蓝也是一个广为应用的例子。

较新的一种表面技术是离子注入法，一般用离子注入机，使B、C、P、Si、N、Mo、Pd、Pt 等元素或贵金属电离、加速，高能离子与基体金属相撞击进入表面，形成一定深度和浓度的非晶态合金层，具有比基体金属高得多的耐蚀性。

1.3 新材料的研制

与传统金属和合金材料相比，新型防腐材料在其性能上有着独特的优势，因此得到深入的研究，但实际工业应用却不是很广泛。其中材料的复合化是该领域的研究热点。 有关内容可以参考相关文献资料，此处不赘述。

2 内部腐蚀控制

对于大型设备或者不便拆换的零件，不能随意替换零件，为了缓解其在服役过程中发生的腐蚀，我们可以通过对设备内部的腐蚀破坏处进行调整，采取一些易行且有效的防腐手段，常见的内部腐蚀控制手段有三个方面。

2.1 防腐涂层

用有机涂料保护大气中的金属结构是应用最广的传统防腐手段。这些涂料覆盖在金属表面，干后形成多孔薄膜，虽然不能使金属与介质完全隔绝，但增大介质通过微孔的扩散阻力和溶液电阻，使腐蚀电流下降。 在缓和的环境（如大气、海水等）中，微孔底金属腐蚀缓慢，腐蚀产物可堵塞微孔，有很长的使用寿命。 但这种方法不适于强腐蚀溶液（如酸）中，因为金属腐蚀迅速并产生氢气，会使漆膜破裂。

2.2 添加缓蚀剂

通常凝析液管线和非正常状态下的油气管线需要添加缓蚀剂。缓蚀剂一般是微量填加的，以使系统具有缓蚀作用。 大多数用于油气生产的缓蚀剂都是专用配方，通常以复杂的化学有机物为基础，含有胺或脂肪族氨基化合物或环状碳氢化合物，并同时含有表面活性剂和其它填加剂。缓蚀的机理主要是通过物理或化学吸附，吸附到金属表面，从而在工艺流体的腐蚀性组分和管壁之间形成一个屏障。选择缓蚀剂类型必须以寻找和能有效减缓有可能被破坏部位的腐蚀为基础。

2.3 脱水与脱硫处理

干燥的含硫天然气在常温下不腐蚀钢材， 因此对于高压集输管线，当脱硫不能完全消除天然气对管线的腐蚀时，较合理的方法是采用深度脱水，控制其露点低于管道的最低工作温度，这样可以使管内不产生积水，防止管内发生电化学腐蚀和SSC。 各国对管输天然气中H2S 含量的控制标准要求都比较严格， 美国商品规格天然气要求H2S含量小于等于5.65 mg/m3，我国输气管道天然气中H2S 的控制标准为小于20 mg/m3。

2.4 调整介质环境

如果能消除金属材料和设备在使用环境中引起腐蚀的各种因素，腐蚀就会中止或减缓。 但是多数环境条件是无法控制的，如大气和土壤中的水分、海水中的氧等都不可能除去。 生产流程也是不能任意改动的，这时可以调整局部环境。例如对于锅炉进水设备，可以在水中经常加入碱或酸以调节pH 至最佳范围（通常接近中性），可以防止冷却水对换热器和其他设备的结垢、穿孔；炼制石油的工艺中也常加碱或氨，使生产流体保持中性至弱碱性。

3 外部腐蚀控制

对于封闭的大型设备，不能更改其结构和配置。 因此可以考虑在设备外部进行防腐处理，主要是基于电化学手段的阴极保护和阳极保护，也有外防涂层。

3.1 阴极保护

阴极保护是为管道防腐层破损的地方提供保护，包括外加电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护两种方法。外加电流阴极保护法具有保护范围广，输出电流、电压可调，受环境干扰少，对大型的库区、管道投资费用低等优点，缺点是需要外加电源，维护工作量大。牺牲阳极阴极保护法不需要外加电源，保护电流的利用率较高，机动灵活，但保护范围小，一般只适用于小范围保护或作为对外加电流法的补充保护。 在确定阴极保护方案时应进行经济比较，对于长输管线多采用外加电流阴极保护。 进行阴极保护设计时，须根据自然环境、地质情况、土壤电阻率等现场勘测的状况，确定电流需求、阳极地床类型等；指定的材料、仪器必须适用于当地有可能出现的极端气候条件；对于管道穿（跨）越点和管线附近的金属构筑物，须给予特别注意；管线铺设后，阴极保护不能立即投运的须考虑临时性阴极保护（根据土壤电阻率而定）。

3.2 阳极保护

一些可以钝化的金属，当从外部通入电流，电位随电流上升，达到致钝电位后，腐蚀电流急速下降，后随电位上升，腐蚀电流不变，利用这个原理， 以要保护的设备为阳极导入电流， 使电位保持在钝化区的中段，腐蚀率可保持很低的数值。 在保持钝性的电位区间，决定金属的阳极溶解电流密度大小的是钝化膜的溶解速度，所以，金属的钝态不是热力学稳定状态，而是一种远离平衡的耗散状态。 阳极保护法需要一台恒电位仪以控制设备的电位（以免波动时进入活化区或过钝化区）。 由于只适用于可钝化金属，所以这种方法的应用受到限制。 阳极保护法在工业上用于生产、 处理H2SO4、H3PO4、NH4HCO3溶液、NH4NO3复合肥等的不锈钢或碳钢制容器和设备等。

3.3 外防涂层

管道外防腐层选择的好坏直接关系到管道的使用寿命，因此在选择管道外防腐层时应着眼于长远经济效益，根据管道沿线的自然条件和土壤地质等情况，选用防腐性能较好的防腐层。 管道外防腐层的选用应从涂层的绝缘性、稳定性、耐阴极剥离强度、机械强度、粘结性、耐植物根刺、 耐微生物腐蚀以及易于施工和现场补口等方面综合考虑。目前国内外常用的管道防腐层主要有环氧粉末、环氧煤沥青、石油沥青、煤焦油瓷漆、聚乙烯胶带、环氧粉末聚乙烯复合结构等。

4 结束语

总之，为了有效解决天然气压缩机组目前存在的腐蚀问题，应先对其现象有正确而深入的认识，通过对腐蚀材料、介质和腐蚀产物的研究，搞清腐蚀的原因，以现有的防腐理论为依据，通过对比实验和结果监测，找到解决该问题的方法。

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