含硫介质中耐蚀材料的选择及腐蚀机理研究

摘要

本文针对炼油过程中硫腐蚀严重的现象,重点讨论了硫离子浓度及温度对炼油设备常用几种材料的腐蚀性影响,研究了45＃碳钢、奥氏体不锈钢、电镀铬层、化学镀Ni-P合金镀层的腐蚀趋势,腐蚀速率及表面腐蚀形貌,揭示了耐硫腐蚀材料的特性及耐蚀机理。在实验过程中利用恒电位极化法研究了以上几种材料在含硫离子腐蚀介质中的电化学行为,通过失重法测试了所选材料在不同温度、不同浓度Na2S溶液中的腐蚀速率,采用金相显微观察焊缝的组织形貌,场发射扫描电子显微镜观察碳钢、不锈钢表面的腐蚀形貌,X射线光电子能谱仪及X射线衍射仪对Ni-P合金镀层的组成及结构进行了分析。结果表明:45#碳钢在含硫介质中随S2-质量分数的增加,腐蚀速率先降低后升高,S2-含量较低时,腐蚀主要为点蚀,S2-含量较高时,为均匀腐蚀。304钢、1Cr18Ni9Ti两种奥氏体不锈钢在含硫介质中的腐蚀,低温条件下为活化极化控制的腐蚀体系,较高温度条件下,不锈钢表面有钝化现象。对304钢采用手弧焊时,在相同焊接工艺条件下,利用A102焊条得到的焊缝在Na2S溶液中的腐蚀小于A307焊条得到的焊缝,A307焊条得到的焊缝存在较大颗粒夹杂,有较严重的晶间腐蚀。电镀铬层在含硫离子腐蚀介质中腐蚀时,温度在20℃～80℃范围内应避免硫离子在1.0％左右使用,最佳的硫离子使用范围为1.4%左右。在本文制定的化学Ni-P镀工艺配方条件下制备的化学镀层,磷含量为11.98%,镀层为非晶态镀层,表面具有胞状物结构,在80℃时该镀层的腐蚀速率仍在10-3g/m2·h数量级范围内,属于非常耐蚀的材料,为最佳选择的耐硫腐蚀材料。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 硫化物腐蚀机理

1.2.1 低温轻油湿硫化氢腐蚀机理

1.2.2 高温下硫化物的腐蚀机理

1.2.3 连多硫酸引起的应力腐蚀开裂机理

1.3 高硫原油加工的防腐对策

1.3.1 工艺防腐技术开发

1.3.2 材料表面改性技术开发

1.4 金属电化学腐蚀动力学

1.5 金属腐蚀速度的测定

1.5.1 极化曲线法测量金属的腐蚀速度

1.5.2 重量法测量金属的腐蚀速度

1.6 本课题研究的目的、内容和目标

1.6.1 研究目的

1.6.2 研究内容

1.6.3 研究目标

2 实验方法与方案设计

2.1 实验材料与设备

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验设备

2.2 实验方法

2.2.1 试样的制备

2.2.2 测试方法

2.3 实验方案设计

3 实验结果与分析

3.1 45 号碳钢在Na_2S 溶液中的腐蚀性

3.1.1 Na_2S 含量对碳钢极化行为的影响

3.1.2 温度对碳钢极化行为的影响

3.1.3 碳钢腐蚀形貌观察

3.2 奥氏体型不锈钢在Na_2S 溶液中的腐蚀性

3.2.1 304 钢在Na_2S 溶液中的腐蚀性

3.2.2 304 钢焊接接头在Na_2S 溶液中的腐蚀性

3.2.3 1Cr18Ni9Ti 在Na_2S 溶液中的腐蚀性

3.3 本章小结

4 镀层在含硫介质中的腐蚀性

4.1 电镀铬层在Na_2S 溶液中的腐蚀性

4.1.1 镀铬层的特点

4.1.2 镀层耐蚀性研究

4.2 化学镀Ni-P 合金镀层在Na_2S 溶液中的腐蚀性

4.2.1 化学镀液的特点

4.2.2 化学镀Ni-P 合金镀层在Na_2S 溶液中的腐蚀行为

4.3 本章小结

5 几种材料在含硫介质中的腐蚀性比较

5.1 Na_2S 溶液中极化行为分析

5.2 腐蚀形貌观察

5.2.1 宏观腐蚀形貌

5.2.2 微观腐蚀形貌

5.3 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录作者在硕士期间发表的论文