含硫化氢天然气对处理设备的腐蚀及相应防腐措施

黄龙晖，陈浩，段兴飞

长庆油田分公司第一采气厂，陕西省榆林市 718500

摘要：我国含硫天然气资源在总资源所占比例较高，且随着社会经济发展，天然气需求日益增长，对含硫气田开发力度加大。鉴于这些富含硫化氢、二氧化碳、水及其他颗粒等具有腐蚀作用的介质原料气对设备的腐蚀越来越严重，在当前提倡安全生产第一，保护生态环境，走可持续发展道路的理念环境下，如何提高处理硫化氢对原料气处理装置腐蚀问题已引起相关部门和从业人员的重视。本文通过分析硫化氢天然气腐蚀的危害和防腐工作的重要意义，探讨如何采取有效措施减少腐蚀危害，延长天然气处理设备的使用寿命，以达到进一步提高设备安全性能，提高生产效率，降低生产成本和人身安全的目的。

关键词：硫化氢；天然气；处理设备；腐蚀；对策

当前我国社会经济得到蓬勃发展，对含硫天然气资源的开发使用力度也达到前所未有的程度，硫化氢作为剧毒气体，对人体、安全和环境都容易造成不良影响，特别是其对天然气处理设备的腐蚀破坏作用更是令人不敢小觑。多年来，由于硫化氢、二氧化碳等腐蚀介质对天然气设备造成的腐蚀破坏而引起的多起安全事故及一系列不可估计的损失，因此如何提高H₂S天然气处理设备的防腐处理措施必须给予足够重视。

1天然气处理设备概述

天然气开采和利用过程中首要考虑的是如何保证天然气的质量符合国家标准，以达到防止天然气管输送系统的腐蚀和保障居民健康安全的目的。根据我国天然气标准(GBl7820～1999)规定，作为民用燃料的一级天然气硫化氢含量应不高于6 m/m³，总硫应不高于100 m/m³；二级天然气含硫化氢应不高于20 mg／m³，总硫应不高于200mg／m³。因此，对于刚开采的富含硫化氢、二氧化碳、水及其他颗粒的天然气，必须要在天然气净化厂中经过过滤分离器、脱硫吸收塔、脱水吸塔、再生塔、三甘醇再生器、气液分离器、活性炭过滤器等设备进行脱烃、脱硫、脱水处理。如果不经过合格处理，这些介质就会混合，导致天然气处理设备发生腐蚀、损害等情况，还可能堵塞整个天然气仪表管道，严重影响了整个天然气处理工作的平稳运行。

2硫化氢的性质

硫化氢是一种具有臭鸡蛋味且可燃性的无色气体，分子量是34.08，在空气中的体积占比达到4.3%-45.5%时会发生爆炸，在标准大气压下，它随着温度的升高在水中的溶解度而不断降低。硫化氢在干燥情况下对金属材料腐蚀作用不明显，只有在水存在的情况下，硫化氢分子容易发生分解，从而对金属材料产生化学性腐蚀或者电化学腐蚀。

3 硫化氢对天然气处理设备的腐蚀类型

3.1电化学腐蚀

天然气中的硫化氢气体在接触其他含有水的介质后，容易形成硫化氢溶液，硫化氢溶液溶于水后，容易形成电离现象。硫化氢溶液中的H₂^-离子、H⁺离子、H₂S^-离子和H₂S分子在水溶液中容易对接触到的天然气设备的金属材料产生氢去极化，过程中释放的H⁺离子是强去极化剂，极易在阴极夺取电子形成电流，从而使电流造成不同程度的反应，使金属全面腐蚀，最终形成均匀腐蚀、坑蚀和点蚀，不同的侵蚀随着时间的推移会造成天然气处理设备的管壁不断变薄，最终会造成设备管壁厚度太薄达不到抗压强度要求，致使设备报废淘汰。

3.2应力腐蚀

在足够高的硫化氢分压环境下，天然气处理设备的金属材料受到硫化氢电解质和电化学腐蚀作用和一定的拉应力的共同作用，从而毫无明显预兆的发生突然性脆性断裂，这就是硫化氢应力腐蚀。它发生的历经时间又长又短，腐蚀裂纹大体上呈沿着垂直于拉应力方向发展的枯树枝状，主要分为穿晶型、沿晶型和混合前两种形态的混合型。由于它发生没有明显预兆，具有突发性极强，严重影响设备正常使用的特点，又被成为“灾难性腐蚀”，具有极强的危害性。

3.3氢诱发裂纹

硫化氢在有水或者潮湿情况下易溶于水中并形成氢电离过程，氢离子容易不断聚集渗透到金属材料特别是内部有孔缺的位置，导致金属材料内部夹层组织不断出现异常，经不断扩散后形成分层裂纹，当裂纹发展到在垂直面上一定厚度时就出现断面，从而引起天然气设备的破坏。

4天然气处理设备的防腐措施

4.1处理硫化氢电化学腐蚀的对应措施

为防止天然气中硫化氢中的酸性油气对碳钢和低合金钢等金属设备进行电化学腐蚀，合理添加缓蚀剂是一种经济且适应性较强的防腐蚀保护措施，缓蚀剂可以抑制腐蚀环境中金属电化学腐蚀破坏，只需在腐蚀介质中加入少量就可以有效降低金属设备的腐蚀速率，前提必须保证添加剂量要准确无误。另一种措施就是在金属材料设备采用涂层和衬里将腐蚀介质和设备材料隔开。衬里层通常采用耐腐蚀的不锈钢材料，通过热套方式进行施工，这对高温度的控制必须精准，否则容易对不锈钢的冲压造成不良影响。其次涂层必须不污染介质且具有高强度的耐蚀能力，能适应操作温度、工作压力和液体冲刷，这样才能与设备金属进行结合，形成连续致密的覆盖层。由于涂层和衬里都需要相应严格的施工、质量检测和修复技术要求，导致成本较高，只有特殊情况下才采用。

4.2处理硫化氢应力开裂的对应措施

酸性天然气对金属设备容易引起硫化氢应力开裂，因此在设备设计选材和技术要求上采取相应的措施来保证安全性。一是要注重选材合理，材料必须选用符合《天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求》的相关规定：含镍量必须低于1%，屈服强度应低于360MPa，硬度值必须小于或等于HRC22。同时要注意设备的壁厚，设备钢板要进行相应超声检测应逐张数据。二是要注重设备拉应力的处理。在针对焊接、冷加工和安装时产生的残余应力，要注重在设计、制造和安装中的技术处理，如在设备焊接加工完毕后要进行消除残余应力的退火处理，并在退火后对焊缝进行硬度检查，已保证焊接接头整个断面的硬度控制在HRC22以内。

4.3注重提高天然气设备管理人员整体专业素质

在整个过程中还要提高天然气处理设备相关管理人员的自身素质和水平，增强其管理人员的专业化能力和水平。相关天然气处理设备工作人员要清楚的认识到整个工作的重要性，真正发挥其积极意义。不仅如此，还需要定期对工作人员开展专业知识培训工作，让其能够及时掌握现代化设备的操作与管理技巧，提升其专业素养。相关天然气设备生产单位也要做好设备管理工作，不断提高整个设备的质量和水平。

5 结束语

综上所述，硫化氢对天然气处理设备的腐蚀类型虽然分为主要三种类型，但它们对设备的危害不容忽视，如果不加以重视，很容易造成严重的人身财产安全生产事故，造成难以挽救的损失。只有高度重视天然气设备和合理设计、材料标准的严格选用以及相关防腐蚀工艺的选用，才能保证天然气设备的安全使用，提高安全生产效率。

参考文献：

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