20钢在90℃H2S-HCl-H2O环境中腐蚀行为研究

论文摘要

随着原油中含硫量的大大增加,石油炼制过程中设备的H2S腐蚀变得日益严重。其中,常减压蒸馏塔顶冷凝水系统腐蚀问题尤为突出。脱盐处理中形成的H2S和HCl,在常减压蒸馏过程中与H20一起冷凝形成低温H2S-HCl-H2O腐蚀环境从而对金属材料造成严重腐蚀。因此研究金属材料在此环境下的腐蚀行为与机理以及相应的防护技术势在必行。有关碳钢等金属材料的H2S腐蚀问题报道较多,研究环境大多数是在室温条件下通入饱和H2S的NaCl溶液。而针对高含硫原油炼制常减压塔顶冷凝水系统,利用电化学技术在室温以上H2S-HCl-H2O腐蚀体系中系统地研究碳钢的腐蚀规律及其防护技术的研究工作甚少。为此本工作利用失重法、电化学测试技术、结合SEM形貌观察和XRD物相分析,系统研究了20钢在90℃H2S-HCl-H2O腐蚀体系中的腐蚀行为,探讨了三乙烯四胺对20钢的缓蚀作用与机理。研究结果表明：1、90℃H2S溶液中,H2S促进了20钢阴极析氢过程,碳钢腐蚀速率随H2S浓度升高而增大；金属表面形成了一层不具有保护作用的硫化物四方硫铁矿；HaS使得金属表面发生了严重的微电偶腐蚀导致碳化物破坏与脱落,从而形成腐蚀坑。2、90℃HCl溶液中,20钢表面表现为严重的均匀腐蚀,HCl浓度升高,碳钢阴极析氢过程加剧,腐蚀电位升高,腐蚀速率增大。3、在90℃含有不同浓度HCl的H2S溶液中,20钢腐蚀过程受阴极H+去极化过程控制,腐蚀速率随HCl浓度升高而增大；HCl减弱了20钢腐蚀过程中的非法拉第过程,从而改变了碳钢的腐蚀形貌,使得金属表面呈现严重的均匀腐蚀而未出现明显的腐蚀坑；HCl存在与否,20钢表面腐蚀产物主要成分均为四方硫铁矿的硫化物,但是HCl浓度升高,硫化物溶解速率增大而不易在金属表面沉积。4、考察HCl浓度一定H2S浓度对20钢腐蚀行为的影响发现：当溶液中HCl浓度较低（0.005wt.%）时,碳钢腐蚀过程主要受氢去极化过程控制,随着H2S浓度增加,氢去极化过程加剧,腐蚀速度加快；HCl浓度为0.100 wt.%时,碳钢腐蚀过程表现为阴、阳极混合控制,H2S对碳钢腐蚀过程起到了一定程度的阻碍作用；所研究两种体系下,碳钢都表现为严重的均匀腐蚀。5、极化测定结果表明,三乙烯四胺在90℃H2S-HCl-H2O体系中呈现混合型中和缓蚀特征,但对碳钢的阳极过程表现出更加有效的抑制作用；pH为6.05时（199.0 mg L-1H2S+0.010wt.%HCl）,TETA具有最好的中和缓蚀效果,碳钢腐蚀速率显著降低；TETA在含有较高浓度H2S与HCl的模拟液中（341.7 mg L-1 H2S+0.050wt.% HCl）呈现更好的中和缓蚀作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 炼油设备的腐蚀
• 1.1.1 原油中的腐蚀介质
• 1.1.2 石油加工中的腐蚀环境
• 2S-HCl-H₂O型腐蚀'>1.2 低温H₂S-HCl-H₂O型腐蚀
• 2S-HCl-H₂O环境下的防腐措施'>1.3 H₂S-HCl-H₂O环境下的防腐措施
• 2S腐蚀研究概述'>1.4 H₂S腐蚀研究概述
• 2S环境下金属的腐蚀行为与机理'>1.4.1 H₂S环境下金属的腐蚀行为与机理
• 2S腐蚀的影响因素'>1.4.2 H₂S腐蚀的影响因素
• 2S腐蚀的预防与控制'>1.4.3 H₂S腐蚀的预防与控制
• 1.5 研究目的与内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 实验材料及化学试剂
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 主要化学试剂
• 2.2 实验仪器与装置
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验装置
• 2.3 腐蚀介质与实验环境
• 2.4 测试方法
• 2.4.1 腐蚀失重
• 2.4.2 腐蚀电化学测试
• 2.4.3 腐蚀产物分析与形貌观察
• 2.5 本章小结
• 2S浓度对20钢腐蚀行为的影响'>第3章 H₂S浓度对20钢腐蚀行为的影响
• 3.1 实验环境
• 3.2 碳钢显微结构
• 3.3 碳钢腐蚀行为
• 3.3.1 腐蚀失重
• 3.3.2 动电位极化曲线
• 3.3.3 电化学阻抗谱
• 3.3.4 腐蚀形貌分析
• 3.3.5 腐蚀产物分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 HCl浓度对20钢腐蚀行为的影响
• 4.1 实验环境
• 4.2 碳钢腐蚀行为
• 4.2.1 腐蚀失重
• 4.2.2 动电位极化曲线
• 4.2.3 电化学阻抗谱
• 4.2.4 腐蚀形貌观察
• 4.3 本章小结
• 2S溶液中HCl浓度对20钢腐蚀行为的影响'>第5章 H₂S溶液中HCl浓度对20钢腐蚀行为的影响
• 5.1 实验环境
• 5.2 碳钢腐蚀行为
• 5.2.1 腐蚀失重
• 5.2.2 动电位极化曲线
• 5.2.3 电化学阻抗谱
• 5.2.4 腐蚀形貌分析
• 52.5 腐蚀产物分析
• 5.3 讨论
• 5.3.1 HCl对碳钢非法拉第腐蚀过程的影响
• 5.3.2 腐蚀产物形成与溶解机理
• 5.3.3 电化学阻抗谱数学解析
• 5.4 本章小结
• 2S浓度对20钢腐蚀行为的影响'>第6章 HCl溶液中H₂S浓度对20钢腐蚀行为的影响
• 6.1 引言
• 6.2 实验环境
• 6.3 碳钢腐蚀行为
• 6.3.1 腐蚀失重
• 6.3.2 极化曲线
• 6.3.3 电化学阻抗谱
• 6.3.4 腐蚀形貌
• 6.4 腐蚀机理
• 6.5 本章小结
• 2S溶液中三乙烯四胺对20钢的缓蚀行为'>第7章 H₂S溶液中三乙烯四胺对20钢的缓蚀行为
• 7.1 引言
• 7.2 实验环境
• 7.3 碳钢腐蚀行为
• 7.3.1 腐蚀失重
• 7.3.2 极化曲线
• 7.3.3 电化学阻抗谱
• 7.3.4 腐蚀形貌
• 7.4 TETA缓蚀机理
• 7.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢