REAC系统水相介质中碳钢的腐蚀行为研究

论文摘要

加氢裂化技术是石油炼制过程重质油轻质化的核心技术。其中,反应流出物空冷器（REAC）及相连管道的普遍性失效问题,已成为制约加氢裂化装置安全运行的关键因素。REAC出口管道系统腐蚀性介质主要成份是NH3和HS-,pH值为8.510。本文研究了20#碳钢在REAC系统水相介质中的腐蚀速率以及腐蚀行为,并研究了碳钢在含硫水溶液中腐蚀行为的影响因素,分析了腐蚀产物的微观表面形貌、物相组成以及腐蚀过程等。采用稳态极化曲线和电化学阻抗谱研究了碳钢在硫化钠水溶液中腐蚀行为的影响因素。结果表明,随着硫化钠质量分数的增大,腐蚀速率先增大后降低,硫化钠质量分数为2%时腐蚀速率最大;当硫化钠质量分数大于1%时,经历阳极极化碳钢电极表面可以生成钝化膜,阻碍碳钢的进一步阳极溶解。随着氨水和SO4 2?浓度的增加,碳钢在硫化钠水溶液中的腐蚀行为特征基本没影响;但氨水的添加,明显加速了碳钢在硫化钠水溶液中的腐蚀。Cl-浓度较低时,可缓减碳钢在硫化钠水溶液中的腐蚀速率,当其浓度超过一定值后,可加剧碳钢在含硫水溶液中的腐蚀;同时,Cl-会减弱碳钢电极表面在含硫水溶液中的钝化能力。钝化区电位100mV和200mV下的EIS复平面图可观察到阻挡层扩散阻抗,表明碳钢在硫化钠水溶液中,碳钢电极表面会生成一定厚度的腐蚀产物膜。采用失重法、稳态极化曲线和电化学阻抗谱（EIS）研究了碳钢在REAC系统水相介质的腐蚀速率以及腐蚀行为。结果表明,随着浸泡时间的延长,腐蚀速率先减小后增大,50小时左右达到点蚀临界点;随着温度的升高,腐蚀速率增大。碳钢在REAC系统水相介质中经历阳极极化时会发生活性溶解,活化-钝化,钝化和过钝化过程;碳钢在REAC系统水相介质中生成的钝化膜存在破裂和再生长过程。碳钢在REAC系统水相介质中经历阴极极化时,在-900-1100 mV范围内,极化曲线出现电流密度平台。不同极化电极电位下的电化学阻抗行为不同,EIS图谱观察到的由第一象限向第二象限转移且具有负电阻的容抗弧,标志着钝化的本质。采用恒电位电解、扫描电子显微镜（SEM）、X-射线能谱（EDS）和X-射线衍射（XRD）研究了碳钢在REAC系统水相介质中钝化电位下的腐蚀产物形貌、元素组成以及物相成分组成。结果表明,在钝化电位下进行恒电位电解半小时后,碳钢电极表面会生成一层黑色腐蚀产物;在电解过程中都出现了腐蚀膜的破裂和再生过程;SEM观察到腐蚀产物中存在少量不导电的物质,腐蚀产物颗粒大小不一、大部分团聚在一起。EDS检测到腐蚀产物主要含S、Fe、O等元素; XRD检测到腐蚀产物主要为单质S和硫铁化合物（FexSy）和Fe2O3。Fe2O3的生成主要是由硫铁化合物在空气中自燃生成的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 REAC 系统腐蚀概述
• 1.2.1 REAC 系统腐蚀环境
• 1.2.2 REAC 系统的腐蚀机理
• 1.2.3 REAC 系统腐蚀的影响因素
• 1.2.4 REAC 系统腐蚀的原因
• 2S 的腐蚀概述'>1.3 H₂S 的腐蚀概述
• 2S 腐蚀特征'>1.3.1 H₂S 腐蚀特征
• 2S 水溶液中碳钢的腐蚀机理'>1.3.2 H₂S 水溶液中碳钢的腐蚀机理
• 2S 水溶液中钢材腐蚀的影响因素'>1.3.3 含H₂S 水溶液中钢材腐蚀的影响因素
• 1.4 论文的选题及其意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要试剂材料与仪器设备
• 2.1.1 主要试剂材料
• 2.1.2 主要仪器设备
• 2.2 主要实验装置
• 2.2.1 电化学测量装置
• 2.2.2 失重测量装置
• 2.3 工作电极的制备及表面预处理
• 2.3.1 工作电极的制备方法
• 2.3.2 表面预处理方法
• 2.4 测试方法
• 2.4.1 电化学测试方法
• 2.4.2 失重法
• 2.4.3 腐蚀产物表征方法
• 2.5 腐蚀速率计算方法
• 2.5.1 极化曲线法
• 2.5.2 失重法
• 2.6 本章小结
• 第三章 含硫水溶液中碳钢的腐蚀行为
• 3.1 引言
• 3.2 主要实验内容
• 3.2.1 稳态极化曲线测试
• 3.2.2 电化学阻抗谱测试
• 3.3 结果分析与讨论
• 3.3.1 硫含量对碳钢腐蚀行为的影响
• 3.3.2 氨水浓度对碳钢腐蚀行为的影响
• -浓度对碳钢腐蚀行为的影响'>3.3.3 Cl^-浓度对碳钢腐蚀行为的影响
• 4^2-浓度对碳钢腐蚀行为的影响'>3.3.4 SO₄^2-浓度对碳钢腐蚀行为的影响
• 3.3.5 EIS 测试不同极化电位下碳钢的腐蚀行为
• 3.4 本章小结
• 第四章 REAC 系统水相介质中碳钢的腐蚀行为
• 4.1 引言
• 4.2 主要实验内容
• 4.2.1 碳钢的自腐蚀电位测试
• 4.2.2 碳钢的腐蚀速率测试
• 4.2.3 碳钢在REAC 系统水相介质中的腐蚀行为测试
• 4.2.4 恒电位电解
• 4.2.5 碳钢产物的物相分析
• 4.2.6 碳钢产物的微观表面形貌分析
• 4.3 结果分析与讨论
• 4.3.1 REAC 系统水相介质中碳钢的自腐蚀电位测试
• 4.3.2 REAC 系统水相介质中碳钢的腐蚀速率
• 4.3.3 不同浸泡时间下碳钢腐蚀的EIS 测试
• 4.3.4 REAC 系统水相介质中碳钢的阳极极化行为
• 4.3.5 REAC 系统水相介质中碳钢的阴极极化行为
• 4.3.6 恒电位电解
• 4.3.7 腐蚀产物表征
• 4.3.8 REAC 系统水相介质中碳钢腐蚀过程分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文研究工作的总结
• 5.2 发展展望
• 参考文献
• 硕士在读期间发表的论文
• 致谢