再生塔顶冷凝系统二氧化碳腐蚀行为研究

高　甜，梁文龙

(西安石油大学单位机械工程学院，陕西　西安　710065)



再生塔顶冷凝系统二氧化碳腐蚀行为研究

高甜，梁文龙

(西安石油大学单位机械工程学院，陕西西安710065)

在脱硫再生塔顶冷凝系统的连接管线中、冷却器的换热管线表面因CO2的存在发生均匀腐蚀或局部腐蚀。针对此现状，以管线为研究对象，采用极化测试试验法，对常用三种管线钢20#钢，Q345R钢，321不锈钢进行腐蚀试验研究，得出40 ℃时Q345R的耐蚀性最好，50、60 ℃时，321不锈钢的耐蚀性效果最明显；50 ℃的Q345R腐蚀速率最大，321不锈钢腐蚀速率的波动范围最大，20#钢腐蚀速率波动相对平缓。

冷凝系统；管线；极化测试；CO2腐蚀特性

脱硫再生塔是炼油工艺过程中必不可少的设备，其中炼厂脱硫是炼油工艺过程中较为通用的一种工艺过程[1]，长期以来，随着炼油厂高硫、高酸、高含盐、高密度的劣质原油产量逐渐增大，原油的碳含量和酸值也同步增加[2]，设备加工负荷增大，腐蚀严重，而且影响腐蚀速率的因素也非常的多，其中CO2对设备的腐蚀作用明显[3-4]，所以研究CO2对脱硫再生塔冷凝系统的腐蚀极其重要。

1　实验部分

1.1实验介质及材料

本文利用CS310电化学测试系统对炼油厂脱硫再生塔顶冷凝系统常用的三种材料20#钢，Q345R钢，321不锈钢在模拟腐蚀介质下的腐蚀行为进行电化学腐蚀试验研究，试验所用仪器有CS310电化学测试系统，XH-pHP9600酸度测试仪，HH.SY21-Ni型电热恒温水浴锅，TG428A电子分析天平，四口烧瓶，药品有碳酸钠，碳酸氢钠，氯化钠，硫代乙酰胺等。

1.2实验方法

将工作电极材料加工成圆柱体，用电烙铁将导线焊在工作电极的一个底面，试件和导线固定在塑料管中，保证露出试样没有焊接导线的端面，将工作电极放在干燥处24 h后用500#、800#、1000#的砂纸打磨，采用无水乙醇清洗，放置于干燥箱中待用。将配制好的介质溶液倒进四口烧瓶，放入恒温水浴锅中固定良好；将电极如图1所示放置，保证各个电极与介质溶液充分接触，再将参比电极放入盐桥内，同时保证工作电极、盐桥和辅助电极处于同一高度，但彼此间没有接触。最后把温度计固定于四口烧瓶内，将四口烧瓶放入加热到试验温度的水浴锅内，待烧瓶中的溶液介质达到试验所需温度。

图1　电解池和电极连接图

2　结果与讨论

当腐蚀溶液pH=3时，不同材质在不同温度下的极化曲线如图2～图4所示。

图2　pH=3时20#在不同温度下的极化曲线图

图3　pH=3时Q345R在不同温度下的极化曲线图

图4　pH=3时321不锈钢不同温度下的极化曲线

pH为3时，各种材质在不同温度下的极化曲线通过tafel拟合，得到的结果如表2所示。

表1　pH为3时各材质的拟合结果表

续表1

Q345R40138.73200.150.0007-0.2748.381450262.051052.30.003-0.3015.69360101.91007.20.0004-0.3375.555321402131.8372.330.0009-0.1561.10150351.5197.2223.012-0.4220.35460482.58836.52.3140.05280.027

从表2中可以看出：在pH=3时，20#和Q345R钢在50 ℃时的腐蚀速率大于40 ℃和60 ℃时的腐蚀速率；321不锈钢的腐蚀速率随着温度的升高而大幅度的降低，到60 ℃时，腐蚀速率已经下降的0.027223 mm/a，60 ℃时，321不锈钢的抗腐蚀性好于20#钢及Q345R低合金钢；在40 ℃时，三种材质的腐蚀速率最大相差5.6077；50 ℃时，20#钢、321不锈钢的相差最大，相差50.51869。在强酸环境介质中，40 ℃时Q345R的耐蚀性最好，可以优先选取；50、60 ℃时，321不锈钢的耐蚀性效果最明显。

图5　pH=7时20#在不同温度下的极化曲线图

图6　pH=7时Q345R不同温度时的极化曲线图

图7　pH=7时321不锈钢不同温度的极化曲线图

当腐蚀溶液pH=7时，不同材质在不同温度下的极化曲线如图5～图7所示。

pH为7时，各种材质在不同温度下的极化曲线通过tafel拟合，得到的结果如表2所示。

表2　pH=7时20#的极化曲线的拟合结果

通过拟合结果表得出：在pH=7时，50度下的Q345R钢腐蚀速率最大，321不锈钢的腐蚀速率的相对波动范围最大，20#钢腐蚀速率波动相对平缓；321不锈钢的腐蚀速率远小于其它两种材料。

pH=9时不同材质在不同温度下的极化曲线如图8～图10所示。

图8　pH=9时20#不同温度的极化曲线图

图9　pH=9时不温度下Q345R的极化曲线图

图10　pH=9时321不锈钢不同温度下的极化曲线图

pH为9时，各种材质在不同温度下的极化曲线通过tafel拟合，得到的结果如表3所示。

表3　pH=9时20#的极化曲线的拟合结果

由表3看出：在pH=9时，三种材料在不同温度下的腐蚀速率相差程度减小，腐蚀速率最大的为20#，腐蚀速率最小的是321不锈钢；同时也可以得出：在pH为9时，温度对腐蚀速率的影响程度减小。

为了得到比较更准确的试验结论，本文研究了三种材质在不同pH值下的平均腐蚀速率的变化规律，其结果如表4所示。

表4　不同pH下的腐蚀速率表

将3种材质在不同的pH下的腐蚀速率变化通过折线图如图11所示。

图11　不同材料腐蚀速率折线图

通过表5和图11可以看出在pH=3时，三种材质的腐蚀速率都达到了最大值；在pH=9时，三种材质的腐蚀速率最小。由此可以得出，强酸条件时，各材质的腐蚀会加剧，在碱性环境下，腐蚀速率大幅度的减小。总体上得出的是321不锈钢的腐蚀速率远远小于其他两种钢。当在pH为5和9时，20#钢和Q345R的腐蚀速率相差不大。

3　结　论

(1) 在强酸环境介质中，40 ℃时Q345R的耐蚀性最好，可以优先选取；50、60 ℃时，321不锈钢的耐蚀性效果最明显。

(2) 在中性溶液中，50 ℃下的Q345R腐蚀速率最大，321不锈钢的腐蚀速率的波动范围最大，20#钢腐蚀速率波动相对平缓；321不锈钢的腐蚀速率远小于其它两种材料。

(3) 在强碱环境介质中，三种材料在不同温度下的腐蚀速率相差程度减小，腐蚀速率最大的为20#，腐蚀速率最小的是321不锈钢。

[1]中国腐蚀与防护学会主编. 腐蚀试验方法与防腐蚀检测技术, 1996.

[2]梁成浩,李淑英，邵承宏,等.再生塔顶冷却器腐蚀原因及防护[J].2001,30(B05):16-17.

[3]宋思哲.腐蚀电化学研究方法[M].北京:化工业出版社,1988:10-19.

[4]张鉴清.电化学测试技术[M].北京:化学工业出版社,2010:300-351.

Study on Carbon Dioxide Corrosion Behaviors of Regeneration Overhead Condensing System

GAOTian,LIANGWen-long

(School of Mechanical Engineering, Xi’an Shiyou University, Shaanxi Xi’an 710065, China)

In the desulfurization regeneration overhead condensing system connecting line, surface cooler tubes line occurs uniform corrosion or localized corrosion due to the presence of CO2. For this situation, in the pipeline for the study, polarization test was used for the corrosion of 20# steel, Q345R steel, 321 stainless steels. The result showed that in 40 ℃, Q345R showed the best corrosion resistance. In 50～60 ℃, the corrosion resistance of stainless steel 321 had most obvious effect. Q345R reached the maximum corrosion rate in 50 ℃, 321 stainless steel had the largest corrosion rate, 20# steel corrosion had relatively flat rate fluctuation.

condensate systems; tube plate; polarization test; corrosion properties of CO2

TQ

A

1001-9677(2016)03-0098-04