硫化氢对机泵机械密封轴套的腐蚀

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摘 要：介绍了含湿水硫化氢介质对机械密封中2Cr13轴套的腐蚀过程和原因分析，通过腐蚀性质分析提出有效的解决办法，避免因轴套腐蚀造成介质泄漏。
关键词：机械密封;腐蚀 H2S;2Cr13
泵是一种典型的液体输送机械，广泛应用于石油、煤化工等行业。由于金属材料的选型不当带来的腐蚀泄漏又会带来巨大的经济损失，不仅涉及范围极为广泛，而且受诸如材料、接触介质等多种因素影响。本文通过现场机泵机械密封轴套处突然泄漏的检修来分析普通不锈钢在H2S酸溶液中的腐蚀。
1 现场拆检情况
从现场拆检的轴套内部来看，可以看到金属表面相当一部分表面腐蚀基本很轻微，有的甚至肉眼看不到，只是局部有很小的部分，不仅尺寸很小，而且被腐蚀产物所覆盖，将覆盖物去除后即暴露出腐蚀坑，见图1。
根据上图轴套腐蚀情况来看，该轴套最初发生腐蚀的是机械密封动换“O”型圈与轴套接触点，待该处腐蚀破坏机械密封发生微量泄漏，之后大面积的腐蚀发生在本来处在干燥空气中的部位。
2 不锈钢腐蚀的机理
不锈钢之所以能大量运用在机械电子等产品中，是由于其性能稳定，可以抗腐蚀，其之所以能抗腐蚀，是有其特性决定的，在其表面可以形成一层钝化膜，这层膜化学性能稳定，与其他物质不易发生化学反应，可以良好的保护其结构，如果某一局部发生腐蚀，那么在设备高速或者长时间运作过程当中就会使其穿孔，从而影响其整体性能，这就给设备造成了一定的安全隐患，在一个整体设备中，一个零部件有安全隐患，那么就会对一个生产系统造成一定的安全隐患，如果不及时处理，长时间的运行有可能造成安全事故。
3 腐蚀过程
查资料得知，厂家轴套选用2Cr13马氏体不锈钢，轴套和轴密封处选择氯丁橡胶。机泵入口为常压储罐，液相甲醇（含H2S、S单质）含量98%，H2O含量2%，气相H2S分压25KPa，其余为N2和少量CO2，泵入口温度为45℃左右。不锈钢是钝化能力比较强的金属，在普通溶液中其钝化膜的溶解和修复处于动态平衡，氯丁橡胶在H2S酸溶液中长时间浸泡，游离出活性阴离子CL--，和金属离子结合形成可溶性氯化物，形成孔径很小的蚀核，有些蚀核可能再钝化而不再长大，而大部分蚀核继续长大，当孔径大于30μm时，金属表面即出现宏观可见的蚀坑，由于坑内金属表面处于活态，电位较负，蚀坑外金属表面处于钝化状态，电位较正，又构成一个微电池，形成电化学腐蚀，加剧了金属的点腐蚀。
（1）硫化氢电离出的HS-离子在电极表面的吸附;（2）HS-离子与表面膜反应生成Fe的硫化物膜，原有的氧化物膜不断被减薄;（3）随硫化氢浓度的增加，氧化膜最终完全转变为硫化物膜。主要电极反应如下：
H2S=H++HS-。
Fe2O3+6 H+=2Fe3++3H2O
Fe3++ HS- + H2O =FeXSY十OH-
当所含硫化氢浓度较低时，电极表面的氧化物膜并未完全被破坏，由于氧化膜层非常致密，因此电位降主要消耗在这层膜中，当硫化氢浓度较高时，电极表面的氧化膜完全被破坏生成的硫化为疏松结构，覆盖在点蚀坑的表面。
4 硫化氢腐蚀的防护
在工业领域中H2S是一个不可回避的问题，如何在石油，化工等重点能源行业中减少H2S的腐蚀危害一直是化工行业解决的问题，尤其当金属材料遭受H2S腐蚀时会产生点蚀、氢鼓泡等的问题，为了减小H2S腐蚀的危害性，延长设备的寿命，节省资源，减少事故的发生，必须采取适当措施来加以控制：（1）添加缓蚀剂。利用缓蚀剂的防腐作用来达到减缓钢材腐蚀的目的。通常情况下，中性介质中多使用无机缓蚀剂，以钝化型和沉淀型为主;酸性介质使用的缓蚀剂大多为有机物，以吸附型为主。（2）根据温度和H2S含量合理选择材质。钢中影响H2S腐蚀的主要元素为硫，硫元素则在钢中形成FeS非金属夹杂物。致使局部显微组织疏松，为提高钢的抗湿H2S腐蚀性能应减少夹杂物，限度制钢中硫含量、氧含量;在满足钢板的力学性能条件下，应尽可能降低钢的碳含量。
5 结论
很多情况下，点腐蚀和电化学腐蚀是相互存在的，为延长机械密封的使用寿命，从材料着手改变腐蚀的中间过程（1）选择O型圈材质，本质耐腐蚀，在氧的作用下也不会解离出CL-;（2）在经济基础上选择合适的轴套材质，选用304不锈钢。
参考文献：
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