硫化氢结垢物对离心式天然气压缩设备影响及应对措施.docVIP

硫化氢结垢物对离心式天然气压缩设备影响及应对措施 　　【摘要】在胜利油田伴生气内部，硫化氢、水含量逐年升高，对离心式压缩机组的影响日益明显。本文通过分析硫化氢结垢物的形成原理、影响及采取的应对措施，以确保设备的安全运行和使用寿命。 　　【关键词】天然气压缩；离心机；硫化氢 　　0.概述 　　硫化氢是可燃性无色气体，具有臭鸡蛋味，空气中爆炸极限为4.3%～45.5%（体积比），分子量为34.08，标准状态下密度为1.539mg/m3，易溶于水，但结合力很弱。稍有搅动、PH值降低或与活性物质接触，硫化氢就会自动从水中释放，在水中的溶解度随着温度升高而降低。而油田伴生气内部含有水，硫化氢在水的作用下形成电化学腐蚀，加速对金属的腐蚀。 　　1.结垢原理 　　金属的电化学腐蚀是指金属与电介质溶液发生电化学作用而引起的破坏现象，主要特点是在腐蚀过程中同时存在着阳极反应和阴极反应过程。天然气压缩设备所接触的介质如同时含有硫化氢和水，就会成为硫化氢溶液，在硫化氢溶液中含有H+、S2-和H2S分子，他们对金属的腐蚀是氢去极化过程，释放出的H+是强去极化剂，极易在阴极夺取电子，促进阳极铁溶解，导致金属的均匀腐蚀、坑蚀和点蚀。随着时间推移，这种腐蚀会使设备的壁厚不断减薄，直至不能满足强度要求而使设备报废[1]。该反应可简写为[2]：Fe+H2S→FeS+H2，　Fe2O3　+　3H2S→2FeS+3H2O+S，FeS+H2S→FeS2+H2。 　　离心式天然气压缩机组内部最常见的有（1）硫化亚铁：棕黑色块状物，密度4.74g／cm3，不溶于水，溶于酸的水溶液，同时产生硫化氢，在空气中加热容易氧化。（2）二硫化亚铁：黄色晶体，密度5.0g／cm3，具有立方晶格；室温时为非活性物质，温度升高后变活泼，在空气中加热氧化成三氧化二铁和二氧化硫。反应生成的硫化亚铁和二硫化亚铁沉积后就成了结垢物。 　　2.结垢物的影响 　　优点[2]：如果硫化铁膜很强，就会粘在管道表面、形成保护膜或纯化膜，它就会防止管道或容器进一步腐蚀，大大延长了部件的使用寿命。离心式天然气压缩机组中硫化铁一旦形成并粘在管道、容器壁上，就能防止管道或容器进一步腐蚀。 　　缺点主要表现在如下几个方面： 　　（1）对天然气压缩机零部件的影响[1]：伴生气中有硫化氢并不一定就会在设备管壁形成保护层的硫化铁。硫化铁膜一旦破损，形成点偶性腐蚀电池的可能性就会增加。硫化氢对天然气压缩设备部件的腐蚀大致分为三种：电化学腐蚀、硫化物应力开裂和氢诱发裂纹。A）电化学腐蚀：指金属与电介质溶液发生电化学作用而引起的破坏现象，主要特点是在腐蚀过程中同时存在着阳极反应和阴极反应过程，即天然气压缩设备随着时间的推移，腐蚀会使设备的壁厚不断减薄，直至不能满足强度要求而使设备报废。B）应力开裂：应力腐蚀是指金属材料在特定腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂。材料会在没有明显预兆的情况下突然断裂。发生应力腐蚀开裂的时间有长有短，有经过短时间就开裂的，也有经数年才开裂的。应力腐蚀裂纹呈枯树枝状，大体上沿着垂直于拉应力的方向发展。裂纹的微观形态有穿晶型、沿晶型和二者兼有的混合型。发生应力腐蚀断裂需要具备三个基本条件：敏感材料、特定的腐蚀介质和拉伸应力。硫化物应力开裂是金属材料在硫化氢分压足够高的是环境中受拉应力和硫化氢腐蚀的联合作用所引起的材料脆化和开裂过程，其主要表现为：使设备在继续承压时，恢复不到正常运转状态；破坏承压系统的完整性；使设备丧失基本功能。与其他应力腐蚀相同，在断裂前无任何先兆显示，多数情况下，在经历不长的服役期（数小时到3个月）后，在工作截面没有明显腐蚀减薄的情况下突然发生，因而具有极强的危害作用。C）氢诱发裂纹：氢诱发裂纹的生成与金属在湿H2S环境中的渗氢过程有关，当H+渗透到材料内部有夹渣、夹层等缺陷处时，H+聚集形成H2分子，因此氢诱发裂纹能在金属材料处于无应力状态时发生。氢诱发裂纹生成的驱动力是靠进入钢中的氢所产生的气压，在含硫化氢的酸性环境中，由于氢原子的渗透并在钢材内部夹杂物处聚集，并沿着夹层的异常组织扩展、产生分层裂纹，当裂纹i之厚度断面时就可能引起破坏。氢诱发裂纹与应力开裂基本互不相关。氢诱发裂纹在含硫化氢的气田上，常见于具有抗应力开裂性能的延展性较好的低、中强度设备用钢上。在设备内表面最接近腐蚀介质的地方，氢诱发裂纹表现为氢鼓泡。氢诱发裂纹使金属材料的韧性下降，但在初期不会对金属材料的承载能力产生明显的影响。当韧性过度下降，尤其是各层的裂纹相互贯通时，氢诱发裂纹会影响到金属材料在工作应力下的安全，因此它是一种潜在的危险。 　　（2）对离心式压缩机转子流道堵塞：离心式压缩机在工作过程中，通过离心力的作用将叶轮内的气体甩出叶轮，并受到叶轮的扩压作用，其压力能和动能均得