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炼厂装置硫化氢腐蚀：机理剖析与全链条防护策略

一、引言：炼厂硫化氢腐蚀的严峻挑战

在当今全球能源格局中，石油作为重要的战略资源，其炼制过程对于工业发展和社会运转起着关键作用。然而，随着全球原油供应逐渐呈现劣质化趋势，含硫原油的加工比例不断攀升，硫化氢腐蚀问题已成为炼油行业面临的严峻挑战。硫化氢（H_2S），这种具有强烈臭鸡蛋气味的无色剧毒气体，在炼油生产中广泛存在，其对炼厂装置的腐蚀危害，严重威胁着炼油企业的安全生产、经济效益和环境保护。

从经济层面来看，硫化氢腐蚀导致设备频繁维修、更换，增加了大量的资金投入。据相关统计，全球炼油企业每年因硫化氢腐蚀造成的直接经济损失高达数十亿美元，这其中包括设备维修费用、停产损失以及原材料浪费等。例如，某大型炼厂因常减压装置塔顶系统的硫化氢腐蚀，导致设备泄漏，被迫停产检修一周，直接经济损失达数千万元，间接损失更是难以估量。

安全角度而言，硫化氢的毒性和腐蚀性极易引发安全事故。硫化氢是一种神经毒素，人体吸入后会对中枢神经系统、呼吸系统等造成严重损害，甚至导致死亡。当硫化氢在空气中的浓度达到一定值时，还具有易燃易爆的危险。近年来，多起炼油厂硫化氢泄漏事故引发了人员伤亡和环境污染事件，如2025年5月17日，日本ENEOS堺炼油厂发生硫化氢泄漏，造成1人死亡、3人受伤。这些事故不仅给企业带来巨大的声誉损失，也给社会稳定带来了负面影响。

从环境保护角度出发，硫化氢的排放会造成严重的大气污染，形成酸雨等危害生态环境的问题。炼油厂排放的含硫化氢废气，如果未经有效处理，会对周边空气质量产生严重影响，危害居民健康，破坏生态平衡。因此，有效解决硫化氢腐蚀问题，对于炼油行业的可持续发展至关重要。

面对如此严峻的形势，深入研究炼厂典型装置中硫化氢的腐蚀机理，并制定切实可行的防护措施，已成为炼油行业亟待解决的关键课题。通过对不同工况下硫化氢腐蚀行为的深入剖析，结合材料科学、表面工程等多学科知识，探索出针对性强、效果显著的防护策略，对于保障炼厂装置的安全稳定运行、降低生产成本、减少环境污染具有重要的现实意义。

二、炼厂典型装置硫化氢腐蚀机理解析

（一）硫化氢腐蚀的化学与电化学基础

硫化氢在不同温度和介质条件下表现出差异化的腐蚀行为，核心反应遵循“阳极溶解-阴极析氢”的电化学机制。在湿硫化氢环境中，硫化氢电离生成H?和S2?，阳极区金属Fe失去电子生成Fe2?，与S2?结合形成疏松多孔的FeS腐蚀产物层；阴极区H?获得电子生成氢原子，部分氢原子渗入金属基体引发氢脆、氢致开裂（HIC）等局部腐蚀。当温度升高至240℃以上，进入高温硫腐蚀区间，硫化氢与硫醇、元素硫协同作用，直接与金属反应生成硫化物，加剧均匀腐蚀和冲刷腐蚀。

（二）典型腐蚀形态与失效模式

低温湿硫化氢腐蚀（150℃）：主要发生在常减压装置塔顶系统、加氢裂化装置空冷器及酸性水系统。以H?S-H?O型腐蚀环境为主，易引发氢鼓包、应力导向氢致开裂（SOHIC）和硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）。例如，高压空冷器管束因H?还原产生的扩散氢在晶界聚集，形成微裂纹并逐步扩展，最终导致管束穿孔泄漏。

高温硫化氢-氢气腐蚀（240℃）：常见于加氢裂化反应器、常减压重油管线及加热炉管。高温下硫化氢分解活性增强，与氢气共同作用导致金属表面硫化膜剥落，形成“硫化-剥离”循环腐蚀。同时，氢原子渗入钢内与碳化物反应生成甲烷，造成晶间裂纹和材料强度劣化，如Cr5Mo钢管在350℃以上含硫环境中易发生高温氢腐蚀失效。

三、炼厂装置硫化氢腐蚀环境分布与典型案例

（一）硫化氢富集区域的精准识别

高压临氢装置：加氢裂化反应器入口（1.57kmol/h）、出口（10.75kmol/h）等部位，因处于高温高压临氢环境，硫化氢浓度不仅高，还会因反应条件波动而大幅变化。例如在加氢裂化过程中，原料性质的改变或反应温度、压力的调整，都可能导致硫化氢生成量和分布的改变。高温使得硫化氢的化学活性增强，高压则促使其更易溶解于油品中。这种高浓度且不稳定的硫化氢环境，对设备的密封面和焊缝构成严重威胁，微小的温度骤变就可能使材料热胀冷缩不一致，在法兰密封面和焊缝处产生应力集中，进而引发泄漏。

低温冷凝系统：常顶回流罐、冷高酸性水罐（如D103含硫6.43kmol/h）在低温工况下，随着气液相变，气相中的硫化氢、氯化氢等酸性气体溶解于水中，形成强腐蚀性的H?S-HCl-H?O腐蚀介质。以常顶回流罐为例，原油中的硫化物在蒸馏过程中分解产生硫化氢，与原油中的氯盐分解产生的氯化氢一起，在塔顶低温区域遇水冷凝后，对碳钢材质的设备内壁产生强烈的电化学腐蚀，导致均匀腐蚀和点蚀现象频发，降低设备的壁厚和强度，缩短设备使用寿命。

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