石化环境中碳钢的腐蚀机理及石化设备腐蚀监测技术的研究

摘要

石油化学工业是一个国家的支柱产业，在国民经济生活起着极为重要的作用。石化工业工况往往是最容易造成工业设备发生腐蚀的环境，石化工业中的设备腐蚀相当普遍和严重。腐蚀不仅造成了巨大的经济损失，而且还关系到资源浪费、环境保护、安全生产等重大的经济和社会问题。对工业设备腐蚀进行系统的研究，发展先进的腐蚀检监测技术和腐蚀防护技术是当前石化工业极为重要的任务。针对石油化学工业的腐蚀问题，本文重点研究了碳钢在S2-和Cl-共同影响下的腐蚀行为，并在此基础上发展了若干适用于石化工业设备的腐蚀监测技术。本文的主要研究内容和结果如下:
　　(1)应用电化学阻抗谱和极化曲线测试方法，结合扫描电子显微镜和X射线能谱分析技术，研究了pH=7不同含浓度的S2-和Cl-的模拟液对20＃碳钢腐蚀行为的影响。初步探明了S2-和Cl-存在的情况下，碳钢表面腐蚀发生过程和腐蚀产物的形成机理。结果表明，腐蚀产物中含有FeS(FeS1-x)，FeS2（FeS1+x），FeSn(n＞2)等多种形式的硫化物。随着溶液中S2-浓度的升高，腐蚀产物由FeS逐渐向FeS2和FeSn转变。FeS较为活泼，容易继续反应;FeS2腐蚀膜层较为致密稳定，能延缓碳钢进一步腐蚀;FeSn腐蚀膜层疏松多孔不能延缓碳钢的腐蚀。Cl-能加速FeS向FeS2和FeSn转变。
　　(2)探索了应用循环伏安技术测量工业水溶液中铁溶解量的方法。结果表明扫描速度为100 mV/s，扫描范围为相对饱和甘汞电极0～0.8 V可实现Fe2+浓度的定量测量。在Fe2+浓度大于1×10-4 M时，循环伏安曲线电流峰对Fe2+浓度有很好的响应。
　　(3)研制了Ag/Ag2S电极、Ti/IrO2电极，并以此制备了硫传感器。结合SEM和EDS等分析技术对电极表面膜层进行表征，考察了膜层的组成与表面形态对探针响应的影响。结果表明，当S2-浓度大于0.6 ppm时，研制的Ag/Ag2S电极的电极电位对S2-浓度有良好的响应。在pH=1～13时，研制的电位对pH值有良好的线性响应。复合Ag/Ag2S电极，Ti/IrO2电极及参比电极所研制硫传感器能监测溶液中S2-浓度，H2S浓度，pH值及总硫浓度。总硫浓度测量误差小于6％，测量下限约为1×10-4M。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 石油和石油化学工业

1．2 石油炼制的工艺流程

1．3 石油化学工业中的腐蚀问题

1．3．1 硫腐蚀

1．3．2 HCl和Clˉ腐蚀

1．3．3 酸腐蚀

1．3．4 氮化物腐蚀

1．3．5 其他腐蚀

1．4 石化工业中设备腐蚀的危害

1．5 石化工业的腐蚀防护及检监测技术

1．5．1 石油化学工业的腐蚀防护技术

1．5．2 石油化学工业常用的腐蚀检监测技术

1．7 本论文的研究设想和目的

参考文献

第二章 模拟液中碳钢的腐蚀机理

2．1 引言

2．2 实验

2．2．1 碳钢电极的制备

2．2．2 试剂及溶液

2．2．3 电化学测试

2．2．4 碳钢表面形貌和组成分析

2．3 结果与讨论

2．3．1 电化学技术测试结果

2．3．2 SEM形貌

2．3．3 XPS分析

2．4 结论

参考文献

第三章 循环伏安法在线测定铁的溶解量

3．1 前言

3．2 实验

3．2．1 试剂与材料

3．2．2 探头制备

3．2．3 CV曲线的扫描

3．3 结果与讨论

3．3．1 Fe2+／Fe3+氧化还原峰和扫描范围的确定

3．3．2 扫描速率对Fe2+／Fe3+氧化还原峰的影响

3．3．3 Fe2+浓度和Fe2+／Fe3+氧化还原峰的关系

3．4 结论

参考文献

第四章 用于炼油设备腐蚀监测的硫传感器的研制

4．1 前言

4．2 实验

4．2．1 试剂与材料

4．2．2 Ag／Ag2S电极的制备

4．2．3 Ti／IrO2电极的制备

4．2．4 硫传感器的制备

4．3 结果与讨论

4．3．1 Ti／IrO2电极

4．3．2 Ag／Ag2S电极

4．3．3 硫传感器的应用实例

4．4 小结

参考文献

第五章 主要结论与展望

5．1 主要结论

5．2 有待继续深入的研究和解决的问题

攻读硕士学位期间发表论文与申请专利

致谢