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位于我国南海海域的深、远海天然气田亟待开发,急需大量的FLNG(浮式天然气装置)为海上天然气资源的开采提供装备和技术支撑。为脱除天然气中的硫化氢并实现尾气的达标排放,FLNG必须配备硫回收装置,对经过碱法吸收、分离后的硫化氢富集气进行脱硫转化处理。我国首套FLNG硫回收装置拟采用的脱硫液具有较强的腐蚀性,在装置运转过程中易造成碳钢设备的腐蚀。因此,系统研究硫回收装置用钢20R钢在脱硫液中的缓蚀行为和腐蚀控制问题,可为FLNG硫回收装置的长周期安全运行提供科学依据和技术保障,研究工作具有重要的科学意义和实际应用价值。 本文主要通过电化学方法分别对2种咪唑啉类有机化合物(LED和ODD)和2种无机化合物(SIA和SIB)在脱硫液中对20R钢的缓蚀作用进行了系统研究,考察了目标化合物的使用浓度、脱硫液的温度和流速等因素对20R钢腐蚀过程的影响,并基于目标化合物的缓蚀行为复配了4组经优化的缓蚀剂配方,最后通过模拟实际工况条件下的电化学测试、失重腐蚀测试和扫描电子显微镜测试验证了其缓蚀效果。主要内容如下: 动电位极化曲线测试结果表明:LED和ODD属于以抑制阳极过程为主的混合型缓蚀剂,可通过吸附在20R钢表面实现缓蚀作用,但其吸附会导致20R钢表面原有形膜过程不稳定而加速钢的腐蚀,因此这2种咪唑啉类缓蚀剂并不适用于20R钢在脱硫液中的腐蚀控制;SIA属于可通过促进阳极表面氧化膜的形成实现缓蚀作用的阳极型缓蚀剂;而SIB属于以抑制阳极过程为主的混合型缓蚀剂;由于SIA和SIB能在较宽的温度和流速变化范围内实现有效缓蚀,因此可考虑用于20R钢在脱硫液中的腐蚀控制。电化学阻抗谱测试获得的结果与此保持一致。 基于缓蚀效率、兼容性、经济成本以及安全性的考虑,本文选择SIA作为主剂进一步复配了4种缓蚀剂。模拟实际工况条件下的电化学测试结果表明,复配缓蚀剂主要为阳极型缓蚀剂;主剂SIA与20R钢表面的铁氧化物可形成均匀、致密的三维立体膜,组配的有机化合物X1和Y可吸附在膜最外层,并且与主剂SIA之间具有协同增效作用;在温度为40~60℃、流速为0.5~1.0m/s的工艺操作窗口内,复配缓蚀剂FP-3对20R的缓蚀效率达到65%~98%,具有缓蚀效果优良、稳定性高和工艺适应性强的特点。 相同条件下的失重腐蚀测试结果验证了上述电化学测试获得的结论。复配缓蚀剂配方FP-3在所有测试条件下均能维持优良的缓蚀作用,缓蚀效率达到48%~94%,将20R的腐蚀速率维持在很低的水平,满足硫回收装置设计的性能指标。本文认为,FP-3的优良性能可归因于复配组分Y的高稳定性及其与SIA之间良好的协同增效作用。基于复配缓蚀剂FP-3对于20R钢在脱硫液中的各种工况下都有良好的缓蚀效果,本文建议,采用FP-3对FLNG硫回收装置中的20R钢制设备进行有效、可靠、经济的腐蚀控制。