【腐食技術版】毎日一問20170820 高温水素と硫化水素が共存する場合の腐食環境にはどのような特徴があるか？
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温度が240℃を超えると、設備や配管への腐食は、硫化水素が単独で存在する場合に鋼材に与える腐食よりもさらに激しく深刻になり、その腐食速度は一般的に温度の上昇とともに増加する。高温水素および硫化水素による腐食において、腐食速度は硫化水素の分圧のみに関係し、運転総圧とはあまり関係がない。同じ操作温度で硫化水素の分圧が上昇すると、腐食速度も上昇する
水素および湿った硫化水素による炭素鋼製設備の腐食は、温度が上昇するにつれて悪化し、80度の時に腐食速度が最も高く、110～120度の時に最も低くなる。
高温の水素と硫化水素が共存する状態では、硫化水素だけが存在する場合よりも鋼材の腐食がより深刻になる。これは、腐食過程において水素が触媒のような役割を果たし、腐食の進行を加速させるからである。
硫化水素が高温の水素ガス中に存在する場合、温度が200℃以上のときには水素ガスの存在によって高温硫化水素の腐食性が高まる。これが高温水素ガスと硫化水素が共存する際の腐食環境であり、一般的に硫化水素の存在は厚みが減少する均一腐食を引き起こす。
高温の硫化水素と水素が共存する環境は、単独の水素環境や単独の硫化水素環境による腐食よりも、装置への腐食がより深刻になる可能性がある。
高温の水素と硫化水素が共存する条件下で、温度が240℃を超えると、設備や配管への腐食は、硫化水素だけが存在する場合に鋼材に生じる腐食よりもさらに激しく深刻となり、その腐食速度は一般的に温度の上昇に伴って増加する。一般的な低クロム鋼は、この環境では使用に適していない。高温水素および硫化水素による腐食に影響を与える要因には、質量濃度、温度、時間、圧力、および合金成分がある
高温硫腐食 硫分を含む原油を処理する際、装置の高温部（240～425℃）で高温硫による均一な腐食が発生する。激しい腐食の過程としては、まず有機硫化物が硫化水素および単体硫黄に変化し、これらが鋼材の表面と直接反応して腐食を引き起こします。375～425℃という高温環境下では、次のような反応が起こります：Fe + H2S → FeS + H2。硫化水素は350～400℃でも依然としてSとH2に分解されます。分解された単体硫黄(S)は、H2Sよりもさらに激しい腐食を引き起こす。 Fe+S→FeS 高温における硫黄による腐食は、最初は速度が非常に速いが、ある時間が経つと腐食速度は一定になる。これは硫化鉄の保護膜が生成されるためです。
装置が高温高圧の水素ガス中にある場合、水素損傷は大きな問題となります。高温高圧の硫化水素が水素と共存する場合の腐食も非常に深刻である。このため、高温の硫化水素による腐食に対抗するために、反応器などの装置の内面にはステンレス鋼（主にオーステナイト系ステンレス鋼）の被覆層を溶接して施し、内部部品もステンレス鋼で作られていることが多い。これにより、ステンレス鋼の水素脆化、オーステナイト系ステンレス鋼の硫化物応力腐食割れ、および溶着層の水素に起因する剥離といった損傷が生じる可能性がある。また、Cr-Mo鋼の時効脆性破壊もかつて世界中の注目を集めた問題でした
環境中に微小な水素分子が存在するため、水素原子が絶えず硫化亜鉄のスケール層の下に侵入し、スケール層を緩く多孔質にしてしまいます。これにより硫化水素がさらに拡散・浸透しやすくなり、腐食が進行します。したがって、水素と硫化水素が共存すると腐食速度が加速されます。260℃以上では、温度が高くなるほど腐食が顕著になる。同時に、硫化水素の存在は水素原子が再び分子を形成するのを妨げ、鋼材中に溶存する水素原子の濃度を上昇させ、水素腐食を促進する作用を持つ。
硫化水素が高温の水素中に存在する場合、温度が200℃以上のときには水素の存在によって高温硫化水素の腐食速度が増加する
硫化水素が高温の水素ガス中に存在する場合、温度が200℃以上のときには水素ガスの存在によって高温硫化水素の腐食性が高まる。これが高温水素ガスと硫化水素が共存する際の腐食環境であり、一般的に硫化水素の存在は厚みが減少する均一腐食を引き起こす。
硫化水素が高温の水素ガス中に存在する場合、温度が200℃以上のときには水素ガスの存在によって高温硫化水素の腐食性が高まる。これが高温水素ガスと硫化水素が共存する際の腐食環境であり、一般的に硫化水素の存在は厚みが減少する均一腐食を引き起こす。
水素の影響により、H2Sは鋼材の腐食を促進し、その腐食生成物は水素が存在しない環境で生成されるものよりも密な構造を持つ。
このような環境は鋼材に対して強い腐食性を持ちます。