石油化学軽炭化水素貯蔵タンク内壁の腐食メカニズム解析

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この投稿は、2020年6月23日14時00分に王巍2によって最終的に編集されました。石油化学分野における軽炭化水素用貯蔵タンクの内壁腐食メカニズムの分析　軽炭化水素用貯蔵タンクは、天然ガス生産において重要な静止式装置の一つです。内壁の腐食がかなり深刻であるため、毎年多額の修理費がかかり、多大な人的・物的・財政的資源を投入することになります。これによりコストが増加するだけでなく、徐々に事故の危険因子ともなっていきます。したがって、軽質炭化水素タンクの腐食状況を調査し、その腐食メカニズムを研究するとともに、腐食を抑制するための有効な防食対策を講じることで、メンテナンスコストの削減、使用寿命の延長、生産コストの低減、そして安全な運用の確保を図らなければならない。 金属の腐食は、2つ以上の要因の影響によって起こるものであり、軽質炭化水素貯蔵タンクの腐食も同様です。1、軽質炭化水素液体中に含まれる水分による電気化学的腐食
製造上の必要から、軽質炭化水素には少量の水分が混入している。コーティングが破壊された場所では、鉄と水が以下のような電気化学反応を起こす：
陽極反応：Fe → Fe2+ + 2e-
陽極反応：1/2O2 + H2O + 2e- → 2OH-
総反応：Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2
さらなる酸化：4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3
水酸化鉄が一部脱水して錆となる：2Fe(OH)3 + 2H2O → Fe2O3·H2O
通常、上記の電気化学反応の速度はそれほど速くなく、0.4～1.4mm/年という高い速度には達しない。では、なぜ缶壁の腐食速度がこれほど高いのでしょうか？これは電気浸食の観点から分析すべきである。防食コーティングが破壊されると、露出した金属の電位はより負の値を示す（鉄の標準電極電位は-0.44V）。一方、コーティングの電極電位は比較的正の値を示すため、露出した金属とコーティングの間に腐食電池が形成される。陽極とは、損傷したコーティングの下に露出した金属であり、陰極とは損傷していないコーティングのことです。特に強調しておくべきは、ここで形成される腐食電池が大きな陰極と小さな陽極から成っている点であり、この場合、腐食速度は数倍に増加し、前述のような高い腐食速度が生じるのである。 XPS検出分析結果において、酸化物サンプルの成分は三酸化二鉄である。その原因は、採取されたサンプルが空気中に長時間さらされていた廃軽質炭化水素タンクから採取されたものであり、タンク壁面のFe2O3・H2Oが空気中の酸素と長期間反応して三酸化二鉄が生成した結果である。2、硫化水素による腐食
硫化水素は水分を含む軽質炭化水素液体中で解離する：H2S→H++HS-、HS-→H++S2-。このH2Sを含む軽質炭化水素液体によるタンク壁の腐食は電気化学反応である：
陽極反応：　Fe→Fe2++2e
陰極反応：　3H++3e→H2、Fe2++S2- → FeS
このように、硫化水素による腐食の最終生成物はFeSである。FeS膜は軽質炭化水素液体に溶けないものの、保護機能を持たないため、上記の腐食過程は膜の下で続き、さらに腐食速度が速くなる。H2Sによる腐食は、以下の3つの観点からも確認することができる：(1)通常、H2Sによる鋼材の腐食は主に全面腐食の形態で現れ、金属表面の厚みを「均一」に薄くし、しばしば凹凸不均一な状態になる。 (2)金属がH2Sによって腐食されると、鱗片状の硫化物腐食生成物が形成される。 (3)硫化鉄の腐食生成物は、時には薄片状を呈し、時には黒色のスラッジ状を呈する。黒褐色の腐食生成物がこれを示している。