淺析微量汞在LNG 中的檢測(cè)方法論文
前言
目前，我國(guó)的液化天然氣(LNG)的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)全面展開，但是液化天然氣的應(yīng)用存在汞腐蝕現(xiàn)象。汞具有高毒性、腐蝕性和揮發(fā)性，對(duì)我國(guó)的液化天然氣的開發(fā)和應(yīng)用的安全構(gòu)成威脅，并對(duì)環(huán)境具有破壞污染的作用，也不利于人民群眾的身心健康。目前，微量汞在液化天然氣(LNG)中的檢測(cè)方法以及脫汞技術(shù)已經(jīng)被廣泛關(guān)注，且應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，文章簡(jiǎn)單闡述了微量汞在LNG 中的危害、LNG 中脫汞的技術(shù)方法以及微量汞在LNG 中的腐蝕機(jī)理，即檢測(cè)方法，期望能夠產(chǎn)生積極的社會(huì)效益。
1 LNG 的含義
LNG 是液化天然氣的英文縮寫。何為液化天然氣?即：在常壓下，經(jīng)凈化處理后將天然氣深冷至零下162 攝氏度，天然氣由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。液化天然氣的重量為同體積水的45%左右，是同重量氣態(tài)天然氣體積的1/625。
2 微量汞在LNG 中的危害
LNG 中微量汞的危害主要體現(xiàn)在腐蝕性、高毒性以及催化劑中毒，含汞天然氣的開發(fā)和利用直接受到影響。LNG 存在微量汞時(shí)，會(huì)使得鋁制設(shè)備與水反應(yīng)生成腐蝕產(chǎn)物，且將會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，危害工作人員的身心健康。
3 LNG 中脫汞的技術(shù)方法
檢測(cè)LNG 中汞的存在原理是汞與硫的催化反應(yīng)。但對(duì)于LNG 的持久開發(fā)和利用來說，最關(guān)鍵的是將LNG 中的微量汞脫出。脫出LNG 中微量汞的有效方法有：降低LNG 中微量汞的含量(最靠譜、最有效的脫出方法)、及時(shí)清理設(shè)備和管道中微量汞的殘存和聚積、使用放汞腐蝕涂層材料以及定期檢測(cè)微量汞的腐蝕情況等等。
3.1 降低LNG 中微量汞的含量
目前LNG 的脫汞方法主要四種，即：溶液吸收法、膜分離法、化學(xué)固體吸附法和冷凝分離法，其中化學(xué)固體吸附法在目前的脫汞應(yīng)用中最為廣泛和成熟，化學(xué)固體吸附法能夠?qū)NG 中的汞含量降低到0.01μg/m3。目前這種脫汞方法已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外的工業(yè)化中應(yīng)用起來了，大多數(shù)的化工廠要求生產(chǎn)原料中的汞含量不得超過0.01μg/m3。另外，脫汞所需要的汞吸附劑最為常用的是載銀分子篩、載硫活性炭和金屬硫化物。
3.2 及時(shí)清理設(shè)備和管道中微量汞的殘存和聚積
及時(shí)清理聚積的微量汞的有效方法是：用高壓水仔細(xì)沖洗發(fā)生過汞腐蝕的設(shè)備和管道，但是高壓水沖洗的過程，還會(huì)存在微量汞的殘存，對(duì)于殘存的微量汞，要進(jìn)行再處理。高壓水沖洗設(shè)備和管道的過程，使得機(jī)械化處理與自動(dòng)化處理結(jié)合起來，有利于清理的安全性。另外，要對(duì)發(fā)生過汞腐蝕的設(shè)備和管道進(jìn)行定期清洗，清除其中的單質(zhì)汞，有效防止汞腐蝕的聚積和殘存，從而減輕微量汞對(duì)LNG開發(fā)和應(yīng)用造成危害。
3.3 使用防汞腐蝕涂層材料
防汞腐蝕涂層材料的應(yīng)用，能夠杜絕汞與鋁制設(shè)備進(jìn)行直接接觸，可以有效避免汞腐蝕。
3.4 定期檢測(cè)微量汞的`腐蝕情況
含微量汞的LNG 管道可以利用智能清管器進(jìn)行腐蝕情況的檢測(cè);其設(shè)備可以利用超聲波和射線透測(cè)進(jìn)行腐蝕情況的檢測(cè)。并相關(guān)部門根據(jù)具體的腐蝕情況進(jìn)行相應(yīng)的脫汞措施，有效阻止汞腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。
4 微量汞在LNG 中的腐蝕機(jī)理，即檢測(cè)方法
汞對(duì)鋁制品的腐蝕機(jī)理分為兩部分，即：液態(tài)金屬脆化和汞齊化腐蝕。液態(tài)金屬脆化是汞對(duì)鋁制設(shè)備最為嚴(yán)重的腐蝕，是在沒有任何預(yù)示的情況下，鋁制設(shè)備的表面迅速產(chǎn)生裂紋并且不斷擴(kuò)大，致使鋁制設(shè)備徹底報(bào)廢失效。汞齊化腐蝕是基本形式，主要是在汞充當(dāng)催化劑的情況下，與鋁制設(shè)備產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，從而破壞鋁制設(shè)備的實(shí)效性。汞齊化腐蝕到達(dá)一定程度后，才會(huì)形成液態(tài)金屬脆化。
4.1 汞齊化腐蝕現(xiàn)象
汞齊化腐蝕的反應(yīng)機(jī)理為：Al+Hg-AlHg。汞齊化腐蝕中涉及到的金屬包括：金、銀、鋁和鋅，在整個(gè)反應(yīng)過程中形成液態(tài)溶液。通過上面的反應(yīng)機(jī)理可以看出，鋁的齊化產(chǎn)物是一種脆性物質(zhì)——鋁汞齊，金屬鋁的機(jī)械強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它的機(jī)械強(qiáng)度，因此，鋁制設(shè)備容易被腐蝕。但是，鋁汞齊對(duì)鋁的溶解濃度偏低，致使鋁制設(shè)備的腐蝕程度不深。另外，金屬鋁的表面常常被氧化膜保護(hù)，避免了汞與鋁制設(shè)備的直接接觸，從而阻礙汞齊化反應(yīng)的繼續(xù)。但是，氧化膜存在一定的缺陷，在很大程度上在金屬鋁表面的覆蓋不是十分的均勻，其覆蓋的漏洞區(qū)域便不可避免的發(fā)生著汞齊化腐蝕。導(dǎo)致這種氧化膜缺陷的因素有：機(jī)械壓力、溫度、磨損情況、環(huán)境的某些變化等。氧化膜的破損程度越大，那么汞齊化腐蝕的程度就會(huì)越深。但是從總體上看，微量汞不會(huì)通過細(xì)小的裂痕或缺陷舌頭到鋁制設(shè)備中，從而不會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的汞腐蝕。
汞齊化腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，因此，在水的參與腐蝕反應(yīng)的情況下，汞對(duì)鋁制設(shè)備的腐蝕程度將會(huì)增加。汞齊化腐蝕的過程中，會(huì)使的微量的汞溶解到液態(tài)金屬中，然后隨著水、空氣、液態(tài)公的擴(kuò)散，鋁制設(shè)備迅速氧化形成氧化鋁。當(dāng)鋁制設(shè)備的外層率全部被氧化之后，便會(huì)侵蝕鋁制設(shè)備的內(nèi)部，從而導(dǎo)致液態(tài)金屬脆化現(xiàn)象的產(chǎn)生。
4.2 液態(tài)金屬脆化現(xiàn)象
固態(tài)金屬沉浸在液態(tài)金屬汞中斷裂、變形、應(yīng)力降低的過程屬于液態(tài)金屬脆化現(xiàn)象。液態(tài)金屬脆稱重金屬的破裂機(jī)制復(fù)雜，在內(nèi)有任何于是的情況下破壞金屬鋁的組織結(jié)構(gòu)，降低金屬鋁的可塑性以及應(yīng)力，最終使得鋁制設(shè)備的表面腐蝕裂紋逐漸擴(kuò)大，使其使用效力喪失。
因此，有效避免汞與金屬鋁的直接接觸能夠降低鋁制設(shè)備的腐蝕程度，降低液態(tài)金屬脆化現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而有效增加鋁制設(shè)備的使用壽命，降低LNG 開發(fā)和應(yīng)用的成本。另外，主要采用的措施還有加大鋁制換熱器與透平膨脹的呼喚，降低鋁制設(shè)備表面的裂痕程度。液態(tài)金屬脆化現(xiàn)象的發(fā)生條件為：(1)存在類似于脆化劑的液態(tài)金屬與鋁進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，如微量汞。(2)臨界值要高于鋁制設(shè)備表面的應(yīng)力，金屬鋁周圍有微量汞存在的情況下，臨界值可比屈服應(yīng)力值低5%。(3)金屬鋁與汞之間必須發(fā)生氧化膜破裂，為液態(tài)金屬脆化提供可能。
5 結(jié)束語
汞具有高毒性和腐蝕性，對(duì)鋁制設(shè)備具有嚴(yán)重的破壞作用。液態(tài)天然氣(LNG)的開發(fā)和應(yīng)用在一定程度上容易發(fā)生汞腐蝕事故，并且在輸送和排放的過程中容易引發(fā)環(huán)境污染和影響人民群眾的身心健康。汞在液化天然氣中的脫出技術(shù)方法有四種：降低LNG 中微量汞的含量、及時(shí)清理設(shè)備和管道中微量汞的殘存和聚積、使用防汞腐蝕涂層材料、定期檢測(cè)微量汞的腐蝕情況，這些脫出技術(shù)與方法能夠有效避免汞帶來的危害，降低汞腐蝕事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。微量汞在LNG中的腐蝕機(jī)理，即檢測(cè)方法有兩種：汞齊化腐蝕現(xiàn)象、液態(tài)金屬脆化現(xiàn)象。這兩種檢測(cè)現(xiàn)象對(duì)鋁制設(shè)備的腐蝕程度不同，因此，檢測(cè)起來也比較方便。但是它們的危害不容小覷，必須持續(xù)關(guān)注，并加以防范，避免汞腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。
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