淺析微量汞在LNG 中的檢測方法論文
前言
目前，我國的液化天然氣(LNG)的開發(fā)和應用已經(jīng)全面展開，但是液化天然氣的應用存在汞腐蝕現(xiàn)象。汞具有高毒性、腐蝕性和揮發(fā)性，對我國的液化天然氣的開發(fā)和應用的安全構(gòu)成威脅，并對環(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)中的檢測方法以及脫汞技術(shù)已經(jīng)被廣泛關(guān)注，且應用于工業(yè)生產(chǎn)，文章簡單闡述了微量汞在LNG 中的危害、LNG 中脫汞的技術(shù)方法以及微量汞在LNG 中的腐蝕機理，即檢測方法，期望能夠產(chǎn)生積極的社會效益。
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，會使得鋁制設備與水反應生成腐蝕產(chǎn)物，且將會對環(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LNG 中汞的存在原理是汞與硫的催化反應。但對于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)、及時清理設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、化學固體吸附法和冷凝分離法，其中化學固體吸附法在目前的脫汞應用中最為廣泛和成熟，化學固體吸附法能夠?qū)NG 中的汞含量降低到0.01μg/m3。目前這種脫汞方法已經(jīng)在國內(nèi)外的工業(yè)化中應用起來了，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 及時清理設備和管道中微量汞的殘存和聚積
及時清理聚積的微量汞的有效方法是：用高壓水仔細沖洗發(fā)生過汞腐蝕的設備和管道，但是高壓水沖洗的過程，還會存在微量汞的殘存，對于殘存的微量汞，要進行再處理。高壓水沖洗設備和管道的過程，使得機械化處理與自動化處理結(jié)合起來，有利于清理的安全性。另外，要對發(fā)生過汞腐蝕的設備和管道進行定期清洗，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LNG開發(fā)和應用造成危害。
3.3 使用防汞腐蝕涂層材料
防汞腐蝕涂層材料的應用，能夠杜絕汞與鋁制設備進行直接接觸，可以有效避免汞腐蝕。
3.4 定期檢測微量汞的`腐蝕情況
含微量汞的LNG 管道可以利用智能清管器進行腐蝕情況的檢測;其設備可以利用超聲波和射線透測進行腐蝕情況的檢測。并相關(guān)部門根據(jù)具體的腐蝕情況進行相應的脫汞措施，有效阻止汞腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。
4 微量汞在LNG 中的腐蝕機理，即檢測方法
汞對鋁制品的腐蝕機理分為兩部分，即：液態(tài)金屬脆化和汞齊化腐蝕。液態(tài)金屬脆化是汞對鋁制設備最為嚴重的腐蝕，是在沒有任何預示的情況下，鋁制設備的表面迅速產(chǎn)生裂紋并且不斷擴大，致使鋁制設備徹底報廢失效。汞齊化腐蝕是基本形式，主要是在汞充當催化劑的情況下，與鋁制設備產(chǎn)生電化學反應，從而破壞鋁制設備的實效性。汞齊化腐蝕到達一定程度后，才會形成液態(tài)金屬脆化。
4.1 汞齊化腐蝕現(xiàn)象
汞齊化腐蝕的反應機理為：Al+Hg-AlHg。汞齊化腐蝕中涉及到的金屬包括：金、銀、鋁和鋅，在整個反應過程中形成液態(tài)溶液。通過上面的反應機理可以看出，鋁的齊化產(chǎn)物是一種脆性物質(zhì)——鋁汞齊，金屬鋁的機械強度遠遠大于它的機械強度，因此，鋁制設備容易被腐蝕。但是，鋁汞齊對鋁的溶解濃度偏低，致使鋁制設備的腐蝕程度不深。另外，金屬鋁的表面常常被氧化膜保護，避免了汞與鋁制設備的直接接觸，從而阻礙汞齊化反應的繼續(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。導致這種氧化膜缺陷的因素有：機械壓力、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越深。但是從總體上看，微量汞不會通過細小的裂痕或缺陷舌頭到鋁制設備中，從而不會產(chǎn)生較為嚴重的汞腐蝕。
汞齊化腐蝕是一種電化學腐蝕現(xiàn)象，因此，在水的參與腐蝕反應的情況下，汞對鋁制設備的腐蝕程度將會增加。汞齊化腐蝕的過程中，會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)公的擴散，鋁制設備迅速氧化形成氧化鋁。當鋁制設備的外層率全部被氧化之后，便會侵蝕鋁制設備的內(nèi)部，從而導致液態(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制復雜，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力，最終使得鋁制設備的表面腐蝕裂紋逐漸擴大，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備的使用壽命，降低LNG 開發(fā)和應用的成本。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)金屬與鋁進行電化學反應，如微量汞。(2)臨界值要高于鋁制設備表面的應力，金屬鋁周圍有微量汞存在的情況下，臨界值可比屈服應力值低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，對鋁制設備具有嚴重的破壞作用。液態(tài)天然氣(LNG)的開發(fā)和應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、及時清理設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)生的風險。微量汞在LNG中的腐蝕機理，即檢測方法有兩種：汞齊化腐蝕現(xiàn)象、液態(tài)金屬脆化現(xiàn)象。這兩種檢測現(xiàn)象對鋁制設備的腐蝕程度不同，因此，檢測起來也比較方便。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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