淺析微量汞在LNG 中的檢測方法論文
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)的開發和應用已經全面展開，但是液化天然氣的應用存在汞腐蝕現象。汞具有高毒性、腐蝕性和揮發性，對我國的液化天然氣的開發和應用的安全構成威脅，並對環境具有破壞汙染的作用，也不利於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已經被廣泛關注，且應用於工業生產，文章簡單闡述了微量汞在LNG 中的危害、LNG 中脫汞的技術方法以及微量汞在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，經淨化處理後將天然氣深冷至零下162 攝氏度，天然氣由氣態變為液態。液化天然氣的重量為同體積水的45%左右，是同重量氣態天然氣體積的1/625。
2 微量汞在LNG 中的危害
LNG 中微量汞的危害主要體現在腐蝕性、高毒性以及催化劑中毒，含汞天然氣的開發和利用直接受到影響。LNG 存在微量汞時，會使得鋁製裝置與水反應生成腐蝕產物，且將會對環境造成汙染，危害工作人員的身心健康。
3 LNG 中脫汞的技術方法
檢測LNG 中汞的存在原理是汞與硫的催化反應。但對於LNG 的持久開發和利用來說，最關鍵的是將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)、及時清理裝置和管道中微量汞的殘存和聚積、使用放汞腐蝕塗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將LNG 中的汞含量降低到0.01μg/m3。目前這種脫汞方法已經在國內外的工業化中應用起來了，大多數的化工廠要求生產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 及時清理裝置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生過汞腐蝕的裝置和管道，但是高壓水沖洗的過程，還會存在微量汞的殘存，對於殘存的微量汞，要進行再處理。高壓水沖洗裝置和管道的過程，使得機械化處理與自動化處理結合起來，有利於清理的安全性。另外，要對發生過汞腐蝕的裝置和管道進行定期清洗，清除其中的單質汞，有效防止汞腐蝕的聚積和殘存，從而減輕微量汞對LNG開發和應用造成危害。
3.3 使用防汞腐蝕塗層材料
防汞腐蝕塗層材料的應用，能夠杜絕汞與鋁製裝置進行直接接觸，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 管道可以利用智慧清管器進行腐蝕情況的檢測;其裝置可以利用超聲波和射線透測進行腐蝕情況的檢測。並相關部門根據具體的腐蝕情況進行相應的脫汞措施，有效阻止汞腐蝕現象的發生。
4 微量汞在LNG 中的腐蝕機理，即檢測方法
汞對鋁製品的腐蝕機理分為兩部分，即：液態金屬脆化和汞齊化腐蝕。液態金屬脆化是汞對鋁製裝置最為嚴重的腐蝕，是在沒有任何預示的情況下，鋁製裝置的表面迅速產生裂紋並且不斷擴大，致使鋁製裝置徹底報廢失效。汞齊化腐蝕是基本形式，主要是在汞充當催化劑的情況下，與鋁製裝置產生電化學反應，從而破壞鋁製裝置的實效性。汞齊化腐蝕到達一定程度後，才會形成液態金屬脆化。
4.1 汞齊化腐蝕現象
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溶液。透過上面的反應機理可以看出，鋁的齊化產物是一種脆性物質——鋁汞齊，金屬鋁的機械強度遠遠大於它的機械強度，因此，鋁製裝置容易被腐蝕。但是，鋁汞齊對鋁的溶解濃度偏低，致使鋁製裝置的腐蝕程度不深。另外，金屬鋁的表面常常被氧化膜保護，避免了汞與鋁製裝置的直接接觸，從而阻礙汞齊化反應的繼續。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，其覆蓋的漏洞區域便不可避免的發生著汞齊化腐蝕。導致這種氧化膜缺陷的因素有：機械壓力、溫度、磨損情況、環境的某些變化等。氧化膜的破損程度越大，那麼汞齊化腐蝕的程度就會越深。但是從總體上看，微量汞不會透過細小的裂痕或缺陷舌頭到鋁製裝置中，從而不會產生較為嚴重的汞腐蝕。
汞齊化腐蝕是一種電化學腐蝕現象，因此，在水的參與腐蝕反應的情況下，汞對鋁製裝置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金屬中，然後隨著水、空氣、液態公的擴散，鋁製裝置迅速氧化形成氧化鋁。當鋁製裝置的外層率全部被氧化之後，便會侵蝕鋁製裝置的內部，從而導致液態金屬脆化現象的產生。
4.2 液態金屬脆化現象
固態金屬沉浸在液態金屬汞中斷裂、變形、應力降低的過程屬於液態金屬脆化現象。液態金屬脆稱重金屬的破裂機制複雜，在內有任何於是的情況下破壞金屬鋁的組織結構，降低金屬鋁的可塑性以及應力，最終使得鋁製裝置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製裝置的腐蝕程度，降低液態金屬脆化現象的產生，從而有效增加鋁製裝置的使用壽命，降低LNG 開發和應用的成本。另外，主要採用的措施還有加大鋁製換熱器與透平膨脹的呼喚，降低鋁製裝置表面的裂痕程度。液態金屬脆化現象的發生條件為：(1)存在類似於脆化劑的液態金屬與鋁進行電化學反應，如微量汞。(2)臨界值要高於鋁製裝置表面的應力，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生氧化膜破裂，為液態金屬脆化提供可能。
5 結束語
汞具有高毒性和腐蝕性，對鋁製裝置具有嚴重的破壞作用。液態天然氣(LNG)的開發和應用在一定程度上容易發生汞腐蝕事故，並且在輸送和排放的過程中容易引發環境汙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方法有四種：降低LNG 中微量汞的含量、及時清理裝置和管道中微量汞的殘存和聚積、使用防汞腐蝕塗層材料、定期檢測微量汞的腐蝕情況，這些脫出技術與方法能夠有效避免汞帶來的危害，降低汞腐蝕事故發生的風險。微量汞在LNG中的腐蝕機理，即檢測方法有兩種：汞齊化腐蝕現象、液態金屬脆化現象。這兩種檢測現象對鋁製裝置的腐蝕程度不同，因此，檢測起來也比較方便。但是它們的危害不容小覷，必須持續關注，並加以防範，避免汞腐蝕現象的發生。