石油管道硫化氫腐蝕因素與防護(hù)對策研究獲獎科研報告

石油管道硫化氫腐蝕因素與防護(hù)對策研究獲獎科研報告【摘要】硫化氫（H2S）腐蝕有其普遍性和高度危害性.通過對H2S腐蝕機理的剖析，本文首先介紹硫化氫環(huán)境腐蝕原理，硫化氫腐蝕類型，然后綜合闡述了石油管道硫化氫腐蝕的主要影響因素，提出了硫化氫腐蝕與防護(hù)建議，采取針對性解決措施，加以調(diào)整和優(yōu)化，有效延長管道使用壽命。

引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，對石油資源需求量日漸增加，我國各領(lǐng)域取得了進(jìn)一步發(fā)展，然而，在石油領(lǐng)域發(fā)展過程中，受到各類因素的影響，石油管道極易出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，在很大程度上阻礙了石油事業(yè)可持續(xù)發(fā)展，特別是硫化氫腐蝕問題，因此，加強對石油管道硫化氫腐蝕防護(hù)對策的研究具有重要意義。

1硫化氫腐蝕機理

一般而言，干H2S氣體無腐蝕性，而濕H2S或與酸性介質(zhì)共存時，腐蝕速度會大大增加。硫化氫（H2S）溶于水中后電離呈酸性，使管材受到電化學(xué)腐蝕，造成管壁減薄或局部點蝕穿孔。腐蝕過程中產(chǎn)生的氫原子被鋼鐵吸收后，在管材冶金缺陷區(qū)富集，可能導(dǎo)致鋼材脆化，萌生裂紋，導(dǎo)致開裂。因此，石油管道面臨著越來越嚴(yán)重的硫腐蝕問題。其中，以H2S腐蝕最為普遍。

2石油管道硫化氫腐蝕類型

2.1全面腐蝕

硫化氫造成的管道腐蝕在很大程度上降低了管道厚度，且金屬表面極易出現(xiàn)凹凸不平等現(xiàn)象，一旦金屬表面出現(xiàn)腐蝕，使得黑色硫化物腐蝕沉積在管道當(dāng)中，進(jìn)而影響石油管道運輸有效性。

2.2氫鼓泡

出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因在于兩個方面，一方面，存在原子狀態(tài)的氫;另一方面，金屬內(nèi)部存在“空穴”，前者則是受到濕硫化氫對石油管道鋼材表面的腐蝕，而后者則是由于鋼材本身的質(zhì)量的影響，且腐蝕過程中，析出來的氫原子逐漸向鋼材中滲透，長此以往，便在鋼材非金屬位置，如：非金屬夾雜物等形成分子氫，不僅如此，氫原子體積較大，難以從鋼材中逸出，進(jìn)而與鋼板表面平行分布，影響石油管道壽命。

2.3氫至開裂

由于氫致開裂表現(xiàn)形式較多，且問題形成過程較為復(fù)雜，至此，針對該方面研究并沒有形成較為完善的理論，更多的是側(cè)重對氫內(nèi)壓理論方面。硫化氫環(huán)境下，一旦受到高逸度充氮等因素的影響，極易出現(xiàn)氫開裂問題

2.4硫化物應(yīng)力腐蝕開裂

人們把金屬在硫化物環(huán)境中的腐蝕和拉伸應(yīng)力（遠(yuǎn)低于屈服應(yīng)力）的聯(lián)合作用下所發(fā)生的延遲斷裂現(xiàn)象，稱為硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。硫化物應(yīng)力腐蝕開裂斷口一般為脆性斷口，裂紋源及穩(wěn)定擴展區(qū)呈灰黑色，可發(fā)現(xiàn)覆蓋的腐蝕產(chǎn)物。硫化物應(yīng)力腐蝕開裂過程一般包括裂紋孕育（形成蝕坑）、穩(wěn)定擴散和失穩(wěn)擴展三個階段。孕育階段經(jīng)歷的時間取決于管道表面狀態(tài)和應(yīng)力水平。如果管道表面有足以作為硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的缺陷，則開始進(jìn)入擴展階段，不需要孕育期。因此，硫化物應(yīng)力腐蝕破壞具有突發(fā)性，裂紋的產(chǎn)生和擴展非常迅速。

3硫化氫腐蝕的主要因素

3.1濃度

通常情況下，濃度作為影響硫化氫腐蝕速度快慢的主要因素之一，特別是在酸性介質(zhì)影響下，硫化氫對陽極鐵的溶解產(chǎn)生的影響更為劇烈，從斷裂機理角度來看，當(dāng)硫化氫濃度處于標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)時，出現(xiàn)韌性斷裂的可能性較大，但是，相隨著濃度逐漸增加，管道韌性斷裂將會朝著脆行方向發(fā)展，使得微觀端口出現(xiàn)河流狀，進(jìn)而影響管道運輸可靠性。

3.2電位

飽和硫化氫溶液盈利腐蝕體系當(dāng)中，電化學(xué)極化會成為腐蝕的重要影響因素之一。當(dāng)溶液呈現(xiàn)中性時，該體系將會發(fā)生陽極溶液溶解型應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象，而陽極極化則不會對斷裂產(chǎn)生不良影響;另外，當(dāng)溶液呈酸性時，管道會出現(xiàn)斷裂，且陰極極化會提升斷裂速度;當(dāng)溶液呈現(xiàn)弱堿性時，陽極極化會出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象，且隨著電位的升高，鈍化膜也隨之增強，并在管道表面形成腐蝕層。除此之外，流速、表面膜等因素也會影響硫化氫腐蝕。

3.3pH值

介質(zhì)的pH值對石油管道H2S腐蝕影響很大。碳鋼在含H2S溶液中的腐蝕隨pH值升高而逐漸減弱。在pH值較低時，腐蝕電極主要受陽極溶解過程控制;隨著pH值的升高，硫化物在電極表面出現(xiàn)不連續(xù)沉積，電極過程主要受硫化物生長控制，生成的硫化物不足以對電極起到保護(hù)作用;在pH值大于7的堿性溶液中，電極表面因氧化膜的生成而呈現(xiàn)鈍化特征。

3.4溫度

溫度升高，電化學(xué)腐蝕速度加快。溫度每升高10度，電化學(xué)腐蝕速度加快2～4倍。隨著溫度的升高，H2S在水中的溶解度降低，而氫的擴散速度加快。因此，溫度也是影響H2S腐蝕的重要因素。

4避免石油管道硫化氫腐蝕的有效防護(hù)對策

4.1結(jié)合實際情況，涂抹保護(hù)涂層

涂抹保護(hù)層作為避免管道腐蝕的有效途徑之一，其不僅能夠有效控制成本，還能夠提高管道防護(hù)性能，在工程施工過程中，可以選用耐腐蝕性較強的合金鋼或者貴金屬，如：鈦、鎳等，作為保護(hù)層，另外，針對鋼材表面而言，可以選擇熱噴涂AL或者AL系粉芯絲材實現(xiàn)對管道的保護(hù)，以此來提升防護(hù)效果。

4.2添加緩蝕劑，控制金屬腐蝕

管道長期處于電解質(zhì)或者潮濕滑環(huán)境當(dāng)中，極易形成水膜腐蝕。針對這一問題，可以添加緩蝕劑，兼顧陽極和陰極反應(yīng)兩方面，最大程度上減少腐蝕過程中產(chǎn)生的腐蝕電流，進(jìn)而延長管道使用壽命。另外，從物理角度而言，緩蝕劑發(fā)揮積極作用的關(guān)鍵在于緩蝕劑與電解質(zhì)在金屬表面相互作用，進(jìn)而實現(xiàn)對管道的防護(hù)。在具體應(yīng)用過程中，科學(xué)、合理添加緩蝕劑，不僅能夠有效避免硫化氫腐蝕，而且其針對性較強。

4.3嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，選擇優(yōu)質(zhì)鋼材

材料質(zhì)量作為管道建設(shè)不容忽視的因素之一，滲鋁鋼作為一種新型材料自身具有較好的耐蝕性，能夠更好地適應(yīng)硫化氫環(huán)境，尤其是在高溫影響下，其耐蝕性表現(xiàn)更為明顯，主要是由于該材料能夠通過其自身抵御作用與鋼材的犧牲陽極保護(hù)發(fā)揮積極作用，進(jìn)而實現(xiàn)對管道的防護(hù)作用。在具體生產(chǎn)過程中，可以通過精煉減少鋼中的非金屬夾雜物，或者連鑄等形式，快速冷卻及電磁攪拌等方式，避免凝固偏析的出現(xiàn)，進(jìn)而消除氫原子。

4.4制定養(yǎng)護(hù)制度，加強腐蝕監(jiān)測

石油企業(yè)在發(fā)展過程中，要明確認(rèn)識到日常養(yǎng)護(hù)的重要性，并結(jié)合實際情況，制定合理的養(yǎng)護(hù)制度，并積極落實責(zé)任制，將養(yǎng)護(hù)工作落實到每一位員工身上，規(guī)范員工工作行為等，實現(xiàn)對腐蝕全過程的監(jiān)督和控制，并了解和掌握操作數(shù)據(jù)與腐蝕之間關(guān)系的數(shù)據(jù)信息，加大分析和研究力度，加強對問題的判斷，最大程度上改善腐蝕控制工作，促使石油管道能夠穩(wěn)定、高效運行，就現(xiàn)階段來看，較為成熟的腐蝕監(jiān)測技術(shù)主要包括電阻法、現(xiàn)性極化、電位法等，在實際監(jiān)測過程中，要結(jié)合實際情況，選擇合理的監(jiān)測技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)腐蝕問題，并采取針對行措施加以調(diào)整和優(yōu)化，有效控制腐蝕問題，進(jìn)而實現(xiàn)對管道的