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            硫化氫腐蝕類型及其防護

            發布時間:2020-06-13   點擊次數:329次

             

            硫化氫(H2S)是一種無色、劇毒、有臭雞蛋氣味的氣體,它的相對分子質量為34.08,密度為1.539kg/m3。干燥的硫化氫氣體沒有腐蝕作用,而濕的硫化氫氣體或溶液則具有強裂的腐蝕作用。濕硫化氫產生腐蝕作用的分壓極低僅需350Pa,而油氣開發過程中的硫化氯濃度遠超這一數值,所以鋼在硫化氫介質中的腐蝕破壞現象非常明顯,得到國內外學者的廣泛關注并進行了大量的研究工作。

            硫化氫不僅對鋼材具有很強的腐蝕性,而且硫化氫本身還是一種很強的滲氫介質,其腐蝕破壞主要由氫引起的,介質中的氯離子、氧氣等可以加速參氫過程從而加速腐蝕破壞的進程。其腐蝕類型主要有電化學腐蝕和氫致損傷兩種類型。

            1. 硫化氫電化學腐蝕過程

            在油氣開采中與CO2O2相比,H2S在水中的溶解度更高,且一量溶于水,便立即電離,使水具有酸性。

            H2S   =    HS-+H+

            HS-     =  S2-+H+

            電離生成的氫離子是強去極化劑,極易在陰極奪取電子而促進陽極鐵的溶解反應而導致鋼鐵的全面腐蝕。其電化學腐蝕過程如下:

            陽極反應     Fe-2e    =  Fe2+

            陰極反應     2H++2e   =   Had+Had      H2

            陽極反應產物   Fe2++S2     =    FeS

            陽極反應生產的FeS通常是一種有缺陷結構的保護層,與鋼鐵表面附著力差、易脫落、易氧化、易被氯離子滲透,而且電位較正,于是作為陰極與鋼鐵基體構成一個活性微電池繼續腐蝕基體。

            1. 氫損傷

            H2S水溶液對鋼材電化學腐蝕的另一個產物是氫。一般認為反應生成的氫有兩個去向,一是氫原子間結合生成分子氫而排出,另一個去向就是吸附于鋼材表面的氫原子因半徑小具有很強的滲透性,可以被鋼材吸收進入鋼材內部的晶格中,溶于晶格中的氫原子有很強的游離性,在一定條件下引起氫損傷。

            在含H2S酸性油氣中,氫損傷主要表現為硫化物應力開裂(SSCC)、氫致開裂(HIC)和氫鼓泡(HB)等幾種破壞形式。

            A、氫鼓泡(Hydrogen bubbling,HB

            H2S在電化學腐蝕過程中產生的氫原子具有很強的滲透性,可以向鋼材內部滲透,并在晶粒界面、夾雜面、位錯、蝕坑等缺陷部位聚集而結合成氫分子。氫分子所占據的空間為氫原子的20倍,于是鋼材內部形成很大的內壓,使鋼材脆性增加,當內部壓力達到一定值時就引起界面開裂,形成氫鼓泡。氫鼓泡的發生并不需要外加應力,通常分布平行于鋼析表面。

            • 氫致開裂(Hydrogen induced cracking,HIC

            在鋼的內部發生氫鼓泡區域,當氫的壓力繼續增高,小的HB裂紋趨各于相互連接,形成具有階梯狀特征的裂紋。HIC的發生也不需要外加應力,而鋼中的Mn、S、C、P等夾雜物會增加HIC的敏感性。

            C、應力導向氫致開裂(stress oriented hydrogen induced cracking,HOHIC

            應力導向氫致開裂是在應力引導下,使在夾雜物與缺陷處因氫聚集而形成的成排小裂紋沿著垂直于應力的方向發展而形成破壞的現象。SOHIC通常發生在焊接接頭的熱影響區及高應力集中區。

            D、硫化物應力腐蝕開裂(Sulfide stress corrosion cracking,SSCC

            SSCC是指硫化氫產生的氫原子滲透到鋼材的內部并溶解于晶格中,從而導致鋼材的脆性增加,在外加應力或殘余應力作用下形成開裂。通常發生于焊縫與熱影響的高硬度區。

            • 微生物誘導腐蝕(Microbial induced corrosion,MIC

            在含硫化氫的濕環境中,微生物尤其是硫酸鹽還原菌(SRB)的活動,會使鋼材產生去極化作用,誘發嚴重的點蝕,并且會促進與氫相關的HICSSCC的發生。

            Fe = Fe2++2e  (陽極過程)

            H2O=H++OH(水電離)

            H++e  = H     (陰極過程)

            SO42+8H  = S2+4H2O   (細菌的陰極去極化)

            Fe2++ S2 =  FeS      (腐蝕產物)

            Fe2++2OH  = FeOH2   (腐蝕產物)

            總反應:4Fe+SO42+4H2O =3Fe(OH)2 +FeS+2OH

            為了預防油氣開采過程中硫化氫對鋼材產生的腐蝕作用,科學界采取了多種技術措施,如抗硫化氫腐蝕的合金材料、添加緩蝕劑、表面鍍層等等。但是志盛威華唐工認為更方便、有效、經濟的措施是采用高效的涂層技術手段??梢愿鶕唧w工況,選用ZS-711無機防腐涂料、ZS-1033HF防腐涂料、ZS-1041煙氣防腐涂料及ZS1021高溫封閉涂料進行防腐涂層設計。

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