袁兴海
【摘 要】硫化氢(H2S)腐蚀有其普遍性和高度危害性.通过对H2S腐蚀机理的剖析,本文首先介绍硫化氢环境腐蚀原理,硫化氢腐蚀类型,然后综合阐述了石油管道硫化氢腐蚀的主要影响因素,提出了硫化氢腐蚀与防护建议,采取针对性解决措施,加以调整和优化,有效延长管道使用寿命。
引言
随着社会经济不断发展,对石油资源需求量日渐增加,我国各领域取得了进一步发展,然而,在石油领域发展过程中,受到各类因素的影响,石油管道极易出现腐蚀现象,在很大程度上阻碍了石油事业可持续发展,特别是硫化氢腐蚀问题,因此,加强对石油管道硫化氢腐蚀防护对策的研究具有重要意义。
1硫化氢腐蚀机理
一般而言,干H2S气体无腐蚀性,而湿H2S或与酸性介质共存时,腐蚀速度会大大增加。硫化氢(H2S)溶于水中后电离呈酸性,使管材受到电化学腐蚀,造成管壁减薄或局部点蚀穿孔。腐蚀过程中产生的氢原子被钢铁吸收后,在管材冶金缺陷区富集,可能导致钢材脆化,萌生裂纹,导致开裂。因此,石油管道面临着越来越严重的硫腐蚀问题。其中,以H2S腐蚀最为普遍。
2石油管道硫化氢腐蚀类型
2.1全面腐蚀
硫化氢造成的管道腐蚀在很大程度上降低了管道厚度,且金属表面极易出现凹凸不平等现象,一旦金属表面出现腐蚀,使得黑色硫化物腐蚀沉积在管道当中,进而影响石油管道运输有效性。
2.2氢鼓泡
出现该现象的主要原因在于两个方面,一方面,存在原子状态的氢;另一方面,金属内部存在“空穴”,前者则是受到湿硫化氢对石油管道钢材表面的腐蚀,而后者则是由于钢材本身的质量的影响,且腐蚀过程中,析出来的氢原子逐渐向钢材中渗透,长此以往,便在钢材非金属位置,如:非金属夹杂物等形成分子氢,不仅如此,氫原子体积较大,难以从钢材中逸出,进而与钢板表面平行分布,影响石油管道寿命。
2.3氢至开裂
由于氢致开裂表现形式较多,且问题形成过程较为复杂,至此,针对该方面研究并没有形成较为完善的理论,更多的是侧重对氢内压理论方面。硫化氢环境下,一旦受到高逸度充氮等因素的影响,极易出现氢开裂问题
2.4硫化物应力腐蚀开裂
人们把金属在硫化物环境中的腐蚀和拉伸应力(远低于屈服应力)的联合作用下所发生的延迟断裂现象,称为硫化物应力腐蚀开裂。硫化物应力腐蚀开裂断口一般为脆性断口,裂纹源及稳定扩展区呈灰黑色,可发现覆盖的腐蚀产物。硫化物应力腐蚀开裂过程一般包括裂纹孕育(形成蚀坑)、稳定扩散和失稳扩展三个阶段。孕育阶段经历的时间取决于管道表面状态和应力水平。如果管道表面有足以作为硫化物应力腐蚀开裂的缺陷,则开始进入扩展阶段,不需要孕育期。因此,硫化物应力腐蚀破坏具有突发性,裂纹的产生和扩展非常迅速。
3硫化氢腐蚀的主要因素
3.1浓度
通常情况下,浓度作为影响硫化氢腐蚀速度快慢的主要因素之一,特别是在酸性介质影响下,硫化氢对阳极铁的溶解产生的影响更为剧烈,从断裂机理角度来看,当硫化氢浓度处于标准之内时,出现韧性断裂的可能性较大,但是,相随着浓度逐渐增加,管道韧性断裂将会朝着脆行方向发展,使得微观端口出现河流状,进而影响管道运输可靠性。
3.2电位
饱和硫化氢溶液盈利腐蚀体系当中,电化学极化会成为腐蚀的重要影响因素之一。当溶液呈现中性时,该体系将会发生阳极溶液溶解型应力腐蚀开裂现象,而阳极极化则不会对断裂产生不良影响;另外,当溶液呈酸性时,管道会出现断裂,且阴极极化会提升断裂速度;当溶液呈现弱碱性时,阳极极化会出现钝化现象,且随着电位的升高,钝化膜也随之增强,并在管道表面形成腐蚀层。除此之外,流速、表面膜等因素也会影响硫化氢腐蚀。
3.3pH值
介质的pH值对石油管道H2S腐蚀影响很大。碳钢在含H2S溶液中的腐蚀随pH值升高而逐渐减弱。在pH值较低时,腐蚀电极主要受阳极溶解过程控制;随着pH值的升高,硫化物在电极表面出现不连续沉积,电极过程主要受硫化物生长控制,生成的硫化物不足以对电极起到保护作用;在pH值大于7的碱性溶液中,电极表面因氧化膜的生成而呈现钝化特征。
3.4温度
温度升高,电化学腐蚀速度加快。温度每升高10度,电化学腐蚀速度加快2~4倍。随着温度的升高,H2S在水中的溶解度降低,而氢的扩散速度加快。因此,温度也是影响H2S腐蚀的重要因素。
4避免石油管道硫化氢腐蚀的有效防护对策
4.1结合实际情况,涂抹保护涂层
涂抹保护层作为避免管道腐蚀的有效途径之一,其不仅能够有效控制成本,还能够提高管道防护性能,在工程施工过程中,可以选用耐腐蚀性较强的合金钢或者贵金属,如:钛、镍等,作为保护层,另外,针对钢材表面而言,可以选择热喷涂AL或者AL系粉芯丝材实现对管道的保护,以此来提升防护效果。
4.2添加缓蚀剂,控制金属腐蚀
管道长期处于电解质或者潮湿滑环境当中,极易形成水膜腐蚀。针对这一问题,可以添加缓蚀剂,兼顾阳极和阴极反应两方面,最大程度上减少腐蚀过程中产生的腐蚀电流,进而延长管道使用寿命。另外,从物理角度而言,缓蚀剂发挥积极作用的关键在于缓蚀剂与电解质在金属表面相互作用,进而实现对管道的防护。在具体应用过程中,科学、合理添加缓蚀剂,不仅能够有效避免硫化氢腐蚀,而且其针对性较强。
4.3严把质量关,选择优质钢材
材料质量作为管道建设不容忽视的因素之一,渗铝钢作为一种新型材料自身具有较好的耐蚀性,能够更好地适应硫化氢环境,尤其是在高温影响下,其耐蚀性表现更为明显,主要是由于该材料能够通过其自身抵御作用与钢材的牺牲阳极保护发挥积极作用,进而实现对管道的防护作用。在具体生产过程中,可以通过精炼减少钢中的非金属夹杂物,或者连铸等形式,快速冷却及电磁搅拌等方式,避免凝固偏析的出现,进而消除氢原子。
4.4制定养护制度,加强腐蚀监测
石油企业在发展过程中,要明确认识到日常养护的重要性,并结合实际情况,制定合理的养护制度,并积极落实责任制,将养护工作落实到每一位员工身上,规范员工工作行为等,实现对腐蚀全过程的监督和控制,并了解和掌握操作数据与腐蚀之间关系的数据信息,加大分析和研究力度,加强对问题的判断,最大程度上改善腐蚀控制工作,促使石油管道能够稳定、高效运行,就现阶段来看,较为成熟的腐蚀监测技术主要包括电阻法、现性极化、电位法等,在实际监测过程中,要结合实际情况,选择合理的监测技术,及时发现腐蚀问题,并采取针对行措施加以调整和优化,有效控制腐蚀问题,进而实现对管道的有效防护。
5结论
管道作为石油运输的重要组成部分,其可靠性直接影响石油企业未来发展。因此,要加强对管道的管理,了解和掌握硫化氢管道腐蚀类型及影响因素,并采取针对性解决措施,加以调整和优化,有效延长管道使用寿命,进而为相关领域发展提供支持,促进国民经济健康发展。
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