[复习]硫化氢腐蚀

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1、硫化氢(H2S)的特性及来源1.硫化氢的特性硫化氢的分子量为34.08,密度为1.539mg/m3.而且是一种无色、有臭鸡蛋味的、易燃、易爆、有毒和腐蚀性的酸性气体。H2S在水小的溶解度很人，水溶液具有弱酸性，如在1大气压下，30°C水溶液小I12S饱和浓度大约是300mg/L,溶液的pH值约是4。H2S不仅对人体的健康和生命安全有很大的危害性，而且它对钢材也具冇强烈的腐蚀性，对右汕、右化工业装备的安全运转存在很人的潜在危险。2.石油工业中的来源油气中硫化氢的來源除了來自地层以外，滋长的硫酸盐述原菌转化地层屮和化学添加剂屮的硫酸盐时，也会释放出硫化氢。

2、3.石化工业中的来源右油加工过程中的硫化氢主要來源于含硫原油中的有机硫化物如硫醇和硫储等，这些有机硫化物在原油加工过程进行中受热会转化分解出相应的硫化氢。干燥的II2S対金属材料无腐蚀破坏作用，I12S只冇溶解在水屮才具右腐蚀性。硫化氢腐蚀机理1.湿硫化氢环境的定义(1)国际上湿硫化氢环境的定义美国腐蚀工程师协会(NACE)的MR0175-97“油田设备抗硫化物应力开裂金属材料”标准：(1)酸性气体系统：气体总压MO.4MPa,并且H2S分压20.0003MPa；(2)酸性多相系统：当处理的原油中冇两相或三相介质(油、水、气)时，条件可放宽为：气相总压

3、>1.8MPa且H2S分压P0.0003MPa；当气相压力Wl.8MPa且II2S分压P0.07MPa；或气相H2S含量超过15%。(2)国内湿硫化氢环境的定义“在同时存在水和硫化氢的环境中，当硫化氢分压大于或等于0.00035MPa时，或在同时存在水和硫化氢的液化石油气屮，当液相的硫化氢含最大于或等于10X10-6时，则称为祈硫化氢环境”。(2)硫化氢的电离在湿硫化氧环境屮，硫化氧会发生电离，使水具冇酸性，硫化氢在水屮的离解反应式为：II2S=H++HS-(1)IIS-=H++S2-(2)1.硫化氢电化学腐蚀过程阳极：Fe-2e-*•Fe2*阴极：2

4、H*+2e-Had+Had-2H-H21I［H—钢中扩散其屮：［lad-钢表面吸附的氢原子［II］-钢屮的扩散氢阳极反应产物：Fc2++S2——FeSI亘钢材受到硫化氢腐蚀以后阳极的最终产物就是硫化亚铁，该产物通常是--种有缺陷的结构，它与钢铁表面的粘结力差，易脱落，易氧化，且电位较」E，因而作为阴极与钢铁基体构成一个活性的微电池，对钢基体继续进行腐蚀。硫化氢引起氢损伤的腐蚀类型反应产物氢一般认为有两种去向，一是氢原子Z间有较大的亲和力，易相互结合形成氢分子排出；另一个去向就是由丁•原子半径极小的氢原子获得足够的能量后变成扩散氮［H］而渗入钢的内部并溶

5、入晶格中，溶丁晶格中的氢有很强的游离性，在一定条件下将导致材料的脆化(氢脆)和氢损伤1.氢压理论:与形成氢致鼓泡原因一样，在夹杂物、晶界等处形成的氢气团可产生一个很大的内应力，在强度较窩的材料内部产生微裂纹，并山于氢原了在应力梯度的驱使下，向微裂纹尖端的三向拉应力区集屮,使品体点阵中的位错被氢原子“钉扎”、钢的犁•性降低，当内压所致的拉应力和裂纹尖端的氢浓度达到某一临界值时，微裂纹扩展，扩展后的裂纹尖端某处氢再次聚集、裂纹再扩展，这样最终导致破断。2.湿H2S环境中的开裂类型：氢鼓泡(HB)、氮致开裂(HIC)、硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)、应力导向

6、氮致开裂(SOHIC)。(1)氢鼓泡(HB)腐蚀过程中析出的氢原子向钢中扩散，在钢材的菲金属夹杂物、分层和其他不连续处易聚集形成分子氢，由于氧分子较大难以从钢的组织内部逸出，从而形成巨大内压导致其周围组织屈服，形成表面层下的平面孔穴结构称为氢鼓泡，其分布平行于钢板表面。它的发生无需外加应力，与材料中的夹杂物等缺陷密切相关。(2)氢致开裂(IIIC)在氢气斥力的作用下，不同层面上的相邻氢鼓泡裂纹相互连接，形成阶梯状特征的内部裂纹称为氢致开裂,裂纹冇时也可扩展到金属表面。HIC的发生也无需外加应力，一-般与钢中高密度的人平面夹杂物或合金元素在钢中偏析产生的

7、不规则微观组织有关。(3)硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)湿H2S坏境中腐蚀产生的氢原了渗入钢的内部固溶于晶格屮，使钢的脆性増加，在外加拉应力或残余应力作用下形成的开裂，叫做硫化物应力腐蚀开裂。工程上冇时也把受拉应力的钢及合金在湿H2S及其它硫化物腐蚀环境中产生的脆性开裂统称为硫化物应力腐蚀开裂。SSCC通常发生在中高强度钢中或焊缝及其热影响区等硬度较高的区域。硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)的特征:在含H2S酸性汕气系统中，SSCC主耍出现丁-高强度钢、高内应力构件及碾焊缝上。SSCC是I1J1I2S腐蚀阴极反应所析出的氢原子，在1I2S的催化下进入钢中

8、后，在拉伸应力作用下，通过扩散，在冶金缺陷捉供的三向拉伸应力区富集，而导致的开裂，开裂垂直于拉