硫化氢的腐蚀与防治.ppt

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1、萨曼捷佩气田采气工艺技术前期调研专题二——硫化氢的腐蚀与防治CNODC工程技术分中心硫化氢的腐蚀与防治一、腐蚀类型二、腐蚀机理三、均匀腐蚀或/和点蚀四、硫化物应力开裂(SSC)五、氢诱发裂纹(HIC)主要内容高含硫气藏在全球范围分布广泛。美国：得克萨斯州MurrayFranklin气田、密西西比州Black/Josephine气田、Cox气田；加拿大：阿尔伯达Bentz/Bearberry气田、PantherRiver气田中国：渤海湾盆地赵兰庄气田、胜利油田罗家气田和四川盆地渡口河气田飞仙关组气藏、罗家寨气田飞仙关组气藏、普光气田飞仙关组气藏、铁山坡气田飞仙关组气藏

2、、龙门气田飞仙关组气藏、高峰场气田飞仙关组气藏、中坝气田雷口坡组气藏和卧龙河气田嘉陵江组气藏同等。硫化氢(H2S)的分子量为34.08，密度为1.539mg/m3。硫化氢在水中的溶解度随着温度升高而降低。在1atm，30℃时，H2S在水中的饱和浓度大约3580mg/L。硫化氢气田分布简介一、腐蚀类型硫化氢常见的腐蚀破坏分为三种：1、电化学反应过程：阳极铁溶解导致的均匀腐蚀和局部腐蚀，表现为金属设施的壁厚减薄和点蚀穿孔等局部腐蚀破坏；2、硫化氢导致氢损伤过程：被钢铁吸收的氢原子，将破坏其基体的连续性，从而导致氢损伤。表现为以下2方面：●硫化物应力开裂(SulfideS

3、tressCracking，简称SSC)●氢诱发裂纹(HydrogenInducedCracking，简称HIC)，HIC常伴随着钢表面的氢鼓泡(HydrogenBlistering，简称HB)氢鼓泡应力开裂1、电化学腐蚀机理二、腐蚀机理H2S在水中的离解反应为：对钢铁的电化学腐蚀过程反应式表示：阳极反应：Fe一2e→Fe2+阴极反应：2H++2e→Had+Had→H2↑Had→Hab→钢中扩散阳极反应产物：Fe2++S2-→FeS↓式中Had—钢表面吸附的氢原子；Hab—钢中吸收的氢原子。阳极反应生成的硫化铁腐蚀产物主要有Fe9S8，Fe3S4，FeS2，FeS，

4、通常是一种有缺陷的结构，它与钢铁表面的粘结力差，易脱落，易氧化，电位较正，于是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。腐蚀产物的生成是随pH值、H2S浓度等参数而变化。其中Fe9S8的保护性最差，与Fe9S8相比，FeS和FeS2具有较完整的晶格点阵，因此保护性较好。扫描电子显微镜和电化学测试结果均证实了钢铁与腐蚀产物硫化铁之间的这一电化学电池行为。对钢铁而言，附着于其表面的腐蚀产物(FexSy)是有效的阴极，它将加速钢铁的局部腐蚀。于是有些学者认为在确定H2S腐蚀机理时，阴极性腐蚀产物(FexSy)的结构和性质对腐蚀的影响，相对H2S来说，将

5、起着更为主导的作用。二、腐蚀机理2、硫化氢导致氢损伤H2S作为一种强渗氢介质，不仅因为它本身提供了氢的来源，而且还起着毒化作用，阻碍氢原子结合成氢分子的反应，于是提高了钢铁表面氢浓度，其结果加速了氢向钢中的扩散溶解过程。钢中氢含量一般很小，试验表明只有百万分之几。若氢原子均匀地分布于钢中，很难萌生裂纹。实际工程上使用的钢材都存在缺陷，如面缺陷(晶界、相界等)、位错、三维应力区等，这些缺陷与氢的结合能力强，可将氢捕捉陷住，使之难以扩散，便成为氢的富集区（陷井）。富集区中的氢一旦结合成氢分子，积累的氢气压力很高，氢气压力可达3000atm，促使钢材脆化，局部区域发生塑性

6、变形，萌生裂纹最后导致开裂。硫化物应力开裂(SSC)：氢原子在H2S的催化下进人钢中后，在拉伸应力作用下，生成的垂直于拉伸应力方向的氢脆型开裂。氢诱发裂纹(HIC)和氢鼓泡(HB)：氢原子进人钢中后，在没有外加应力作用下，生成的平行于板面，沿轧制方向有鼓泡倾向的裂纹，而在钢表面则为HB。三、均匀腐蚀或/和点蚀H2S除作为阳极过程的催化剂，促进铁离子的溶解，加速钢材重量损失外，同时还为腐蚀产物提供S2-，在钢表面生成硫化铁腐蚀产物膜。对钢铁而言，硫化铁为阴极，它在钢表面沉积，并与钢表面构成电偶，使钢表面继续产生电化学腐蚀。在H2S腐蚀过程中，硫化铁产物膜的结构和性质将

7、成为控制最终腐蚀速率与破坏形状的主要因素。硫化铁膜的生成、结构及其性质受H2S浓度、pH值、温度、流速、暴露时间以及水的状态等因素的影响。对从井下到地面整个油气开采系统来说，这些因素都是变化着的，于是硫化铁膜的结构和性质及其反映出的保护性也就各异。因此，在含H2S酸性油气田上的腐蚀破坏往往表现为由点蚀导致局部壁厚减薄、蚀坑或和穿孔。局部腐蚀发生在局部小范围区域内，其腐蚀速率往往比预测的均匀腐蚀速率快数倍或数十倍，控制难度较大。1、腐蚀破坏的特点三、均匀腐蚀或/和点蚀2、影响腐蚀的因素（1）H2S浓度：●200-400mg/L时，腐蚀率达到最大，而后又随着H2S浓