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(zhì)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(qiáng)裂的腐蝕作用。濕硫化氫產(chǎn)生腐蝕作用的分壓極低僅需350Pa，而油氣開發(fā)過程中的硫化氯濃度遠(yuǎn)超這一數(shù)值，所以鋼在硫化氫介質(zhì)中的腐蝕破壞現(xiàn)象非常明顯，得到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注并進(jìn)行了大量的研究工作。
硫化氫不僅對鋼材具有很強(qiáng)的腐蝕性，而且硫化氫本身還是一種很強(qiáng)的滲氫介質(zhì)，其腐蝕破壞主要由氫引起的，介質(zhì)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(jìn)程。其腐蝕類型主要有電化學(xué)腐蝕和氫致?lián)p傷兩種類型。
在油氣開采中與CO2和O2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(qiáng)去極化劑，極易在陰極奪取電子而促進(jìn)陽極鐵的溶解反應(yīng)而導(dǎo)致鋼鐵的全面腐蝕。其電化學(xué)腐蝕過程如下:
陽極反應(yīng) Fe-2e = Fe2+
陰極反應(yīng) 2H++2e = Had+Had H2
陽極反應(yīng)產(chǎn)物 Fe2++S2－ = FeS
陽極反應(yīng)生產(chǎn)的FeS通常是一種有缺陷結(jié)構(gòu)的保護(hù)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(gòu)成一個(gè)活性微電池繼續(xù)腐蝕基體。
H2S水溶液對鋼材電化學(xué)腐蝕的另一個(gè)產(chǎn)物是氫。一般認(rèn)為反應(yīng)生成的氫有兩個(gè)去向，一是氫原子間結(jié)合生成分子氫而排出，另一個(gè)去向就是吸附于鋼材表面的氫原子因半徑小具有很強(qiáng)的滲透性，可以被鋼材吸收進(jìn)入鋼材內(nèi)部的晶格中，溶于晶格中的氫原子有很強(qiáng)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(xiàn)為硫化物應(yīng)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(xué)腐蝕過程中產(chǎn)生的氫原子具有很強(qiáng)的滲透性，可以向鋼材內(nèi)部滲透，并在晶粒界面、夾雜面、位錯(cuò)、蝕坑等缺陷部位聚集而結(jié)合成氫分子。氫分子所占據(jù)的空間為氫原子的20倍，于是鋼材內(nèi)部形成很大的內(nèi)壓，使鋼材脆性增加，當(dāng)內(nèi)部壓力達(dá)到一定值時(shí)就引起界面開裂，形成氫鼓泡。氫鼓泡的發(fā)生并不需要外加應(yīng)力，通常分布平行于鋼析表面。
在鋼的內(nèi)部發(fā)生氫鼓泡區(qū)域，當(dāng)氫的壓力繼續(xù)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(fā)生也不需要外加應(yīng)力，而鋼中的Mn、S、C、P等夾雜物會增加HIC的敏感性。
C、應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂（stress oriented hydrogen induced cracking，HOHIC）
應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂是在應(yīng)力引導(dǎo)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(yīng)力的方向發(fā)展而形成破壞的現(xiàn)象。SOHIC通常發(fā)生在焊接接頭的熱影響區(qū)及高應(yīng)力集中區(qū)。
D、硫化物應(yīng)力腐蝕開裂（Sulfide stress corrosion cracking，SSCC）
SSCC是指硫化氫產(chǎn)生的氫原子滲透到鋼材的內(nèi)部并溶解于晶格中，從而導(dǎo)致鋼材的脆性增加，在外加應(yīng)力或殘余應(yīng)力作用下形成開裂。通常發(fā)生于焊縫與熱影響的高硬度區(qū)。
在含硫化氫的濕環(huán)境中，微生物尤其是硫酸鹽還原菌（SRB）的活動，會使鋼材產(chǎn)生去極化作用，誘發(fā)嚴(yán)重的點(diǎn)蝕，并且會促進(jìn)與氫相關(guān)的HIC及SSCC的發(fā)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(xì)菌的陰極去極化）
Fe2++ S2－ = FeS （腐蝕產(chǎn)物）
Fe2++2OH－ = Fe（OH）2 （腐蝕產(chǎn)物）
總反應(yīng)：4Fe+SO42－+4H2O =3Fe(OH)2 +FeS+2OH－
為了預(yù)防油氣開采過程中硫化氫對鋼材產(chǎn)生的腐蝕作用，科學(xué)界采取了多種技術(shù)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(rèn)為更方便、有效、經(jīng)濟(jì)的措施是采用高效的涂層技術(shù)手段?？梢愿鶕?jù)具體工況，選用ZS-711無機(jī)防腐涂料、ZS-1033耐HF防腐涂料、ZS-1041煙氣防腐涂料及ZS－1021高溫封閉涂料進(jìn)行防腐涂層設(shè)計(jì)。
(空格分隔,最多3個(gè),單個(gè)標(biāo)簽最多10個(gè)字符)
6
立即詢價(jià)
您提交后，專屬客服將第一時(shí)間為您服務(wù)