宋曉良，劉 艷， 黃賢濱

(中國石油化工股份有限公司 青島安全工程研究院，山東 青島 266100)

硫化氫對幾種管線鋼腐蝕試驗研究

宋曉良，劉 艷， 黃賢濱

(中國石油化工股份有限公司 青島安全工程研究院，山東 青島 266100)

通過硫化氫腐蝕模擬試驗研究了三種管線鋼(X60、X65、X70)在不同濃度硫化氫環(huán)境下的腐蝕情況。實驗表明，硫化氫濃度對三種管線鋼腐蝕速率影響趨勢相同且在高含硫化氫環(huán)境中腐蝕速率并不高，腐蝕速率受pH影響，pH值越小腐蝕速率越大。

硫化氫 ；腐蝕 ； 管線鋼

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國內(nèi)對石油能源的需求也快速增加。目前進(jìn)口石油不斷增加，進(jìn)口原油中很大部分是高含硫原油。高含硫原油造成硫化氫廣泛存在于煉油裝置以及后續(xù)加工系統(tǒng)中，成為引發(fā)管道材料失效的主要腐蝕介質(zhì)之一[1]，輸送高含硫化氫油氣管道面臨嚴(yán)重的硫化氫腐蝕問題[2-4]。金屬材料遭受H2S腐蝕時，可發(fā)生均勻腐蝕、氫鼓泡、氫致開裂等，且各種腐蝕形式相互促進(jìn)，最終導(dǎo)致材料開裂并引發(fā)大量惡性事故[5]，為了探索硫化氫對不同管線鋼的腐蝕情況，現(xiàn)開展不同硫化氫濃度、不同pH值條件下的硫化氫腐蝕模擬實驗。

1 腐蝕模擬實驗

1.1 試驗方法

試驗在帶攪拌的高壓釜中進(jìn)行，模擬實際工況條件，試驗溫度30℃，試驗壓力6.4MPa，線速度1m/s，測定所取罐底水溶液離子濃度，并配制相應(yīng)的試驗溶液，制備三種不同管線鋼X60、X65、X70的標(biāo)準(zhǔn)試樣(50×10×3mm)，在高壓釜氣相、液相分別放置三種材質(zhì)管線鋼的平行樣，試驗開始前用氫氧化鈉和醋酸來調(diào)節(jié)溶液酸堿度，通過控制硫化氫分壓來控制硫化氫濃度，每組試驗周期為7d，采用失重的方法來計算每種管線鋼的腐蝕速率。

1.2 硫化氫濃度對管線鋼腐蝕影響

液相中硫化氫濃度對三種管線鋼腐蝕速率的影響如圖1所示，氣相中硫化氫濃度對三種管線鋼腐蝕速率的影響如圖2所示，從圖中可知，在液相中，當(dāng)硫化氫濃度小于一臨界值(10000×10-6)時，腐蝕速率時隨硫化氫濃度的增大而增大，而當(dāng)硫化氫濃度高于臨界值時，腐蝕速率隨硫化氫濃度的增大而減小，在氣相中，腐蝕速率總體呈現(xiàn)隨硫化氫濃度增大而增大的趨勢，造成這種結(jié)果的原因是在液相中硫化氫的濃度影響腐蝕產(chǎn)物FeS膜的產(chǎn)生，當(dāng)硫化氫濃度超過臨界值時，形成的致密的FeS膜會阻礙鋼材與硫化氫的接觸從而降低腐蝕速率，而在氣相中不會形成致密的保護(hù)膜，腐蝕隨硫化氫濃度的增大而加劇。圖3、圖4為X70管線鋼在液相和氣相中的宏觀腐蝕形貌，從圖中可知在氣相中，試樣的腐蝕隨硫化氫濃度的增大而加劇，在液相中當(dāng)硫化氫濃度為10000×10-6時腐蝕最為嚴(yán)重，試樣表面有大量腐蝕坑，而當(dāng)硫化氫濃度上升至20000×10-6時，腐蝕情況反而減少，與試驗數(shù)據(jù)相符。根據(jù)實驗結(jié)果，在液相中三種管線鋼試樣的腐蝕速率0.0044～0.0528mm/y，根據(jù)NACE RP0775-2005對腐蝕程度的劃分(表1)，屬于輕度腐蝕到中度腐蝕。

圖1 液相中硫化氫濃度對腐蝕速率的影響

圖2 氣相中硫化氫濃度對腐蝕速率的影響

圖3 液相中硫化氫對X70管線鋼腐蝕形貌

圖4 氣相中硫化氫對X70管線鋼腐蝕形貌

分類均勻腐蝕速率/(mm/a)輕度腐蝕<0.025中度腐蝕0.025-0.12嚴(yán)重腐蝕0.13-0.25極嚴(yán)重腐蝕>0.25?

1.3 溶液PH對管線鋼腐蝕影響

圖5 pH對X70腐蝕速率的影響

由于硫化氫氣體的危害性，以現(xiàn)有的試驗設(shè)備和方法無法對試驗過程中的PH值進(jìn)行準(zhǔn)確的測定，現(xiàn)采用試驗通氣加壓前調(diào)節(jié)pH值的方法研究pH值發(fā)生變化對腐蝕速率的影響，針對X70材質(zhì)，分別在通入硫化氫和氮氣之前調(diào)節(jié)pH為7、8、9、10，其他條件不變進(jìn)行試驗，試驗結(jié)果如圖5示，從圖中可知，腐蝕速率隨pH值得變大有明顯的減小趨勢。這是因為pH值將直接影響腐蝕產(chǎn)物硫化鐵膜的形成，通常在低pH值得硫化氫溶液中，生成的是以含硫量不足的硫化鐵，如Fe9S8為主的無保護(hù)性的膜，于是腐蝕加速，隨著pH值得增高，F(xiàn)eS2含量也隨之增多，于是高pH值下生成的是以FeS2為主的具有一定保護(hù)效果的膜，腐蝕速率降低[6]。

1.4 氧含量對管線鋼腐蝕影響

本次研究也對高濃度硫化氫(10000×10-6)條件下，不同氧含量對腐蝕速率的影響進(jìn)行一定的探索，通過圖6可知，硫化氫濃度較高時，氧含量在0到1.3×10-6之間，對腐蝕速率影響不大。

圖6 液相中氧含量對腐蝕速率影響

2 結(jié)論

(1)硫化氫濃度對三種管線鋼腐蝕速率影響趨勢相同，在臨界點(10000×10-6)之前，腐蝕速率隨硫化氫濃度的增大而增大，臨界點之后，腐蝕速率隨硫化氫濃度的增大而減小。三種管線鋼硫化氫腐蝕速率最高只有0.053mm/y，按照NACE RP0775-2005對腐蝕程度的劃分，屬于中度腐蝕。

(2)pH值影響腐蝕產(chǎn)物膜的形成，pH值越大，腐蝕速率越低。

(3)當(dāng)硫化氫濃度較高時，低濃度的氧含量對腐蝕速率影響不大。

[1] 趙 平，張學(xué)元. H2S腐蝕的控制 全面腐蝕控制，2002,10(5):4-9.

[2] 卜文平,王劍梅. 高含硫原油儲運問題研究[J]. 油氣儲運,2003, 2003, 22(7):48-50.

[3] 楊興有.煉油裝置中管道硫化氫腐蝕及防護(hù),2013,23(4)：37-46.

[4] 張紹舉. 石油管道硫化氫腐蝕與防護(hù)對策分析[J]. 石油化工設(shè)備技術(shù), 2007, 28(6):35-38 .

[5] 劉正通,趙 杰,王 瑩. 濕硫化氫環(huán)境中輸氣管道內(nèi)腐蝕研究進(jìn)展[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù), 2014, 26(6):559-563.

[6] 陳 明,崔 琦. 硫化氫腐蝕機理和防護(hù)的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].石油工程建設(shè), 2010, 36(5):1-5.

(本文文獻(xiàn)格式：宋曉良，劉 艷， 黃賢濱.硫化氫對幾種管線鋼腐蝕試驗研究[J].山東化工，2017，46(04)：103-104，106.)

2016-11-09

宋曉良(1989—)，大學(xué)本科，中國石化青島安全工程研究院，主要從事設(shè)備腐蝕性能安全研究工作。

TE988

A

1008-021X(2017)04-0103-02