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)

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

隨著我國經濟的高速發展，國內對石油能源的需求也快速增加。目前進口石油不斷增加，進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加工系統中，成為引發管道材料失效的主要腐蝕介質之一[1]，輸送高含硫化氫油氣管道面臨嚴重的硫化氫腐蝕問題[2-4]。金屬材料遭受H2S腐蝕時，可發生均勻腐蝕、氫鼓泡、氫致開裂等，且各種腐蝕形式相互促進，最終導致材料開裂并引發大量惡性事故[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，并配制相應的試驗溶液，制備三種不同管線鋼X60、X65、X70的標準試樣(50×10×3mm)，在高壓釜氣相、液相分別放置三種材質管線鋼的平行樣，試驗開始前用氫氧化鈉和醋酸來調節溶液酸堿度，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，腐蝕速率總體呈現隨硫化氫濃度增大而增大的趨勢，造成這種結果的原因是在液相中硫化氫的濃度影響腐蝕產物FeS膜的產生，當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，在液相中當硫化氫濃度為10000×10-6時腐蝕最為嚴重，試樣表面有大量腐蝕坑，而當硫化氫濃度上升至20000×10-6時，腐蝕情況反而減少，與試驗數據相符。根據實驗結果，在液相中三種管線鋼試樣的腐蝕速率0.0044～0.0528mm/y，根據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嚴重腐蝕0.13-0.25極嚴重腐蝕>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，以現有的試驗設備和方法無法對試驗過程中的PH值進行準確的測定，現采用試驗通氣加壓前調節pH值的方法研究pH值發生變化對腐蝕速率的影響，針對X70材質，分別在通入硫化氫和氮氣之前調節pH為7、8、9、10，其他條件不變進行試驗，試驗結果如圖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為主的無保護性的膜，于是腐蝕加速，隨著pH值得增高，FeS2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值影響腐蝕產物膜的形成，pH值越大，腐蝕速率越低。

(3)當硫化氫濃度較高時，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,2013,23(4)：37-46.

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

[5] 劉正通,趙 杰,王 瑩. 濕硫化氫環境中輸氣管道內腐蝕研究進展[J].腐蝕科學與防護技術, 2014, 26(6):559-563.

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

(本文文獻格式：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—)，大學本科，中國石化青島安全工程研究院，主要從事設備腐蝕性能安全研究工作。

TE988

A

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