硫化氢对几种管线钢腐蚀试验研究

2017-09-03宋晓良黄贤滨

山东化工 2017年4期

关键词：硫化氢气相液相

宋晓良，刘艳，黄贤滨

(中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，山东青岛 266100)

硫化氢对几种管线钢腐蚀试验研究

宋晓良，刘艳，黄贤滨

(中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，山东青岛 266100)

通过硫化氢腐蚀模拟试验研究了三种管线钢(X60、X65、X70)在不同浓度硫化氢环境下的腐蚀情况。实验表明，硫化氢浓度对三种管线钢腐蚀速率影响趋势相同且在高含硫化氢环境中腐蚀速率并不高，腐蚀速率受pH影响，pH值越小腐蚀速率越大。

硫化氢；腐蚀；管线钢

随着我国经济的高速发展，国内对石油能源的需求也快速增加。目前进口石油不断增加，进口原油中很大部分是高含硫原油。高含硫原油造成硫化氢广泛存在于炼油装置以及后续加工系统中，成为引发管道材料失效的主要腐蚀介质之一[1]，输送高含硫化氢油气管道面临严重的硫化氢腐蚀问题[2-4]。金属材料遭受H2S腐蚀时，可发生均匀腐蚀、氢鼓泡、氢致开裂等，且各种腐蚀形式相互促进，最终导致材料开裂并引发大量恶性事故[5]，为了探索硫化氢对不同管线钢的腐蚀情况，现开展不同硫化氢浓度、不同pH值条件下的硫化氢腐蚀模拟实验。

1 腐蚀模拟实验

1.1 试验方法

试验在带搅拌的高压釜中进行，模拟实际工况条件，试验温度30℃，试验压力6.4MPa，线速度1m/s，测定所取罐底水溶液离子浓度，并配制相应的试验溶液，制备三种不同管线钢X60、X65、X70的标准试样(50×10×3mm)，在高压釜气相、液相分别放置三种材质管线钢的平行样，试验开始前用氢氧化钠和醋酸来调节溶液酸碱度，通过控制硫化氢分压来控制硫化氢浓度，每组试验周期为7d，采用失重的方法来计算每种管线钢的腐蚀速率。

1.2 硫化氢浓度对管线钢腐蚀影响

液相中硫化氢浓度对三种管线钢腐蚀速率的影响如图1所示，气相中硫化氢浓度对三种管线钢腐蚀速率的影响如图2所示，从图中可知，在液相中，当硫化氢浓度小于一临界值(10000×10-6)时，腐蚀速率时随硫化氢浓度的增大而增大，而当硫化氢浓度高于临界值时，腐蚀速率随硫化氢浓度的增大而减小，在气相中，腐蚀速率总体呈现随硫化氢浓度增大而增大的趋势，造成这种结果的原因是在液相中硫化氢的浓度影响腐蚀产物FeS膜的产生，当硫化氢浓度超过临界值时，形成的致密的FeS膜会阻碍钢材与硫化氢的接触从而降低腐蚀速率，而在气相中不会形成致密的保护膜，腐蚀随硫化氢浓度的增大而加剧。图3、图4为X70管线钢在液相和气相中的宏观腐蚀形貌，从图中可知在气相中，试样的腐蚀随硫化氢浓度的增大而加剧，在液相中当硫化氢浓度为10000×10-6时腐蚀最为严重，试样表面有大量腐蚀坑，而当硫化氢浓度上升至20000×10-6时，腐蚀情况反而减少，与试验数据相符。根据实验结果，在液相中三种管线钢试样的腐蚀速率0.0044～0.0528mm/y，根据NACE RP0775-2005对腐蚀程度的划分(表1)，属于轻度腐蚀到中度腐蚀。

图1 液相中硫化氢浓度对腐蚀速率的影响

图2 气相中硫化氢浓度对腐蚀速率的影响

图3 液相中硫化氢对X70管线钢腐蚀形貌

图4 气相中硫化氢对X70管线钢腐蚀形貌

分类均匀腐蚀速率/(mm/a)轻度腐蚀<0.025中度腐蚀0.025-0.12严重腐蚀0.13-0.25极严重腐蚀>0.25〛

1.3 溶液PH对管线钢腐蚀影响

图5 pH对X70腐蚀速率的影响

由于硫化氢气体的危害性，以现有的试验设备和方法无法对试验过程中的PH值进行准确的测定，现采用试验通气加压前调节pH值的方法研究pH值发生变化对腐蚀速率的影响，针对X70材质，分别在通入硫化氢和氮气之前调节pH为7、8、9、10，其他条件不变进行试验，试验结果如图5示，从图中可知，腐蚀速率随pH值得变大有明显的减小趋势。这是因为pH值将直接影响腐蚀产物硫化铁膜的形成，通常在低pH值得硫化氢溶液中，生成的是以含硫量不足的硫化铁，如Fe9S8为主的无保护性的膜，于是腐蚀加速，随着pH值得增高，FeS2含量也随之增多，于是高pH值下生成的是以FeS2为主的具有一定保护效果的膜，腐蚀速率降低[6]。

1.4 氧含量对管线钢腐蚀影响

本次研究也对高浓度硫化氢(10000×10-6)条件下，不同氧含量对腐蚀速率的影响进行一定的探索，通过图6可知，硫化氢浓度较高时，氧含量在0到1.3×10-6之间，对腐蚀速率影响不大。