硫化氫腐蝕類(lèi)型及其防護

硫化氫（H2S）是一種無(wú)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(méi)有腐蝕作用，而濕的硫化氫氣體或溶液則具有強裂的腐蝕作用。濕硫化氫產(chǎn)生腐蝕作用的分壓極低僅需350Pa，而油氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中的硫化氯濃度遠超這一數值，所以鋼在硫化氫介質(zhì)中的腐蝕破壞現象非常明顯，得到國內外學(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的腐蝕性，而且硫化氫本身還是一種很強的滲氫介質(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(guò)程從而加速腐蝕破壞的進(jìn)程。其腐蝕類(lèi)型主要有電化學(xué)腐蝕和氫致?lián)p傷兩種類(lèi)型。

1. 硫化氫電化學(xué)腐蝕過(guò)程

在油氣開(kāi)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去極化劑，極易在陰極奪取電子而促進(jìn)陽(yáng)極鐵的溶解反應而導致鋼鐵的全面腐蝕。其電化學(xué)腐蝕過(guò)程如下:

陽(yáng)極反應     Fe-2e    =  Fe²⁺

陰極反應     2H⁺+2e   =   Had+Had      H₂

陽(yáng)極反應產(chǎn)物   Fe²⁺+S^2－     =    FeS

陽(yáng)極反應生產(chǎn)的FeS通常是一種有缺陷結構的保護層，與鋼鐵表面附著(zhù)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成一個(gè)活性微電池繼續腐蝕基體。

1. 氫損傷

H2S水溶液對鋼材電化學(xué)腐蝕的另一個(gè)產(chǎn)物是氫。一般認為反應生成的氫有兩個(gè)去向，一是氫原子間結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的滲透性，可以被鋼材吸收進(jìn)入鋼材內部的晶格中，溶于晶格中的氫原子有很強的游離性，在一定條件下引起氫損傷。

在含H2S酸性油氣中，氫損傷主要表現為硫化物應力開(kāi)裂（SSCC）、氫致開(kāi)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(guò)程中產(chǎn)生的氫原子具有很強的滲透性，可以向鋼材內部滲透，并在晶粒界面、夾雜面、位錯、蝕坑等缺陷部位聚集而結合成氫分子。氫分子所占據的空間為氫原子的20倍，于是鋼材內部形成很大的內壓，使鋼材脆性增加，當內部壓力達到一定值時(shí)就引起界面開(kāi)裂，形成氫鼓泡。氫鼓泡的發(fā)生并不需要外加應力，通常分布平行于鋼析表面。

• 氫致開(kāi)裂（Hydrogen induced cracking，HIC）

在鋼的內部發(fā)生氫鼓泡區域，當氫的壓力繼續增高，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)生也不需要外加應力，而鋼中的Mn、S、C、P等夾雜物會(huì )增加HIC的敏感性。

C、應力導向氫致開(kāi)裂（stress oriented hydrogen induced cracking，HOHIC）

應力導向氫致開(kāi)裂是在應力引導下，使在夾雜物與缺陷處因氫聚集而形成的成排小裂紋沿著(zhù)垂直于應力的方向發(fā)展而形成破壞的現象。SOHIC通常發(fā)生在焊接接頭的熱影響區及高應力集中區。

D、硫化物應力腐蝕開(kāi)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部并溶解于晶格中，從而導致鋼材的脆性增加，在外加應力或殘余應力作用下形成開(kāi)裂。通常發(fā)生于焊縫與熱影響的高硬度區。

• 微生物誘導腐蝕（Microbial induced corrosion，MIC）

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(dòng)，會(huì )使鋼材產(chǎn)生去極化作用，誘發(fā)嚴重的點(diǎn)蝕，并且會(huì )促進(jìn)與氫相關(guān)的HIC及SSCC的發(fā)生。

Fe = Fe²⁺+2e  （陽(yáng)極過(guò)程）

H₂O=H⁺+OH^－（水電離）

H⁺+e  = H     （陰極過(guò)程）

SO₄^2－+8H  = S^2－+4H₂O   （細菌的陰極去極化）

Fe²⁺+ S^2－ =  FeS      （腐蝕產(chǎn)物）

Fe²⁺+2OH^－  = Fe（OH）₂   （腐蝕產(chǎn)物）

總反應：4Fe+SO₄^2－+4H₂O =3Fe(OH)₂ +FeS+2OH^－

為了預防油氣開(kāi)采過(guò)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為更方便、有效、經(jīng)濟的措施是采用高效的涂層技術(shù)手段?？梢愿鶕唧w工況，選用ZS-711無(wú)機防腐涂料、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)行防腐涂層設計。