H2S酸性气田环境下的管道腐蚀及防止

、H2S气田的主要腐蚀破坏重要类型

1）均匀腐蚀或点蚀

2）硫化物应力腐蚀开裂（SSC）

3）氢诱发裂纹（HIC）或鼓包（HB）

2 、硫化物腐蚀开裂产生的条件

金属在同时含有H2S和水的介质中发生的应力腐蚀开裂即为硫化物腐蚀开裂，简称硫裂。发生硫裂所需的时间短则几天，长则几个月到几年不等，硫裂的裂纹较粗，分支较少，多为穿晶型，也有晶间型和混合型。H2S应力腐蚀的产生，必须具备以下几个条件:

1)存在腐蚀环境。介质中含有液相水或处于水的露点温度以下，H2S分压不小于0.35 kPa. pH值小于6或有氢化物存在，温度为0-- 65℃等;

2)结构材料中必须存在拉应力;

3)材料同腐蚀环境的相互搭配，如湿H2S对高强度钢的应力腐蚀。

3 H2S应力腐蚀的影响因素

3.1 材料因素

锰非金属夹杂物，MnS夹杂物是引起湿硫化氢腐蚀的主要因素，另外钢的化学成分，金相组织，强度和硬度与H2S应力腐蚀破裂也有密切关系。碳钢容器在湿硫化氢环境中产生应力腐蚀破裂的敏感性受其S, P含量的不同而产生很大差异。对于某些

恶劣操作工况下，甚至对于材料在冶炼时所采用的脱S,P方法都有要求，以降低杂质化合物对应力腐蚀破裂的敏感性。从金相组织看，不同的金相组织对应力腐蚀敏感性不同，利用这点，通过热处理来改善容器对应力腐蚀的敏感性。有资料介绍，在同样

强度和塑性水平下，钢抗硫化物应力腐蚀(SSCC)性能依淬火十回火组织，正火+回火组织，正火组织，淬火未回火马氏体组织的顺序递降。此外，金属晶粒度、金属材料强度都对应力腐蚀裂纹敏感性有影响。

3.2 环境因素

硫化氢浓度对于同一硬度的钢材，硫化氢浓度越高，越容易产生硫化物应力腐蚀开裂。当硫化氢浓度降低，则发生硫裂的时间就会延长，钢材的强度也可以高一些。当硫化氢浓度低于某一定值后，甚至连高强钢也不产生硫化物应力腐蚀开裂。

pH值。在湿硫化氢环境中碳钢和低合金钢随着溶液中pH值的增大，硫化物应力腐蚀开裂的时间增加。在室温下的饱和HZS溶液中试验表明，钢材在低pH值下迅速破裂，在pH值为4.2时最严重，pH值5--6时不易破裂，当pH不小于7时可完全不发生开裂。但有CN一时，它可在pH> 7时发生硫化物应力腐蚀开裂。

水分。H2S和钢反应产生硫化物应力腐蚀开裂，必须要有水分存在。完全干燥的H2S不会使钢产生裂纹。

温度。硫化物应力腐蚀开裂通常在室温下发生的几率最多，温度大于“℃碳钢产生的破裂的实例极少，这与HZS在水中溶解度有关。温度升高，降低了H2S在水中溶解度，所以不易发生开裂。试验表明在24℃左右，断裂的敏感性最大。在24--66℃的范围内硫化物应力腐蚀开裂敏感性随温度增加而明显降低。

在气田套管应用中，通常对硫化物应力腐蚀开裂敏感的材料有一个不发生SCC的最高温度，此最高温度值随着钢材的强度极限而变化，一般为65-120 ℃ 。

3.3应力因素

冷加工、焊接产生的残余应力及应力水平与硫化物应力腐蚀开裂密切相关。

4、 预防措施

4. 1合理选材

4.1.1材料的化学成分

化学成分中的各种元素，对应力腐蚀裂纹的形成影响是不一致的。有害元素Ni, Mn, Si, S, P等，在设计时要限制其含量。Ni元素是低温和高温用钢中不可缺少的重要元素之一，但是它却在抗硫化氢应力腐蚀中有害，设计时要限制其含量不能接近或达到1%，一般控制在。0.5%以下使用，它的影喻将不明显。Mn,Si元素含量偏高时，焊缝及热影响区的硬度无法控制，同时Si元素易偏析于晶粒边界，会助长晶间裂纹的形成，Mn元素也能降低A1相变点温度。元素S, P系非金属夹杂物，它们容易引起层状撕裂裂纹和焊道尾部裂纹，上述裂纹同应力腐蚀裂纹相重合后能使裂纹加速扩展。建议在存在应力腐蚀的储罐的设计选材过程中，应注意S, P的含量不能太高。

防止H2S应力腐蚀有益的元素有Cr, Mo, V,Ti,B等，加人少量的Cr, Mo元素能起到细化晶粒的作用，Mo元素在调质或正火钢板的热处理中能生成碳化物，易于除掉固溶碳，还能防止有害元素Si,P的晶间偏析，元素V,Ti,B可以提高钢材的相变点温度，提高钢板的淬透性，易于形成晶粒细化的回火马氏体组织，但元素V增加量大时对焊接不利。另外可在钢中增加Ca, Ce元素，使钢中MnS夹杂物由条状变为球状，以防止裂纹产生。增加。0.2%-0. 3%铜，可减少氢向钢中的扩散量。钢中增加氮，可细化非金属夹杂物，以减少产生氢诱发裂纹的长度。

4.1.2材料的强度与硬度

随着材料的强度提高，应力腐蚀破裂也在提高，产生破裂临界应力值与材料6S的比值也就越小，材料强度级别越高则容易发生破裂，除了强度外，硬度也是重要因素，并且存在不发生破裂的极限硬度值，一般情汉下能选用强度低的材料就不选择强度高的材料。

4. 2焊后热处理

控制焊缝及热影响区的硬度，减少壳体及焊缝区的残余应力，能有效防止应力腐蚀裂纹；焊后热处理亦可改变金相组织。

4.3 施工（制造）要求

设备的焊缝应选用等强度焊接材料焊接。采用高强度焊条，一般会增加金属破裂的倾向。材料合使用状态应至少为正火+回火、退火、调质状态。厚度大于20 mm的钢板应进行100%的超声探伤检查。

在操作应力相同时，焊缝区的残余应力在应力因素中起重要作用，应避免应力集中，尽量减少焊别错边量和焊接时引起的角变形等。消除残余应力最有效手段是进行热处理，对存在应力腐，热处理不但能消除大部分焊接、冷却和组装中引起的残余应力，而且还是降低硬度的重要措施之一。

4.4 降低或改变介质的腐蚀性

（1）严格控制介质中的总硫和H2S含量，使总硫和H2S质量浓度不超过质量标准的规定，研制并制定新的脱硫、脱水工艺，最大限度的减少硫化氢含量。使硫化氢分压小于0.35 kPa，提高介质的碱度以减少吸氢量和减缓腐蚀速率。

（2）加注缓蚀剂以延缓腐蚀速率。

（3）隔绝腐蚀环境.在工艺条件允许的情况下，对设备内壁进行涂层处理.

（4）采用电化学保护用于抑制腐蚀。应力腐蚀属于阳极溶解，因此可采用阴极保护方法避免应力腐蚀.