硫化氢腐蚀原理与防护技术.ppt

硫化氢腐蚀原理和防护技术，李春福，2009年二月，西南石油大学，2，1，分子，原子，金属结构基础知识，3，核外电子充电流程图，4，元素周期率，原子核外电子排布特性，特别是外层电子结构的变化：1周期H He、5、原子核外电子排布(原子的电子层结构)11 Na Sodium钠1s2 2s22p63s金属一般密度大，配位大，因为为了形成稳定的结构，采用尽可能紧密的堆积方式。金属键金属晶体中金属原子之间的结合力，金属键。特征：不饱和，方向。金属晶体，2，金属腐蚀基础，1。腐蚀的定义，金属和周围介质的化学或电化学作用引起的变质和破坏。金属材料和环境介质交互系统。腐蚀速度的定义：单位时间内单位质量的物质变质和破坏量。单位：gkg-1h-1或mgkg-1h-1。10，(2)正，阴极，阴极：电势低的电极。(3)导体，导电物质称为导向体(传记)。分类，第一种导体(电子导体)，第二种导体(离子导体)，阳极：电势高的电极。(1)嗯，阳极，阴极：发生还原反应的电极，阳极：发生氧化反应的电极，11，第一类导体(电子导体温度升高，导体物质内部质点的热运动增加，电阻变大，导电性下降)。第二种导体(离子导体):电解质溶液或溶解的电解质等。它依靠离子的方向(即离子的方向移动)传导电。温度升高会降低溶液的粘度，从而加快离子运动速度，在水溶液中离子水合作用减弱等原因，从而提高导电性。12，(4)电极反应，电池反应，电极反应：电极上的电子(损失)氧化还原反应，阴极反应：阴极上发生的电子还原反应，阳极反应：阳极上电子损失的氧化反应，电池反应：电池总反应两个电极，(6)，2 .金属腐蚀的分类，2.1腐蚀器：(1)化学腐蚀金属直接与周围介质化学反应而产生的变质和损伤现象。高温下钢的氧化脱皮现象。这是氧化-还原的纯化学变化过程。也就是说，腐蚀介质中的氧化剂直接与金属表面的原子相互作用，形成腐蚀产物。在腐蚀过程中，电子的传递直接在金属和介质之间进行，因此不会产生腐蚀的微电流。(2)电化学腐蚀是指金属和介质的电化学反应引起的变质和损伤。阳极(锌电极):发生氧化反应的电极。Zn-2e Zn 2阴极(氢电极):发生还原反应的电极。2H 2e 2H阴极脱极化剂：O2等腐蚀原电池模型、腐蚀电池、a .宏观腐蚀电池(1)异种金属接触电池(2)浓度电池(盐浓度电池和氧浓度电池)(3)温差电池，b .微腐蚀电池(1)金属化学成分不均匀完全腐蚀：腐蚀发生在整个金属表面。其特点是腐蚀分布在整个金属表面，结果尺寸减少，直到金属构件截面完全破坏。2 .局部腐蚀：腐蚀集中在金属的局部区域，其他部分几乎没有腐蚀或腐蚀。局部腐蚀是设备腐蚀破坏中的重要形式，工程中重大突发腐蚀事故大部分是由局部腐蚀引起的。8茄子腐蚀形式：玩偶腐蚀，孔腐蚀(点蚀)，间隙腐蚀，晶相腐蚀，选择性腐蚀，应力腐蚀开裂，腐蚀疲劳，磨损腐蚀。8大局部腐蚀形式，电偶腐蚀点腐蚀间隙腐蚀结晶间腐蚀选择性腐蚀磨损腐蚀应力腐蚀疲劳，2.3常见局部腐蚀形式，1 .电偶腐蚀：当异种金属徐璐接触或通过其他导体连接在同一介质上时，会发生接触部分的局部腐蚀。其中电位低的金属溶解速度快，电位高的金属溶解速度反而降低，牙齿腐蚀被称为电偶腐蚀或接触腐蚀、双金属片腐蚀。2 .孔蚀(点蚀，坑蚀):在特定点集中发生并发展到金属内部的孔，坑蚀。孔腐蚀是一种非常隐蔽、破坏性的腐蚀形式，难以预测和检测，导致金属腐蚀穿孔，导致容器、管道等设施的破坏、其他局部腐蚀形式，引发突然的灾难性事故。占卜的机械装置，3 .间隙腐蚀：金属部件在介质中形成金属和金属，或金属和非金属之间特别小的缝隙，使间隙内的介质停滞，造成间隙内金属的加速腐蚀。4 .晶相腐蚀：腐蚀沿金属或合金的晶粒边界或其他邻近区域发展。晶粒本身的腐蚀很小。这种腐蚀也称为晶相腐蚀，也称为晶间腐蚀。5 .选择性腐蚀：在合金的腐蚀过程中，腐蚀介质不是按照合金的比例侵蚀，而是发生了部分成分的选择性溶解，合金的机械强度下降，这称为成分选择腐蚀或选择性腐蚀。灰铸铁石墨化和黄铜脱锌。6 .应力腐蚀开裂(SCC，应力腐蚀):是拉伸应力和特定腐蚀介质共同作用而产生的金属材料的破损现象。7 .腐蚀疲劳：金属在腐蚀介质和交变应力作用下引起的破坏腐蚀疲劳。8 .磨损腐蚀：在磨损和腐蚀的复合作用下发生材料的加速腐蚀破坏。母管腐蚀、湍流腐蚀、汽蚀腐蚀、油管联接器的汽蚀形式、3、硫化氢(H2S)的特性和来源、1。有三种茄子表示：硫化氢特性、硫化氢分子量34.08、密度1.539mg/m3。还有无色、臭鸡蛋的气味、易燃、爆炸性、毒性和腐蚀性酸性气体。H2S在水中的溶解度很大，水溶液具有弱酸性。例如，1气压，30水溶液中H2S饱和浓度约为300mg/L，溶液的pH值约为4。H2S不仅对人体健康和生命安全有很大的危害，对钢材也有很强的腐蚀性，对石油、石化工业设备的安全运行有很大的潜在危险。2 .在石油工业的袁泉、石油天然气中的硫化氢来源、地层以外生长的硫酸盐还原菌在地层和化学添加剂中转化硫酸盐时也会硫化氢释放。，3 .石油化学工业的袁泉，石油加工过程的硫化氢，主要来源于硫原油中的有机硫化物(如硫醇、硫醚等)，牙齿有机硫化物在原油加工过程中受热后将转化为相应的硫化氢分解。干燥的H2S对金属材料没有腐蚀破坏作用，H2S溶于水才具有腐蚀性。1 .湿硫化氢环境定义，(1)国际湿硫化氢环境定义，美国腐蚀工程师协会(NACE)的MR0175-97“油田设备内硫化物应力裂纹金属材料”标准3360酸性气体系统：气体总压力0.4MPa，H2S分压0。酸性多相系统：如果处理的原油有两相或三相介质(油、水、气)，条件可以缓解如下：气相总压1.8MPa和H2S分压0.0003MPa；大气压力1.8MPa和H2S分压0.07MPa；或者天气H2S含量超过15%。4，硫化氢腐蚀机制，(2)国内湿硫化氢环境的定义，“在水和硫化氢都存在的环境中硫化氢分压大于或等于0.00035 MPa时，或水和硫化氢都存在的液化石油气，液体的硫化氢含量大于或等于1010-6时，湿硫化氢环境。”，(3)硫化氢电离，湿硫化氢环境中硫化氢电离，水酸性，硫化氢水离解反应式：H2S H HS (1) HS H S2 (2)，2。硫化氢电化学腐蚀过程，阳极：Fe-2e Fe2阴极：2h 2e had 2h h2h钢的扩散过程：Had-钢表面吸附的氢原子H-钢的扩散氢，阳极反应物：Fe2 S2 FeS，注：钢硫化氢腐蚀后阳极的最终产物是硫化铁。牙齿产物通常与钢表面的粘合力下降，容易脱落，容易氧化，电位比较正确，因此用阴极和钢基体形成活性微电池，对钢基体继续进行腐蚀。硫化氢电化学腐蚀过程，阳极：Fe-2e Fe2阴极：2h 2e had 2h h2h钢中扩散：Had-钢表面吸附的氢原子H-钢中扩散氢，阳极反应产物：Fe2 S2 FeS，5，引起硫化氢氢损伤的腐蚀类型另一去向是原子半径极氢在一定条件下，会导致材料的脆性(氢脆性)和氢损伤。(威廉莎士比亚、氢、氢、氢、氢、氢、氢、氢、氢、氢、氢、氢).1 .氢压力理论：与氢引起鼓的原因一样，夹杂、晶界等形成的氢团会产生大的内部应力，在强度高的材料内部产生微小的裂纹，氢原子被应力梯度吸引，集中在微裂纹末端的三向拉伸应力区域，晶体晶格的电位会被氢原子“钉死”。(威廉莎士比亚，氢，氢，氢，氢，氢，氢，氢，氢，氢，氢，氢，氢)，2。湿H2S环境中的裂纹类型：酸性环境中氢损伤的几种茄子典型形式、氢鼓泡(HB)、氢柔道裂纹(HIC)、硫化物应力腐蚀裂纹(SSCC)、应力柔道氢柔道裂纹(SOHIC)。(1)氢鼓泡(HB)，腐蚀过程中析出的氢原子扩散到钢中，在钢中非金属夹杂物、分层和其他不连续的地方容易形成分子氢。氢分子比较大，难以从钢的组织内部逸出，因此形成了巨大的内压，周围组织屈服，表层以下的平面孔结构称为氢鼓泡，其分布与钢板表面平行，它的发生不需要额外的应力，与材料的夹杂等缺陷密切相关。(2)氢柔道裂缝(HIC)，由于氢压力的作用，徐璐其他层相邻的氢气泡裂缝徐璐连接，形成楼梯形状特征的内部裂缝称为氢发生裂缝，裂缝有时可以延伸到金属表面。HIC的发生也不需要附加应力，通常与钢的高密度大平面杂波或合金元素中因偏析而产生的不规则微观组织有关。酸性环境中的氢柔道裂纹机制，(3)硫化物应力腐蚀裂纹(SSCC)，湿H2S环境中腐蚀的氢原子渗透到钢的内部，熔化到晶格中，使钢的脆性增加，加上拉伸应力或残余应力作用形成的裂纹称为硫化物应力腐蚀裂纹。在工程中，受拉应力的钢和合金在潮湿的H2S及其他硫化物腐蚀环境中发生的脆裂统称为硫化物应力腐蚀裂纹。SSCC通常发生在中等强度钢或高硬度区域(例如焊缝和热影响区域)。硫化物应力腐蚀开裂机理，硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)的特点：在H2S酸性气体系统中，SSCC主要发生在高强度钢、高内应力零部件和硬焊接中。SSCC是由H2S腐蚀阴极反应析出的氢原子，在H2S的催化剂下进入钢后，在拉伸应力作用下，通过扩散浓缩到冶金缺陷提供的三向拉伸应力区而产生的裂纹垂直于拉伸应力方向。硫化物应力腐蚀裂纹(SSCC)的本质：SSCC的本质是氢脆。SSCC是低应力破裂，SSCC产生的应力值通常远低于钢的拉伸强度。SSCC具有脆性机制的破坏形式。晶体和郑秀晶破坏都可见，通常高强度钢大部分沿晶体破裂。大部分SSCC破坏突发性、裂缝发生和扩张速度快。对SSC敏感的材料在H2S酸性油气中短暂暴露会导致破裂，往往长达数小时至3个月。硫化氢应力腐蚀和氢柔道裂纹在低应力破坏下，甚至在低拉伸应力下，也可能发生裂纹。一般来说，随着钢强度(硬度)的提高，硫化氢应力腐蚀开裂更容易发生，甚至屈服强度的几个百分比也可能发生裂纹。硫化物应力腐蚀和氢柔道开裂都可能发生在延迟破坏、钢接触H2S后短时间(几小时、几天)或几周、几个月或几年后。但是在破坏发生的早些时候，事先并没有明显的征兆。(4)在应力柔道氢柔道裂纹(SOHIC)、应力柔道下，夹杂物或缺陷中氢聚集形成的小裂纹重叠，沿与应力垂直的方向(即钢板的壁厚方向)发展而产生的裂纹称为应力柔道氢发生裂纹。其典型特征是裂缝沿着“他”字形延伸。有人认为是应力腐蚀裂纹(SCC)的特殊形式。SOHIC也经常发生在焊接热影响区域和其他高应力集中区域，与通常所说的SSCC不同，SOHIC对钢中的杂物更敏感。据悉，应力集中往往是由裂纹缺陷或应力腐蚀裂纹引起的，在多个裂纹案例中，观察了SSCC和SOHIC共存的情况。应力柔道氢柔道裂纹图表，(5)应力腐蚀裂纹(SCC)的危险，应力腐蚀裂纹是环境造成的常见故障形式。美国杜邦化学分析了4年内发生的金属管道及设备破坏事故685起，近60起是腐蚀引起的，腐蚀引起的破坏中应力腐蚀开裂占13.7。据各国大量统计，在不锈钢湿态腐蚀破坏事故中，应力腐蚀开裂甚至达到60，成为各种腐蚀破坏事故的第一位。应力腐蚀裂纹的频繁发生及其巨大危害引起了人们的关注。蜡氢精制装置某出口管弯头硫化氢应力腐蚀开裂，使用14年后弯头壁厚变薄，内壁应力腐蚀开裂形态，54，6，腐蚀研究方法，1，显微镜观察，光学显微镜或电子显微镜观察。透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、原子电子显微镜(AFM)等。55，3。电化学研究，a .复眼法，56，b .阻抗，57，4。XRD、XPS等结晶、成分分析、XRDX线路和结晶分析XPS传记