鋼制油氣管道的硫化氫腐蝕機(jī)理

范銀華 陳江華 羅永樂(lè) 朱翠玲 吳江南

摘 要：硫化氫腐蝕是油氣管道面臨的一項(xiàng)主要的腐蝕失效形式。本文針對(duì)鋼制油氣管道的硫化氫腐蝕陰極、陽(yáng)極反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了介紹，同時(shí)闡述了腐蝕的環(huán)境影響因素及其作用機(jī)理。

關(guān)鍵詞：油氣管道;硫化氫;腐蝕

Abstract：Hydrogen sulfide corrosion has become a major form of corrosion failure faced by oil and gas pipelines. This paper introduces the cathode and anode reaction mechanism of oil and gas pipelines， and expounds the environmental impact factors of corrosion and its mechanism of action.

Key words：oil and gas pipeline;hydrogen sulfide;corrosion

1 前言

油氣長(zhǎng)輸管道大多數(shù)事故是腐蝕造成的，硫化氫腐蝕對(duì)油氣管道的損傷最為嚴(yán)重，因此，有必要對(duì)鋼制油氣管道的硫化氫腐蝕機(jī)制進(jìn)行研究工作。

2 鋼制油氣管道硫化氫腐蝕的電化學(xué)機(jī)理

硫化氫腐蝕多為管道的內(nèi)腐蝕，在油氣管道的底部有水的沉積，并且大量的硫化氫溶解于水中，此時(shí)硫化氫腐蝕開(kāi)始。電化學(xué)腐蝕可分為陽(yáng)極過(guò)程和陰極過(guò)程，目前，關(guān)于硫化氫腐蝕的陽(yáng)極過(guò)程，學(xué)界有如下幾種觀點(diǎn)：

Iofa等人認(rèn)為在反應(yīng)界面硫化氫首先與鐵原子結(jié)合形成偶極子化合物（FeSH-ads），其負(fù)極指向溶液。此后FeSH-ads發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)失去2個(gè)電子，形成FeSH+ads。

Shoe smith 認(rèn)為在某些酸性環(huán)境中，F(xiàn)eSH+ads可直接轉(zhuǎn)化為FeS和H+，而在大多數(shù)酸中FeSH+ads將與H3O+結(jié)合形成 Fe2+和H2S。

周計(jì)明的研究結(jié)果認(rèn)為Fe原子與S原子之間將形成化學(xué)鍵并產(chǎn)生中間產(chǎn)物Fe（H2S） ads，此時(shí)晶格中Fe原子金屬鍵之間的結(jié)合力顯著減小，導(dǎo)致中間產(chǎn)物Fe（H2S） ads不斷釋放電子，最終形成Fe2+和H2S。關(guān)于硫化氫腐蝕的陰極過(guò)程，人們通常認(rèn)為硫化氫溶于水的過(guò)程中將發(fā)生二級(jí)水解，將產(chǎn)生H3O+、HS-和S2-。

3 鋼制油氣管道硫化氫腐蝕的影響因素

鋼制油氣管道硫化氫腐蝕的影響因素主要包括硫化氫濃度、pH值、溫度。

硫化氫的存在可以促進(jìn)氫進(jìn)入金屬基體中，當(dāng)氫在金屬的中的壓力過(guò)大時(shí)便會(huì)產(chǎn)生鼓泡、裂紋等問(wèn)題，并且硫化氫濃度越高，氫向金屬中擴(kuò)撒的速度也越大。在pH值小于7的酸性環(huán)境中，管線鋼的陽(yáng)極溶解速度和陰極的析氫速度均會(huì)隨著硫化氫濃度的升高而顯著增大。

在酸性環(huán)境中，隨著pH值升高，管線鋼的腐蝕產(chǎn)物硫鐵化物在電極表面不連續(xù)沉積，腐蝕過(guò)程主要受硫化物生長(zhǎng)控制，所生成的硫化物不足以對(duì)電極起到保護(hù)作用，腐蝕速率逐漸增加。在堿性環(huán)境中，金屬表面通常會(huì)形成一層金屬氧化物組成的鈍化膜，可阻止金屬的進(jìn)一步腐蝕，因此，pH值升高時(shí)，鋼制管道的腐蝕速率逐漸下降。

溫度對(duì)鋼制管道的硫化氫腐蝕速率存在極值現(xiàn)象。在低溫范圍內(nèi)，溫度的升高可以加速金屬硫化氫腐蝕的速率。而在高溫范圍內(nèi)，隨著溫度的逐漸升高，硫化氫在水中的溶解度逐漸降低，腐蝕速率亦相應(yīng)降低。因此，在這兩個(gè)作用完全相反趨勢(shì)的綜合作用下，鋼制管道在硫化氫環(huán)境中的腐蝕速率出現(xiàn)了極值現(xiàn)象。

4 結(jié)論

通常，鋼制油氣管道硫化氫腐蝕，硫化氫濃度越高，腐蝕速率越快。酸性環(huán)境中，pH值升高，腐蝕速率增加;堿性環(huán)境中，pH值升高，腐蝕速率下降。溫度升高既能夠加快電化學(xué)腐蝕的速度，又能降低硫化氫在水中的溶解度，因此鋼制管道在硫化氫環(huán)境中的腐蝕速率出現(xiàn)了極值現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn);

[1] Iofa Z A，Batrakov V V，Cho-Ngok-Ba.Influence ofanion adsorption on the action of inhibitors on the acid corrosion of iron and cobalt[J].Electrochim Acta，1964（9）：1645.

[2]Shoesmith D W，Taylor P，Bailey M G，Electrochemical behavior of iron in alkaline sulfide Solutions[J].Electrochim Acta，1 978（23）：903.

[3]周計(jì)明.油管鋼在含CO2/H2S高溫高壓水介質(zhì)中的腐蝕行為及防護(hù)技術(shù)的作用[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2002.

[4]王超.管線鋼抗硫化氫腐蝕性能的研究[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2013.

[5] Hardy JA.Utilization of cathodic hydrogen by sulfate-reducing bacteria[J].British Corros.J.1983，18（4）：190-193.

[6]程鵬，黃先球.管線鋼抗硫化氫腐蝕研究進(jìn)展[J].武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，27（1）：32-35.

[7]龍克偉.油氣集輸管道的腐蝕機(jī)理及防腐蝕技術(shù)研究[J].全面腐蝕控制，2017，31（5）：7-8.