典型石化材料在H2S環(huán)境下的腐蝕

　　文/劉智勇，李曉剛·北京科技大學腐蝕與防護中心
　　

　　隨著低硫、低酸的優(yōu)質(zhì)油氣資源已日漸稀缺，目前世界各地均加大了對高硫、高酸的劣質(zhì)油氣資源的開采和使用，全球已經(jīng)進入了劣質(zhì)油氣時代。尤其是我國這樣一個油氣資源相對較少的大國，為滿足經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展對石油、天然氣資源的強勁需求，不僅開采了大量的高硫、高酸劣質(zhì)油氣資源，進口的劣質(zhì)原油也逐年增加。這大大加劇了石油化工裝置中H₂S和硫化物的濃度水平，同時增加了某些承壓反應(yīng)器或管道材質(zhì)發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的風險。

　　石化行業(yè)有許多高危設(shè)備，易發(fā)生H₂S環(huán)境應(yīng)力腐蝕的是最危險的一類。盡管國內(nèi)外對碳鋼的硫化氫腐蝕行為和機理都有過大量的研究，但是如何評估這類設(shè)備的服役安全性仍是非常大的難題。因此，石化裝置材料耐H₂S環(huán)境應(yīng)力腐蝕的問題已成為整個石化產(chǎn)業(yè)不得不突破的瓶頸。

　　由于石油化工設(shè)備的主要材料是耐H₂S物應(yīng)力腐蝕能力較差的碳鋼和低合金鋼，因此必須通過細致深入的腐蝕機理和行為規(guī)律研究，結(jié)合設(shè)備的服役條件建立合適的防護措施，從而有效降低類似失效問題的發(fā)生。本項目就是在以上背景下提出的，通過系列研究，為高危石化裝置的安全評定的使用和監(jiān)測提供了可靠的數(shù)據(jù)和準則，探索出一條適合國情的石化裝置安全評定的新路，并研發(fā)和建立起整套成熟的H₂S環(huán)境應(yīng)力腐蝕試驗室評價設(shè)備和系統(tǒng)。

方法及創(chuàng)新點

　　研究方法

　　此次試驗所采用的研究方法包括模擬加速評價方法和電化學方法兩大類。

　　模擬加速試驗是在參照國內(nèi)外相關(guān)研究方法的基礎(chǔ)上，在實驗室模擬石油化工材料的實際服役環(huán)境，進行腐蝕行為規(guī)律和機理的研究，以探索不同材料在其服役環(huán)境下的腐蝕行為的關(guān)鍵影響因素、防護手段及其安全評價的判定條件等。這類方法主要有恒載荷試樣（如三點彎試樣）的浸泡試驗、慢應(yīng)變速率拉伸試驗和裂紋擴展試驗等，其中浸泡試驗和慢應(yīng)變速率拉伸試驗裝置分見圖1、圖2。
 

圖1  三點彎試樣（上）及恒載荷浸泡試驗裝置（下）

圖2  慢應(yīng)變速率拉伸試驗

　　電化學方法就是在上述模擬試驗環(huán)境中，采用電化學測試方法，研究不同材料在含H₂S環(huán)境下的腐蝕電化學機理，這些方法包括動電位極化技術(shù)、線性極化技術(shù)和交流阻抗譜等。

　　最后，結(jié)合電化學機理研究結(jié)果和模擬加速試驗的結(jié)果，對系列石油化工材料在H₂S環(huán)境下的腐蝕行為規(guī)律及機理進行了理論分析和闡述。

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