环境因素对钢材抗h2s腐蚀性能的影响分析-7411威尼斯

环境因素对抗h2s腐蚀性能的影响

h2s对钢材基体的腐蚀受到诸多环境因素的影响，如介质中水的含量环境温度、腐蚀体系气体总压力ptotal及h2s分压ph2s、介质的ph值以及cl-的含量等。

1.1水的含量

水或水汽在自然界中广泛存在。无论在气相还是液相中，h2s对钢铁基体的腐蚀危害程度都离不开水分的存在。水是造成各种类型的电化学腐蚀的必要条件。如常减压塔顶冷凝系统设备中受到氯化氢-硫化氢-水的严重电化学腐蚀，若上述系统中没有水分存在，则单纯的h2s及氯化氢气体对系统所造成的化学腐蚀是极轻微的。

1.2温度

在低温范围内，钢在硫化氢水溶液中的腐蚀随温度的上升而增加，如在10%的h2s水溶液中(h2s溶解度312mol/l)，当温度由55℃上升到84℃时，其腐蚀速度大约增加20%；若温度继续上升，其腐蚀速度反而降低；碳钢在100℃～200℃之间的腐蚀速度zui小，在40℃时的腐蚀速度比120℃时高出约1倍，并且随温度升高，其具有保护性的腐蚀产物膜也逐渐由富铁、无规则几何微晶结构转变为富硫、有规则几何微晶结构的磁黄铁矿(pyrrhonist)或黄铁矿(pyrite)，温度越高，这种转化过程越快。这种结构转变后的腐蚀产物膜可降低高强度钢对硫化物应力腐蚀开裂(sscc)的敏感性。有研究结果表明，h2s h2o体系温度对sscc产生时间的影响，在15℃～35℃范围内，碳钢和低合金钢对sscc敏感性zui大。

1.3腐蚀体系气体总压力ptotal及h2s分压ph2s

以油气腐蚀为例，h2s、co2、o2、cl-和水分是油气田zui主要的腐蚀介质。高温高压是油气田环境的一个主要特点，而无论对于腐蚀反应的热力学还是动力学，温度与压力都是重要影响因素。

由dolton气体分压定律:

ph2s=xh2s×ptotal(1)

式中，ph2s是气体中h2s的浓度，xh2s是气相中h2s的含量。

由稀溶液henry定律:

ph2s=k×yh2s(2)

式中，yh2s是h2s在溶液中的溶解度，k是henry常数。在溶液中，h2s电离式为h2s=hs- h 。所以，在稀溶液中近似有以下表达式:

[hs-][h ]=k1×yh2s(3)

式中，k1是化学反应常数。由式(3)看出，随yh2s增加，[h ][hs-]同时增大。又在稀溶液中，

ph=-lg[h ](4)

由式(1)～式(4)可以看出，当h2s所占气体分数xh2s一定时，总压ptotal升高，导致ph2s升高，从而yh2s、[h ]升高。zui终导致ph值下降，溶液酸性增大，氢去极化腐蚀加剧。

美国腐蚀工程师协会(nace)用h2s的临界分压ph2s=010348mpa来区分其腐蚀性强弱，而不用临界浓度xh2s。当ph2s<010348mpa时，称为非酸性气(sweetgas)；而当ph2s>010348mpa时，称为酸性气(sourgas)。当ptotal恒定，xh2s上升，导致气体由非酸性变酸性，腐蚀性增大；xh2s恒定，ptotal上升，同样导致气体由非酸性变酸性，腐蚀性增大。可见，腐蚀体系气体总压力ptotal及h2s分压ph2s对于环境的腐蚀性有较大的影响。

1.4ph值

不同的ph值条件下，溶解在水中的h2s离解成hs-和s2-的百分比不同，见表1。这些离解产物影响了腐蚀过程动力学、产物的组成及溶解度，因而改变了腐蚀的反应速度。随体系ph值变化，h2s对钢铁的腐蚀过程分为三个不同区间:ph<415的区间为酸腐蚀区，腐蚀的阴极过程主要为h 的去极化，腐蚀速度随溶液ph值升高而降低；当4158的区间为非腐蚀区，这是因为在高ph值下，h2s可完全离解并形成较为完整的硫化铁保护膜。随腐蚀介质ph值升高，钢在h2s中出现sscc所需

时间增加。ph<3时，对sscc敏感性影响不大，ph>3时，随ph值增大，sscc敏感性降低，材料产生破裂的临界应力值增大。

1.5氯离子

h2s腐蚀介质中常含有一定量的cl-。体系中nacl的存在使铁的腐蚀速度加快，原因是cl-增加了溶液的导电性；并使溶液中h 活度加大；同时nacl使具有半导体性质的腐蚀产物fe(1-x)的禁带变窄，导电性增强，阻止了致密的fes2和fe(1-x)s的生成，使腐蚀加速。cl-可弱化金属与腐蚀产物间的作用力，同时阻止有附着力的硫化物生成，当溶液中含有cl-时，搅拌溶液后腐蚀产物膜便会脱落，从而加速金属腐蚀；但若cl-浓度很高时，金属腐蚀反而减缓。原因是cl-吸附能力强，它大量吸附在金属表面，完全取代了吸附在金属表面的h2s、hs-，因而腐蚀减缓。

可见，cl-对于低合金钢材的抗h2s腐蚀性有一定影响。随着cl-浓度增加，抗h2s腐蚀性减弱。但是，在过高的cl-浓度范围内，抗h2s腐蚀性得到改善。

1.6其它杂质的影响

co2和醋酸可降低ph值，增大氢吸入量，cn-可溶解钢表面形成的保护膜，as2o3是促进氢吸收的“毒化剂”，它们可增加钢的sscc敏感性[8，9，26]。由于消耗阴极析出的氢，氧的加入可降低sscc敏感性。

2钢材的化学成分对抗h2s腐蚀性能的影响

元素对钢材抗h2s腐蚀的影响说法不一。一般认为，s、p、mn、ni、n对抗h2s腐蚀不利，尤其对材料抗sscc性能不利；而c、cr、mo、si对抗h2s腐蚀的影响具有不确定性，随其在钢材内含量的变化而变化；al、ca、cu、b、ti、v等有利于材料提高抗h2s腐蚀能力，如ca能改善mns夹杂物的形状。

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