【正文】 碳腐蝕的影響因素 ................................ 13 二 氧化碳腐蝕的防護(hù)設(shè)計(jì) ................................ 14 2 總結(jié) .............................................................. 18 參考文獻(xiàn) ......................................................... 19 致 謝 ............................................................ 20 1 第 1 章 緒論 油田集氣系統(tǒng)腐蝕危害與防護(hù)現(xiàn)狀 腐蝕危害 腐蝕現(xiàn)象普遍存在于油田集氣系統(tǒng)中的方方面面，危害十分嚴(yán)重。在油田集氣系統(tǒng)中，外部腐蝕主要是由外部環(huán)境引起的腐蝕，像大氣、土壤對管道造成的 二腐蝕，而內(nèi)部主要是 CO2和 H2S 造成的腐蝕，破壞十分嚴(yán)重。 管道腐蝕現(xiàn)象普遍存在于油田集氣系統(tǒng)中，油田管道由于腐蝕而造成的事故，常常使得工作人員和附近居民的安全受到威脅。例如， 1965 年 3 月，美國一條輸氣管道因腐蝕破裂而著火，造成 17 人死亡。管道腐蝕還造成大量金屬和能源的浪費(fèi)，造成經(jīng)濟(jì)損失，還可能使有毒的物質(zhì)流入環(huán)境，對環(huán)境造成污染，危害人民的身體健康。最后，腐蝕會造成重大的直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失，據(jù)工業(yè)發(fā)達(dá)國家統(tǒng)計(jì)，因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占當(dāng)年國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的%~%]1[ 。盡管油田集氣系統(tǒng)采取了各種相應(yīng)的腐蝕控制措施，但油田集氣系統(tǒng)的腐蝕事故仍時有發(fā)生，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)：目前在役油氣管道腐蝕事故頻次約為 ~ 次 /（ a 1000km），高于國外 ~ 次 /（ a 1000km）。 防護(hù)現(xiàn)狀 國內(nèi)油氣管道干線大多數(shù)采用防腐層與外加電流陰極保護(hù)進(jìn)行外腐蝕控制。近兩年來，中國油田集氣系統(tǒng)基本上都施加了區(qū)域性陰極保護(hù)。 除部分 油田集輸管道和儲罐外，大多沒有采用內(nèi)腐蝕控制措施。 管道干線陰極保護(hù)系統(tǒng)一般每月檢測沿線保護(hù)單位。以前，涂層檢測與維護(hù)則相對被動，一般在發(fā)現(xiàn)問題 (如陰極保護(hù)電位異常 )后，進(jìn)行檢測和維護(hù)。 近年來，油田集氣系統(tǒng)管道運(yùn)營管理者已經(jīng)開始系統(tǒng)地檢測維護(hù)。 油田集氣系統(tǒng)設(shè)施腐蝕控制系統(tǒng)除區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)定期檢測外，基本部進(jìn)行檢測。一般是在發(fā)生腐蝕跡象后隨站場設(shè)施的改造進(jìn)行涂層更新。 腐蝕現(xiàn)象幾乎遍及國民經(jīng)濟(jì)的一切領(lǐng)域，隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，腐蝕問題日益嚴(yán)重，腐蝕給 國民經(jīng)濟(jì)帶來巨大的損失和危害 [2]。腐蝕對油田集氣系統(tǒng)的 2 危害也極大，不僅在于材料資源受到損失，對職工人身安全也會帶來嚴(yán)重的威脅。學(xué)習(xí)和研究腐蝕理論的目的最終要為防腐技術(shù)服務(wù)， 努力克服腐蝕造成的危害、減少腐蝕損失是各工礦企業(yè)和廣大工程技術(shù)人員所共同關(guān)心的問題和面臨的緊迫任務(wù)。作為油氣儲運(yùn)工作者， 除了具有豐富的油氣儲存和運(yùn)輸?shù)膶I(yè)知識外，還要掌握先進(jìn)的防腐蝕技術(shù)，真正做到安全、保質(zhì)、保量儲存和運(yùn)輸油氣資源。 3 第 2 章 油田集氣系統(tǒng)的腐蝕特性 油田集氣系統(tǒng)中的 設(shè)備、管線，由于所處腐蝕環(huán)境因素比較復(fù)雜，大氣和輸送介質(zhì)引起集氣系統(tǒng)的較為嚴(yán)重的內(nèi)外腐蝕，以下詳細(xì)介紹其腐蝕特性。 油田集氣系統(tǒng)的外部腐蝕是指集氣設(shè)備與外部環(huán)境接觸而發(fā)生的腐蝕過程，主要是大氣和土壤引起的腐蝕。 大氣腐蝕特性 （ 1）陽極過程 腐蝕的陽極過程，即金屬作為陽極發(fā)生溶解的過程。在大氣腐蝕的條件下，陽極過程的反應(yīng)為： M+xH2O→ M?n ? xH2O+ne （ 2）陰極過程 當(dāng)金屬集氣管道發(fā)生大氣腐蝕時，由于表面液膜層很薄，氧容易達(dá)到陰極表面，陰極過程以氧的去極化為主。 在堿性或中性介質(zhì)中，陰極過程反應(yīng)為： O2+2H20+4e→ 4OH? 在酸性介質(zhì)中，陰極過程的反應(yīng)式為： O2+4H? +4e→ 2H2O 一般情況下，大氣腐蝕會造成集氣管道表面水膜的減薄，使得陽極去極化的作用也隨之減弱。 土壤腐蝕特性 土壤溶液和溶解在土壤溶液里的氧化劑形成了腐蝕電池造成了土壤中的金屬管道發(fā)生腐蝕。電化學(xué)腐蝕特性是，金屬管道作為電子導(dǎo)體，電解質(zhì)作為離子導(dǎo)體，金屬管道與電解質(zhì)接觸形成電極系統(tǒng)，形成不同的電極反應(yīng)，陽極反應(yīng)是金屬管道失電子形成對應(yīng)離子，陰極反應(yīng)是電解質(zhì)中的氧化劑得電子。漸漸地，陰極反應(yīng)的平衡電位變 得將高于陽極反應(yīng)的平衡電位時，便形成了自發(fā) 4 放電的電池。而這個電池恰好被金屬管道自身所短路，它就不斷地運(yùn)行，造成金屬的腐蝕，所以就把它叫做腐蝕電池。這便是土壤中金屬管道腐蝕的特性。 對比較疏松的和干燥的土壤來說，隨著氧的滲進(jìn)土壤量增加，腐蝕過程主要由陽極過程來控制，這種腐蝕過程的特征與大氣腐蝕的特征接近。 金屬管道在土壤中腐蝕的陽極過程為鐵氧化成 Fe?2 ，并發(fā)生 Fe?2 的水合作用： Fe+nH2O=Fe ?2 ? nH2O+2e 只有在酸性較強(qiáng)的土壤中，才有相當(dāng)數(shù)量的鐵遇到強(qiáng)氧化劑被氧化成為Fe?2 或 Fe?3 ，以離子狀態(tài)存在于土壤之中。在穩(wěn)定的中性和堿性土壤中，由于Fe?2 和 OH? 之間的次生反應(yīng)而生成 Fe(OH)2： 在陽極區(qū)有氧存在時， Fe(OH)2 能氧化成溶解度很小的 Fe(OH)3： 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 Fe(OH)3產(chǎn)物不穩(wěn)定，它會轉(zhuǎn)變成更加穩(wěn)定的產(chǎn)物 FeOOH，它是一種 腐蝕產(chǎn)物 [3]。 土壤中的金屬管道，在發(fā)生土壤腐蝕時，陰極過程是氧的還原，在陰極區(qū)域生成 OH? 離子： O2+2H2O+4e→4OH ? 油田集氣系統(tǒng)的內(nèi)部腐蝕是指集氣設(shè)備與輸送介質(zhì)接觸而發(fā)生的腐蝕過程，主要是天然氣中所含的 CO2和 H2S 引起的腐蝕。 H2S 腐蝕特性 與二氧化碳和氧相比， H2S 在水中的溶解度最高。天然氣集輸系統(tǒng)中常有水存在， H2S 會發(fā)生電離反應(yīng)，其在水中的電離反應(yīng)為： H2S? H? +HS? HS? ? H? +S ?2 在硫化鐵溶液中，含有 S?2 、 HS? 、 H? 和 H2S 分子。它們對金屬管道的腐蝕是氫去極化過程 5 陽極反應(yīng) Fe→Fe ?2 +2e 陰極反應(yīng) 2H? +2e→H ad + Had ?H2 ? Hab鋼中擴(kuò)散 陰極的反應(yīng)產(chǎn)物： xFe ?2 +yH2S?FexSy+2yH? 式中 Had鋼表面上吸附的氫原子； Hab鋼中吸收的氫原子； FexSy各種硫化鐵的通式； 二氧化碳腐蝕特性 二氧化碳腐蝕特性的研究從發(fā)現(xiàn)該腐蝕問題就開始了，但由于油田集氣系統(tǒng)在 CO2 環(huán)境中的腐蝕特性比較復(fù)雜，其腐蝕受到諸多因素影響，許多專家都提出了自己的觀點(diǎn)，但到目前為止，還沒有對二氧化碳腐蝕特性作出 一個完全明確的結(jié)論。二氧化碳的腐蝕特性可以簡單理解為二氧化碳溶于水生成碳酸引起的電化學(xué)腐蝕。 當(dāng)濕天然氣中有 CO2 存在時，很容易形成碳酸，碳酸很不穩(wěn)定，易分解為氫離子和碳酸根離子，使得濕天然氣呈弱酸性，由于 H? 離子的量增多，就會產(chǎn)生氫去極化腐蝕。從電化學(xué)的角度看，就是含有酸性物質(zhì)而引