、H2S氣田的主要腐蝕破壞重要類(lèi)型

1）均勻腐蝕或點(diǎn)蝕

2）硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SSC）

3）氫誘發(fā)裂紋（HIC）或鼓包（HB）

2 、硫化物腐蝕開(kāi)裂產(chǎn)生的條件

金屬在同時(shí)含有H2S和水的介質(zhì)中發(fā)生的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂即為硫化物腐蝕開(kāi)裂，簡(jiǎn)稱(chēng)硫裂。發(fā)生硫裂所需的時(shí)間短則幾天，長(zhǎng)則幾個(gè)月到幾年不等，硫裂的裂紋較粗，分支較少，多為穿晶型，也有晶間型和混合型。H2S應(yīng)力腐蝕的產(chǎn)生，必須具備以下幾個(gè)條件:

1)存在腐蝕環(huán)境。介質(zhì)中含有液相水或處于水的露點(diǎn)溫度以下，H2S分壓不小于0.35 kPa. pH值小于6或有氫化物存在，溫度為0-- 65℃等;

2)結(jié)構(gòu)材料中必須存在拉應(yīng)力;

3)材料同腐蝕環(huán)境的相互搭配，如濕H2S對(duì)高強(qiáng)度鋼的應(yīng)力腐蝕。

3 H2S應(yīng)力腐蝕的影響因素

3.1 材料因素

錳非金屬夾雜物，MnS夾雜物是引起濕硫化氫腐蝕的主要因素，另外鋼的化學(xué)成分，金相組織，強(qiáng)度和硬度與H2S應(yīng)力腐蝕破裂也有密切關(guān)系。碳鋼容器在濕硫化氫環(huán)境中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂的敏感性受其S, P含量的不同而產(chǎn)生很大差異。對(duì)于某些

惡劣操作工況下，甚至對(duì)于材料在冶煉時(shí)所采用的脫S,P方法都有要求，以降低雜質(zhì)化合物對(duì)應(yīng)力腐蝕破裂的敏感性。從金相組織看，不同的金相組織對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感性不同，利用這點(diǎn)，通過(guò)熱處理來(lái)改善容器對(duì)應(yīng)力腐蝕的敏感性。有資料介紹，在同樣

強(qiáng)度和塑性水平下，鋼抗硫化物應(yīng)力腐蝕(SSCC)性能依淬火十回火組織，正火+回火組織，正火組織，淬火未回火馬氏體組織的順序遞降。此外，金屬晶粒度、金屬材料強(qiáng)度都對(duì)應(yīng)力腐蝕裂紋敏感性有影響。

3.2 環(huán)境因素

硫化氫濃度對(duì)于同一硬度的鋼材，硫化氫濃度越高，越容易產(chǎn)生硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。當(dāng)硫化氫濃度降低，則發(fā)生硫裂的時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，鋼材的強(qiáng)度也可以高一些。當(dāng)硫化氫濃度低于某一定值后，甚至連高強(qiáng)鋼也不產(chǎn)生硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

pH值。在濕硫化氫環(huán)境中碳鋼和低合金鋼隨著溶液中pH值的增大，硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的時(shí)間增加。在室溫下的飽和HZS溶液中試驗(yàn)表明，鋼材在低pH值下迅速破裂，在pH值為4.2時(shí)最嚴(yán)重，pH值5--6時(shí)不易破裂，當(dāng)pH不小于7時(shí)可完全不發(fā)生開(kāi)裂。但有CN一時(shí)，它可在pH> 7時(shí)發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

水分。H2S和鋼反應(yīng)產(chǎn)生硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，必須要有水分存在。完全干燥的H2S不會(huì)使鋼產(chǎn)生裂紋。

溫度。硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂通常在室溫下發(fā)生的幾率最多，溫度大于“℃碳鋼產(chǎn)生的破裂的實(shí)例極少，這與HZS在水中溶解度有關(guān)。溫度升高，降低了H2S在水中溶解度，所以不易發(fā)生開(kāi)裂。試驗(yàn)表明在24℃左右，斷裂的敏感性最大。在24--66℃的范圍內(nèi)硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性隨溫度增加而明顯降低。

在氣田套管應(yīng)用中，通常對(duì)硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感的材料有一個(gè)不發(fā)生SCC的最高溫度，此最高溫度值隨著鋼材的強(qiáng)度極限而變化，一般為65-120 ℃ 。

3.3應(yīng)力因素

冷加工、焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力及應(yīng)力水平與硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂密切相關(guān)。

4、 預(yù)防措施

4. 1合理選材

4.1.1材料的化學(xué)成分

化學(xué)成分中的各種元素，對(duì)應(yīng)力腐蝕裂紋的形成影響是不一致的。有害元素Ni, Mn, Si, S, P等，在設(shè)計(jì)時(shí)要限制其含量。Ni元素是低溫和高溫用鋼中不可缺少的重要元素之一，但是它卻在抗硫化氫應(yīng)力腐蝕中有害，設(shè)計(jì)時(shí)要限制其含量不能接近或達(dá)到1%，一般控制在。0.5%以下使用，它的影喻將不明顯。Mn,Si元素含量偏高時(shí)，焊縫及熱影響區(qū)的硬度無(wú)法控制，同時(shí)Si元素易偏析于晶粒邊界，會(huì)助長(zhǎng)晶間裂紋的形成，Mn元素也能降低A1相變點(diǎn)溫度。元素S, P系非金屬夾雜物，它們?nèi)菀滓饘訝钏毫蚜鸭y和焊道尾部裂紋，上述裂紋同應(yīng)力腐蝕裂紋相重合后能使裂紋加速擴(kuò)展。建議在存在應(yīng)力腐蝕的儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)選材過(guò)程中，應(yīng)注意S, P的含量不能太高。

防止H2S應(yīng)力腐蝕有益的元素有Cr, Mo, V,Ti,B等，加人少量的Cr, Mo元素能起到細(xì)化晶粒的作用，Mo元素在調(diào)質(zhì)或正火鋼板的熱處理中能生成碳化物，易于除掉固溶碳，還能防止有害元素Si,P的晶間偏析，元素V,Ti,B可以提高鋼材的相變點(diǎn)溫度，提高鋼板的淬透性，易于形成晶粒細(xì)化的回火馬氏體組織，但元素V增加量大時(shí)對(duì)焊接不利。另外可在鋼中增加Ca, Ce元素，使鋼中MnS夾雜物由條狀變?yōu)榍驙?，以防止裂紋產(chǎn)生。增加。0.2%-0. 3%銅，可減少氫向鋼中的擴(kuò)散量。鋼中增加氮，可細(xì)化非金屬夾雜物，以減少產(chǎn)生氫誘發(fā)裂紋的長(zhǎng)度。

4.1.2材料的強(qiáng)度與硬度

隨著材料的強(qiáng)度提高，應(yīng)力腐蝕破裂也在提高，產(chǎn)生破裂臨界應(yīng)力值與材料6S的比值也就越小，材料強(qiáng)度級(jí)別越高則容易發(fā)生破裂，除了強(qiáng)度外，硬度也是重要因素，并且存在不發(fā)生破裂的極限硬度值，一般情漢下能選用強(qiáng)度低的材料就不選擇強(qiáng)度高的材料。

4. 2焊后熱處理

控制焊縫及熱影響區(qū)的硬度，減少殼體及焊縫區(qū)的殘余應(yīng)力，能有效防止應(yīng)力腐蝕裂紋；焊后熱處理亦可改變金相組織。

4.3 施工（制造）要求

設(shè)備的焊縫應(yīng)選用等強(qiáng)度焊接材料焊接。采用高強(qiáng)度焊條，一般會(huì)增加金屬破裂的傾向。材料合使用狀態(tài)應(yīng)至少為正火+回火、退火、調(diào)質(zhì)狀態(tài)。厚度大于20 mm的鋼板應(yīng)進(jìn)行100%的超聲探傷檢查。

在操作應(yīng)力相同時(shí)，焊縫區(qū)的殘余應(yīng)力在應(yīng)力因素中起重要作用，應(yīng)避免應(yīng)力集中，盡量減少焊別錯(cuò)邊量和焊接時(shí)引起的角變形等。消除殘余應(yīng)力最有效手段是進(jìn)行熱處理，對(duì)存在應(yīng)力腐，熱處理不但能消除大部分焊接、冷卻和組裝中引起的殘余應(yīng)力，而且還是降低硬度的重要措施之一。

4.4 降低或改變介質(zhì)的腐蝕性

（1）嚴(yán)格控制介質(zhì)中的總硫和H2S含量，使總硫和H2S質(zhì)量濃度不超過(guò)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，研制并制定新的脫硫、脫水工藝，最大限度的減少硫化氫含量。使硫化氫分壓小于0.35 kPa，提高介質(zhì)的堿度以減少吸氫量和減緩腐蝕速率。

（2）加注緩蝕劑以延緩腐蝕速率。

（3）隔絕腐蝕環(huán)境.在工藝條件允許的情況下，對(duì)設(shè)備內(nèi)壁進(jìn)行涂層處理.

（4）采用電化學(xué)保護(hù)用于抑制腐蝕。應(yīng)力腐蝕屬于陽(yáng)極溶解，因此可采用陰極保護(hù)方法避免應(yīng)力腐蝕.