鋼制油氣管道的硫化氫腐蝕機理

范銀華 陳江華 羅永樂 朱翠玲 吳江南

摘 要：硫化氫腐蝕是油氣管道面臨的一項主要的腐蝕失效形式。本文針對鋼制油氣管道的硫化氫腐蝕陰極、陽極反應機理進行了介紹，同時闡述了腐蝕的環境影響因素及其作用機理。

關鍵詞：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

油氣長輸管道大多數事故是腐蝕造成的，硫化氫腐蝕對油氣管道的損傷最為嚴重，因此，有必要對鋼制油氣管道的硫化氫腐蝕機制進行研究工作。

2 鋼制油氣管道硫化氫腐蝕的電化學機理

硫化氫腐蝕多為管道的內腐蝕，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，此時硫化氫腐蝕開始。電化學腐蝕可分為陽極過程和陰極過程，目前，關于硫化氫腐蝕的陽極過程，學界有如下幾種觀點：

Iofa等人認為在反應界面硫化氫首先與鐵原子結合形成偶極子化合物（FeSH-ads），其負極指向溶液。此后FeSH-ads發生陽極反應失去2個電子，形成FeSH+ads。

Shoe smith 認為在某些酸性環境中，FeSH+ads可直接轉化為FeS和H+，而在大多數酸中FeSH+ads將與H3O+結合形成 Fe2+和H2S。

周計明的研究結果認為Fe原子與S原子之間將形成化學鍵并產生中間產物Fe（H2S） ads，此時晶格中Fe原子金屬鍵之間的結合力顯著減小，導致中間產物Fe（H2S） ads不斷釋放電子，最終形成Fe2+和H2S。關于硫化氫腐蝕的陰極過程，人們通常認為硫化氫溶于水的過程中將發生二級水解，將產生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氫進入金屬基體中，當氫在金屬的中的壓力過大時便會產生鼓泡、裂紋等問題，并且硫化氫濃度越高，氫向金屬中擴撒的速度也越大。在pH值小于7的酸性環境中，管線鋼的陽極溶解速度和陰極的析氫速度均會隨著硫化氫濃度的升高而顯著增大。

在酸性環境中，隨著pH值升高，管線鋼的腐蝕產物硫鐵化物在電極表面不連續沉積，腐蝕過程主要受硫化物生長控制，所生成的硫化物不足以對電極起到保護作用，腐蝕速率逐漸增加。在堿性環境中，金屬表面通常會形成一層金屬氧化物組成的鈍化膜，可阻止金屬的進一步腐蝕，因此，pH值升高時，鋼制管道的腐蝕速率逐漸下降。

溫度對鋼制管道的硫化氫腐蝕速率存在極值現象。在低溫范圍內，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，隨著溫度的逐漸升高，硫化氫在水中的溶解度逐漸降低，腐蝕速率亦相應降低。因此，在這兩個作用完全相反趨勢的綜合作用下，鋼制管道在硫化氫環境中的腐蝕速率出現了極值現象。

4 結論

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。酸性環境中，pH值升高，腐蝕速率增加;堿性環境中，pH值升高，腐蝕速率下降。溫度升高既能夠加快電化學腐蝕的速度，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境中的腐蝕速率出現了極值現象。

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