碳钢在H2S盐水体系中的腐蚀及保护

1、碳钢在h2s盐水体系中的腐蚀及保护张颖郑家樂摘 要 釆用静态失重、极化曲线及电子探针等技术，对碳钢在h© 盐水体系中的腐蚀行为进行了研究，并用合成的咪哇咻缓蚀剂进行了防 腐蚀试验。结果表明：zy型缓蚀剂的缓蚀效果良好。此外，还探讨了 &s 的腐蚀机理和缓蚀剂的作用机理。关键词h2s腐蚀缓蚀剂我国开发的许多气屮都含有较高的ils, ils会对采油设备产生腐 蚀破坏。水中含有h$不仅加速碳钢的腐蚀速度，引起局部腐蚀，而且 hs还会使氢向钢内扩散速度增加1020倍，引起钢材氢鼓泡、氢脆及 硫化物应力腐蚀破裂因此，国内外对于不锈钢及碳钢在fls环境中的 腐蚀机理、氢扩散过程、硫化物膜

2、作用及应力腐蚀开裂的过程研究较多 我国的油hi污水集输系统、钻杆钻具以及天然气输送管道主要采用 碳钢材料，因而研究碳钢在高浓度h2s水溶液中的腐蚀行为和规律及防 护措施是一项有重要意义的工作。木工作应用失重、电化学和微观分析等技术研究了碳钢在h2s盐水 体系中的腐蚀行为和规律，合成咪呻ii林缓蚀剂并进行缓蚀试验，获得了 一些有益的结果。2试验部分2.1试样试样均为a3钢，化学组分为0. 16%c, 0. 10%si, 0. 40%mn, 0. 02%s, 0. 013%p。失重试验试样尺寸为 4. 0 mx2. 0 mxo. 5 cm,极化曲线法中的研究电极面积为1 cm2.2溶液用蒸憾水配制

3、3%nacl (工业)溶液，h2s由硫化亚铁矿石加入稀盐酸 组成，溶液中h2s浓度采用碘量法进行标定。2.3仪器(1) 静态失重法：lsy型恒温槽(±1 °c)。(2) 动电位扫描法：autest动电位扫描测试装置(由h本ha-501动 电位扫描仪，自行研制的autest腐蚀测试系统软件及586计算机组成)。(3) 表面腐蚀产物微观分析：采用jxa8800r电子探针设备。(4) ph值测试:用25型酸度计。3试验结果与讨论3.1温度对h2s腐蚀的影响分别作了碳钢在 20 °c、30 °c、50 °c、60 °c、70 °c、

4、80 °c含有400 mg/l h2s的3%nacl溶液中的腐蚀试验，试验周期为16 h,结果见 表lo表1碳钢在不同温度ils盐水体系中的腐蚀速度温度(°c)203050607080腐蚀速度(mm/a)0. 350. 630. 961. 131.211.29由表1知，温度从20 °c升到60 °c时，碳钢的腐蚀速度増加较快, 从60 °c升到80 °c时，碳钢的腐蚀速度增加缓慢。由极化曲线方法可得 到与之相同的规律(见图1、图2)。这说明温度升高的同时降低了阴阳极 的极化度，使阴阳极电流同时增大，对阴极过程和阳极过稈都有促进作 用。

5、比较图1和图2中相同温度的极化曲线可知，c1的存在很大程度上 提高了腐蚀速度。608000200.6 hb图1碳钢在不同温度1ls盐水中的极化曲线1, 1' .20 °c 2, 2' .60 °c 3, 3' .80 °c00阳极檢化曲缄ax-0. 70图2碳钢在不同温度h2s-3%nacl溶液体系中的极化曲线1, r .20 °c 2, 2' .60 °c 3, 3' .80 °c3.2 h2s浓度对碳钢腐蚀速度的影响 3. 2. 1不同ils浓度水溶液的pll值分别测定了 50 mg/l h

6、2s、100 mg/l h2s> 500 mg/l h2s> 1 000 mg/l h2s、1 500 mg/l h2s、2 000 mg/l h2s在蒸馆水溶液中的ph值,并根据 h2s电离平衡理论计算了其ph值，结果见表2。从表2可见，实测的ph 值与计算值比较接近。表2不同浓度ils水溶液的ph值h2s浓度 (mg/l)2 0001 5001 00050010050实测ph值4. 104. 144.264.484.874.92理论ph值4.074. 144.224.404.754.903.2.2 h2s浓度对碳钢腐蚀的影响于60 °c 腐蚀周期为16 h条件下试验了

7、 30 mg/l ils、50 mg/l ii2s> 200 mg/l 晞、500 mg/l h2s> 1 000 mg/l h2s> 1 500 mg/l h2s 在 3%nacl 溶液中对碳钢的腐蚀，结果见表3o表3碳钢在不同浓度h2s盐水体系中的腐蚀速度(60 °c)h2s浓度 (mg/l)1 5001 0005002005030腐蚀速度 (mm/a)1. 791.661.250. 940. 630. 35由动电位扫描法测得h2s浓度为50 mg/l、400 mg/l、1 000 mg/l 的极化曲线(见图3)与失重法求得的规律相同。由极化曲线可知，随着 泾浓

8、度的增加，极化曲线的极化度下降，腐蚀速度增加。同时发现，h2s 浓度的增加对阳极过程影响很小，而对阴极过程影响却较大，使阴极电 流明显增加。图3碳钢在不同浓度h2s-3%nacl溶液体系中的极化曲线 1, p .50 mg/l 2, 2' 400 mg/l 3, 3' 1 000 mg/l以上结果说明，由于h?s自身电离，不同h?s浓度的盐水体系具有不 同的ph值，即浓度越高ph值越小(见表2),故h?s浓度增加碳钢腐蚀速 度增加是由h2s和酸度共同影响的结果。3.3表面腐蚀产物微观分析对碳钢在&s浓度为50 mg/l. 200 mg/l盐水体系中的腐蚀试样的 微观分析

9、见图4、图5,腐蚀周期为48 ho结果表明，腐蚀产物主要是 fe的硫化物存在，没有发现氯化物。图4碳钢在50 mg/lh2s-3%nacl溶液体系中的腐蚀产物的电子探针分析图5碳钢在200 mg/lh2s-3%nacl溶液体系中的腐蚀产物的电子探分析4咪哇咻缓蚀剂性能针对h2s腐蚀特点合成了 zyl-k zy1-2咪“坐卩林缓蚀剂对碳钢进行了 保护。zy1-2是zy1-1的季胺盐，在常温下就有较好的水溶性，zy1-1 在70 °c以上亦有较好的水溶性。在60 °c、腐蚀周期为16 h的条件下 进行了失重试验，结果见图6。03120.000090.鼠、#找雰图6 zy1-1和

10、zy1-2对碳钢在h2s盐水体系中的缓蚀率由图7、图8可知，加入zy1-1和zy1-2后腐蚀电位与空白比较正 移了 100 mv,即厶ecorr=100 mv0阴极极化曲线斜率增大也较明显，说明 zy1-1和zy1-2是以阳极控制为主的混合型缓蚀剂。rds>w、h图7 zy1-1的极化曲线mg/l zy1-12, 2' 100 mg/l zy1-133s ae、耳图8 zy1-2的极化曲线1,1'0 mg/l zy1-2 2,2' 25 mg/l zy1-2 3, 3' .100 mg/l zy1-2由图7、图8还可知，当缓蚀剂zy1-2浓度为25 mg/

11、l时，极化曲 线斜率较100 mg/l稍陡，说明浓度超过25 mg/l时，缓蚀率稍有下降, 这与失重结果-致。5结论(1) 碳钢在ils盐水体系中的腐蚀速度随温度(2080 °c)的升高而 增大。(2) 碳钢的腐蚀速度随is浓度(301 500 mg/l)的增加而增加。(3) 碳钢在fls盐体系中的腐蚀产物，主要以fe的硫化物为主，未 发现氯化物。(4) zyl-l、zy1-2缓蚀剂具有良好的缓蚀效果，且zy1-2在常温下 具有较好的水溶性。作者单位：华中理工大学化学系(武汉430074) 参考文献1 四川石油管理局编天然气工程手册(下)北京：石油工业出版 社，1984.2 ramanarayanan t a, smith s n. crrosion of iron in gaseous environments and in gas-saturated aqueous environments. corrosion, 1990.3 lyer r n, takeuchi t, zamanzadeh m et al. hydrogen sulfide