工业环境中的金属腐蚀

1、 第八章第八章 工业环境中的金属腐蚀工业环境中的金属腐蚀 8.1 酸碱盐介质中的腐蚀 8.2 有机化工生产中的腐蚀 8.3 石油工业中的腐蚀 8.1.酸碱盐溶液中的腐蚀o 酸的腐蚀o主要影响因素o 酸的强弱 （氢离子 浓度、 pH）o 阴极反应速度o 金属表面膜的溶解度o 阴 离子 氧化性o 氧化剂促进阴极去极化o 促进钝化，抑制腐蚀。 酸腐蚀的机理以及主要涉及的装置设备o机理 阳极反应：Fe -2e= Fe2+ 阴极反应：H+ +e =H2主要涉及的装置设备反应炉 塔类设备 冷却器 输送管道 储槽容器 输送管道 泵硫酸o 铅和铅合金：70%的硫酸o 碳钢：70100的硫酸o FeSO4或Pb

2、SO4保护膜o使用内衬材料，硬聚氯乙烯等非金属材料 盐酸强腐蚀性o 无法生成难溶的金属盐表面保护层o Cl-活性强，破坏金色钝化膜o用石墨、橡胶、玻璃钢等材料 硝酸强氧化性 容易过钝化o使用低碳不锈钢 18-8 低温、低浓度o高硅铸铁或钛及钛合金材料 浓度超过68.4% 碱和盐溶液中的腐蚀o碱的腐蚀性比酸小o 难溶氢氧化物或氧化物保护作用o 比酸介质中电位负o 碱脆 应力腐蚀、晶间腐蚀所致o 盐的腐蚀o 使pH变化o 具有氧化还原性o 增大溶液导电性o 络合能力o 卤素离子氯碱工业中的腐蚀与防护o食盐水的腐蚀 碳钢设备发生水线腐蚀o橡胶衬里或玻璃鳞片涂层防腐蚀o电解槽腐蚀与防护o阳极腐蚀、槽盖

3、腐蚀、杂散电流腐蚀以钛为基地，涂镀氧化钛、氧化钌+催化剂为阳极橡胶或聚氯乙烯、玻璃钢内衬，聚四氟乙烯垫圈氯气的腐蚀与防护湿氯：冷却塔、输送管道要用钛材料，外壳体用碳钢干燥塔则不能用钛材料！有起火险！干燥塔则不能用钛材料！有起火险！可用聚氯乙烯制造。碱液和固体碱生产中的防腐蚀碱液浓缩过程 10%-40%常温下碳钢在碱液中有较好的耐蚀性；含2%钼的奥氏体不锈钢在150，减液浓度40%时仍有较好的耐蚀性。但要控制氯酸盐的含量。固体碱生产中o镍在熔融的碱中仍有耐蚀性。常加入蔗糖、葡萄糖将氯酸钠还原成氯化钠以防止其加速镍的腐蚀。o一、甲醇生产中的防腐蚀o CO+2H2 = CH3OH合成塔：温度380

4、-450，压力32-35MP塔内构建需要用抗氢材料，可用1Cr18Ni9Ti不锈钢，紧固件用镍钼钢。塔的壳体一般不承受高温，可用碳钢热交换器中氢含量高，要用抗氢钢。8.2 有机化工生产中的腐蚀有机化工生产中的腐蚀o二、环氧乙烷oCH2=CH2 +1/2 O2 CH2-CH2 银催化剂 O环氧乙烷的生产过程氧化 吸收 精制腐蚀主要发生在吸收阶段，吸收液中含有氧、CO2、有机酸等对碳钢设备产生均匀腐蚀，铁锈会毒化催化剂。有机化工生产中的腐蚀o氧化器可采用15CrMo钢材，吸收塔可用非金属衬里。8.3 石油工业中的腐蚀o腐蚀给油气生产带来的危害o灾难性事故o 1988年英国阿尔法平台因腐蚀破坏而发生

5、爆炸，造成o166人死亡，导致北海油田年减产12%。o 1971年5月，四川威成天然气管线腐蚀破裂导致爆炸燃o烧，造成24人伤亡，直接经济损失7000万元。o 1991年1月25日，川东油田H2S腐蚀造成井喷，死亡2o人，受伤7人o 环境污染o 1994年10月，俄罗斯北部多处地下输油管道腐蚀破裂，o原油大量泄漏，造成严重环境污染。油气采输工业中的腐蚀特点o油气采输包括：o 石油和天然气的开采、集输、长输和储存。o 采输工业中的腐蚀包括：o 采输设备的腐蚀和采输用石油管的腐蚀。o 由于石油采输工业中石油管的用量非常大，石油管的o腐蚀与采输设备相比更显得量大面广。o 石油管主要包括钻柱、油套管柱

6、、集输管线和长输管线。石油管的腐蚀o石油管的腐蚀分为内腐蚀和外腐蚀o 外腐蚀：管体外部遭受的土壤腐蚀和地下水腐蚀，以o及杂散电流腐蚀和宏观电池腐蚀等；o 内腐蚀：管体内部由于内部介质所导致的腐蚀；o 石油管内腐蚀的环境介质特点：o （1）气、水、烃、固共存的多相流腐蚀介质；o （2）高温和/或高压环境；o （3） H2S、CO2、O2、Cl-和水分是主要腐蚀物质。多相流腐蚀o石油工业的多相流o 气相、液相（包括水相和烃相）o和固相（固体沙粒）多相共存o且流动的多相流o 当油水比大于70%的情况时，o一般存在油包水的情况，腐蚀o速率较低；o 当油水比小于30%的情况时，o会出现水包油的情况，腐蚀

7、速o率较高。多相流的腐蚀o多相流的腐蚀行为o 多相介质对腐蚀的作用与单相介质不同o 由于流动的作用会造成多相流冲刷腐蚀o 多相流冲刷腐蚀的行为又与流型、流速以及腐蚀反应o物质和腐蚀产物在流体中的传质过程有关。高温和（或）高压环境o油气井：石油管材多在高温高压的环境中服役o 油气井越来越深（塔里木6000-7000m深井），井下温o度多在120-140C，压力多在1000atm以上o 地面集输管线和油气长输管线，都在较高压力下工作o 高温高压环境材料的腐蚀规律和机理不同于室温室压主要的腐蚀介质oH2S、CO2、O2、Cl-和水分o H2S和CO2的腐蚀是氢去极化腐蚀，o H2S氢去极化腐蚀的阴极

8、过程如下： o H2 S = H+ + S H- 2H+ + 2e = H2o HS = S + + H H进入金属o CO2氢去极化腐蚀的阴极过程如下oCO2 + H2O = H2CO3 = HCO3 + H+o2H+ + 2e H2主要的腐蚀介质oO2腐蚀是氧去极化腐蚀，其阴极过程o酸性条件：O2 + 4H+ + 4e 2H2Oo碱性条件： O2 + 2H2O + 4e 4OHoH2S和CO2一般来自于地下油气之中， CO2也可来自于二次采油时注入的CO2 oO2一般来自于地面注入的液体，如泥浆、回注水等主要的腐蚀介质oCl-本身不产生腐蚀，但其迁移率很高，从而作为催化剂可大大促进腐蚀，尤

9、其是促进O2腐蚀特别显著。o 当金属表面绝对无水分时，不会产生电化学腐蚀。o只要有很少量的水，便会产生电化学腐蚀。o H2S、CO2和O2是腐蚀剂、Cl-是催化剂、水分是反应载体二氧化碳腐蚀o当二氧化碳溶于水时形成碳酸，降低溶液的pH值和增加溶液的腐蚀性。二氧化碳的腐蚀性没有氧那么强，通常造成点蚀，由水中二氧化碳造成的腐蚀通常称之为甜性（sweet）腐蚀。 CO + H O H CO3 Fe + H CO FeCO + H2塔里木油田某一油井油管使用1年零9个月后石油管外腐蚀的典型腐蚀类型o土壤宏电池腐蚀土壤腐蚀和其他介质中电化学腐蚀一样，金属和介质的电化学不均匀性会产生微电池而导致腐蚀。 但由于土壤介质的多相性特点，还会因土壤介质的宏观不均匀性形成宏电池而导致腐蚀，往往起更大的作用。o土壤介质在不同的透气性条件下，氧的渗透率变化幅度很大，直接影响着和土壤相接触的金属各部分的电位，这是形成氧浓差电池的基本因素。此外土壤的pH值、含盐量等性质的变化也会形成腐蚀宏电池。土壤宏电池腐蚀o1. 长距离管道穿越不同土壤形成的宏电池：当管线从一种土壤进入另一种土壤的地方，因土壤组成、结构不同形成电池。若是因氧的渗透性不同造成氧浓差电池，那么埋在密实、潮湿的土壤中的管线就作为阳极而遭受腐蚀。o2. 体距地表距离不同引起的腐蚀宏电池：管体不同部分距地表距离不同，氧得浓度不同，管线上部氧的浓