硫化氢腐蚀的影响因素
硫化氢腐蚀温度范围
硫化氢腐蚀温度范围一、引言硫化氢是一种常见的腐蚀介质，在石油、化工、煤炭等领域中广泛存在。
硫化氢腐蚀不仅会降低设备的使用寿命，还会对环境和人类健康造成威胁。
因此，了解硫化氢腐蚀的机理和温度对其腐蚀的影响，掌握不同温度下的硫化氢腐蚀行为，对于预防和控制硫化氢腐蚀具有重要意义。
本文将重点探讨硫化氢腐蚀的温度范围及相关控制措施。
二、硫化氢腐蚀机理硫化氢腐蚀主要涉及电化学腐蚀、化学腐蚀和生物腐蚀等机理。
其中，电化学腐蚀是最主要的腐蚀形式，包括阳极溶解和阴极析氢两个过程。
在酸性环境下，金属表面的氢离子获得电子后形成氢气，而金属离子则进入溶液，导致金属表面出现腐蚀。
化学腐蚀和生物腐蚀则在特定条件下与电化学腐蚀相互作用，加速了硫化氢腐蚀的过程。
三、温度对硫化氢腐蚀的影响温度是影响硫化氢腐蚀的重要因素之一。
随着温度的升高，硫化氢的活性增强，腐蚀速率也会相应增加。
实验表明，在一定范围内，温度每升高10℃，硫化氢腐蚀速率将增加1倍。
此外，温度还会影响腐蚀产物的结构和性质，进而影响腐蚀速率和机理。
四、硫化氢腐蚀温度范围根据相关研究和实验数据，硫化氢腐蚀的温度范围较广，一般在20℃至200℃之间。
然而，在实际应用中，由于不同材料和环境条件的差异，硫化氢腐蚀的温度范围会有所不同。
例如，在某些高硫化氢环境中，温度可能高达300℃以上，此时需考虑采用耐高温材料或进行冷却措施以减缓硫化氢腐蚀。
五、不同温度下的硫化氢腐蚀行为在不同温度下，硫化氢腐蚀的行为和机理可能存在差异。
在常温下，硫化氢主要引起均匀腐蚀和局部腐蚀，其中均匀腐蚀是由于金属表面整体暴露于硫化氢环境中而引起的。
局部腐蚀则主要发生在金属表面的缺陷处或应力集中的区域。
随着温度的升高，局部腐蚀的比例会增加，而均匀腐蚀则会减少。
此外，高温下还可能发生高温硫化氢腐蚀、高温高压下的硫化氢腐蚀等特殊形式。
六、硫化氢腐蚀控制措施为了减缓和控制硫化氢腐蚀，可以采取以下措施：1.选择耐蚀材料：针对不同温度和环境条件，选择耐蚀性能优良的材料可以有效降低硫化氢腐蚀的风险。
h2s对金属的腐蚀
h2s对金属的腐蚀（原创实用版）目录1.硫化氢对金属的腐蚀概述2.湿 H2S 环境下金属腐蚀行为和机理3.干燥的 H2S 对金属材料的腐蚀破坏作用4.钢材在湿 H2S 环境中的腐蚀破坏5.结论正文硫化氢（H2S）是一种常见的腐蚀性气体，对金属材料产生腐蚀作用。
根据所提供的参考信息，本文将详细介绍硫化氢对金属的腐蚀行为和机理，以及在湿 H2S 环境下金属的腐蚀情况。
1.硫化氢对金属的腐蚀概述硫化氢对金属的腐蚀性因其浓度、温度、湿度以及金属材料的种类而异。
在常温常压下，干燥的硫化氢对金属材料无腐蚀破坏作用。
然而，在湿环境中，硫化氢会与水分子结合形成硫化氢水溶液，从而对金属材料产生腐蚀。
2.湿 H2S 环境下金属腐蚀行为和机理在湿 H2S 环境下，金属材料会发生腐蚀，其腐蚀行为和机理取决于金属材料的种类。
例如，对于铁和钢材，硫化氢会在其表面形成硫化亚铁（FeS），并继续转化为硫化铁（FeS2），从而引发腐蚀破坏。
而对于其他金属，如铜、铝等，硫化氢腐蚀作用较弱。
3.干燥的 H2S 对金属材料的腐蚀破坏作用如前所述，在常温常压下，干燥的硫化氢对金属材料无腐蚀破坏作用。
因此，在储存和使用金属材料时，应注意环境湿度的控制，以减少硫化氢腐蚀的可能性。
4.钢材在湿 H2S 环境中的腐蚀破坏钢材在湿 H2S 环境中容易引发腐蚀破坏。
硫化氢与钢材表面的铁发生反应，形成硫化亚铁，并继续转化为硫化铁，导致钢材表面出现锈蚀、脱落等现象。
此外，硫化氢还会加剧钢材的应力腐蚀开裂，从而加速钢材的损坏。
5.结论综上所述，硫化氢对金属材料的腐蚀作用因金属材料种类、环境条件等因素而异。
在湿 H2S 环境下，金属材料容易发生腐蚀，尤其是钢材。
硫化氢腐蚀与防护相关知识
硫化氢腐蚀与防护相关知识1. 硫化氢腐蚀的预防措施1.1. 选用抗硫化氢材料抗硫化氢材料主要是指对硫化氢应力腐蚀开裂和氢损伤有一定抗力或对这种开裂不敏感的材料。
同时采用低硬度(强度)和“完全淬火+回火”处理工艺对材料抗硫化氢腐蚀是有利的。
美国国家腐蚀工程师学会(NACE)标准MR－01－75(1980年修订)中规定：含硫化氢环境中使用的钻杆、钻杆接头、钻铤和其它管材的最大硬度不许高于HRC22；钻杆接头与钻杆的焊接及热影响区应进行“淬火+595℃以上温度的回火”处理；对于最小屈服强度大于655MPa的钢材应进行“淬火+回火”处理，以获得抗硫化物应力腐蚀开裂的最佳能力。
1.2. 抗H2S腐蚀钢材的基本要求⑴成分设计合理：材料的抗H2S应力断裂性能主要与材料的晶界强度有关，因此常常加入Cr、Mo、Nb、Ti、Cu等合金元素细化原始奥氏体晶粒度。
超细晶粒原始奥氏体经淬火后，形成超细晶粒铁素体和分布良好的超细碳化物组织，是开发抗硫化物应力腐蚀的高强度钢最有效的途径。
⑵采用有害元素(包括氢，氧，氮等)含量很低纯净钢；⑶良好的淬透性和均匀细小的回火组织，硬度波动尽可能小；⑷回火稳定性好，回火温度高(＞600℃)；⑸良好的韧性；⑹消除残余拉应力。
1.3. 添加缓蚀剂实践证明合理添加缓蚀剂是防止含H2S酸性油气对碳钢和低合金钢设施腐蚀的一种有效方法。
缓蚀剂对应用条件的选择性要求很高，针对性很强。
不同介质或材料往往要求的缓蚀剂也不同，甚至同一种介质，当操作条件(如温度、压力、浓度、流速等)改变时，所采用的缓蚀剂可能也需要改变。
用于含H2S酸性环境中的缓蚀剂，通常为含氧的有机缓蚀剂(成膜型缓蚀剂)，有胺类、米唑啉、酰胺类和季胺盐，也包括含硫、磷的化合物。
如四川石油管理局天然气研究所研制的CT2－l和CT2－4油气井缓蚀剂及CT2—2输送管道缓蚀剂，在四川及其他含硫化氢油气田上应用均取得良好的效果。
1.4. 控制溶液pH值提高溶液pH值降低溶液中H+含量可提高钢材对硫化氢的耐蚀能力，维持pH值在9~11之间，这样不仅可有效预防硫化氢腐蚀，又可同时提高钢材疲劳寿命。
硫化氢腐蚀的影响因素
硫化氢腐蚀的影响因素1.材料因素在油气田开发过程中钻柱可能发生的腐蚀类型中，以硫化氢腐蚀时材料因素的影响作用最为显着，材料因素中影响钢材抗硫化氢应力腐蚀性能的主要有材料的显微组织、强度、硬度以及合金元素等等。
⑴ 显微组织对应力腐蚀开裂敏感性按下述顺序升高:铁素体中球状碳化物组织→完全淬火和回火组织→正火和回火组织→正火后组织→淬火后未回火的马氏体组织。
注：马氏体对硫化氢应力腐蚀开裂和氢致开裂非常敏感，但在其含量较少时，敏感性相对较小，随着含量的增多，敏感性增大。
(2) 强度和硬度随屈服强度的升高，临界应力和屈服强度的比值下降，即应力腐蚀敏感性增加。
材料硬度的提高，对硫化物应力腐蚀的敏感性提高。
材料的断裂大多出现在硬度大于HRC22（相当于HB200）的情况下，因此，通常HRC22可作为判断钻柱材料是否适合于含硫油气井钻探的标准。
油气开采及加工工业对不昂贵的、可焊性好的钢材的需要，基本上决定了研究的工作方向就是优先研制抗硫化物腐蚀开裂的低合金高强度钢。
⑶ 合金元素及热处理有害元素：Ni、Mn、S、P; 有利元素：Cr、Ti碳（C）：增加钢中碳的含量，会提高钢在硫化物中的应力腐蚀破裂的敏感性。
镍（Ni）：提高低合金钢的镍含量，会降低它在含硫化氢溶液中对应力腐蚀开裂的抵抗力。
原因是镍含量的增加，可能形成马氏体相。
所以镍在钢中的含量，即使其硬度HRC＜22时, 也不应该超过1％。
含镍钢之所以有较大的应力腐蚀开裂倾向，是因为镍对阴极过程的进行有较大的影响。
在含镍钢中可以观察到最低的阴极过电位，其结果是钢对氢的吸留作用加强,导致金属应力腐蚀开裂的倾向性提高。
铬(Cr)：一般认为在含硫化氢溶液中使用的钢，含铬％～13％是完全可行的，因为它们在热处理后可得到稳定的组织。
不论铬含量如何，被试验钢的稳定性未发现有差异。
也有的文献作者认为，含铬量高时是有利的，认为铬的存在使钢容易钝化。
但应当指出的是，这种效果只有在铬的含量大于11％时才能出现。
硫化氢对钢材的腐蚀从腐蚀机理
硫化氢对钢材的腐蚀从腐蚀机理
来看，主要是由于硫化氢与钢材表面的氧化物反应生成硫化物，导致钢材表面产生腐蚀。
硫化氢腐蚀对于钢材的影响是非常严重的，因为它会导致钢材表面的腐蚀和损坏，从而降低钢材的强度和耐久性。
硫化氢腐蚀的机理主要是由于硫化氢与钢材表面的氧化物反应生成硫化物，硫化物会在钢材表面形成一层薄膜，从而导致钢材表面的腐蚀和损坏。
硫化氢腐蚀的速度取决于硫化氢的浓度、温度、压力和钢材的化学成分和表面状态等因素。
硫化氢腐蚀对于钢材的影响是非常严重的，因为它会导致钢材表面的腐蚀和损坏，从而降低钢材的强度和耐久性。
硫化氢腐蚀还会导致钢材表面产生裂纹和断裂，从而影响钢材的使用寿命和安全性能。
为了防止硫化氢腐蚀对钢材的影响，可以采取以下措施：
1. 选择合适的钢材。
不同的钢材对硫化氢腐蚀的抵抗能力不同，因此在选择钢材时应考虑硫化氢腐蚀的因素。
2. 采用防腐涂层。
在钢材表面涂上一层防腐涂层可以有效地防止硫化氢腐蚀的发生。
3. 控制硫化氢的浓度和温度。
在使用钢材的环境中，应尽量控制硫化氢的浓度和温度，以减少硫化氢腐蚀的发生。
4. 定期检查和维护。
定期检查和维护钢材可以及时发现和处理硫化氢腐蚀的问题，从而保证钢材的使用寿命和安全性能。
总之，硫化氢腐蚀对钢材的影响是非常严重的，因此在使用钢材时应注意防止硫化氢腐蚀的发生。
通过选择合适的钢材、采用防腐涂层、控制硫化氢的浓度和温度以及定期检查和维护等措施，可以有效地防止硫化氢腐蚀对钢材的影响。
硫化氢腐蚀的机理及影响因素..
硫化氢腐蚀的机理及影响因素作者：安全管理网来源：安全管理网1. H2S腐蚀机理自20世纪50年代以来，含有H2S气体的油气田中，钢在H2S介质中的腐蚀破坏现象即被看成开发过程中的重大安全隐患，各国学者为此进行了大量的研究工作。
虽然现已普遍承认H2S不仅对钢材具有很强的腐蚀性，而且H2S本身还是一种很强的渗氢介质，H2S腐蚀破裂是由氢引起的；但是，关于H2S促进渗氢过程的机制，氢在钢中存在的状态、运行过程以及氢脆本质等至今看法仍不统一。
关于这方面的文献资料虽然不少，但以假说推论占多，而真正的试验依据却仍显不足。
因此，在开发含H2S酸性油气田过程中，为了防止H2S腐蚀，了解H2S腐蚀的基本机理是非常必要的。
(1) 硫化氢电化学腐蚀过程硫化氢(H2S)的相对分子质量为34.08，密度为1.539kg/m3。
硫化氢在水中的溶解度随着温度升高而降低。
在760mmHg，30℃时，硫化氢在水中的饱和浓度大约3580mg/L。
在油气工业中，含H2S溶液中钢材的各种腐蚀(包括硫化氢腐蚀、应力腐蚀开裂、氢致开裂)已引起了足够重视，并展开了众多的研究。
其中包括Armstrong和Henderson对电极反应分两步进行的理论描述；Keddamt等提出的H2S04中铁溶解的反应模型；Bai和Conway对一种产物到另一种产物进行的还原反应机理进行了系统的研究。
研究表明，阳极反应是铁作为离子铁进入溶液的，而阴极反应，特别是无氧环境中的阴极反应是源于H2S中的H+的还原反应。
总的腐蚀速率随着pH的降低而增加，这归于金属表面硫化铁活性的不同而产生。
Sardisco，Wright和Greco研究了30℃时H2S-C02-H20系统中碳钢的腐蚀，结果表明，在H2S分压低于0.1Pa时，金属表面会形成包括FeS2，FeS，Fe1-X S在内的具有保护性的硫化物膜。
然而，当H2S分压介于0.1～4Pa时，会形成以Fe1-X S为主的包括FeS，FeS2在内的非保护性膜。
硫化氢的腐蚀特征和影响因素
B、硬度 要求：硬度小于HRC22，H2S易使原来比较 软的金属变硬，而原来较硬的金属变脆而破 裂，所以，较硬的金属易受H2S的应力腐蚀。
C、存在应力集中和内应力(避免冷加工,减少 残余应力)，冷加工后的钢材不仅使冷变形区 的硬度增大，而且还产生一个很大的残余应 力。
硫化氢的腐蚀特征和影响因素
硫化氢的腐蚀特征和影响因素
• 一、硫化氢的腐蚀特征 硫化氢的腐蚀类型，主要有电化学失重腐蚀、氢脆和
硫化物应力腐蚀破裂。 1、电化学失重腐蚀 • 电化学失重腐蚀实际上是硫化氢在有水的条件
下在金属表面产生的电化学反应。 • 这种腐蚀性的产物硫化铁，是一种有缺陷的结
构，不能阻止氢离子通过。实际上疏松的硫化 铁与钢材接触形成了宏观电池，硫化铁是阴极， 钢材是阳极，一因而加速了电化学腐蚀，这种 腐蚀往往呈现出很深的局部溃疡状腐蚀。使金 属表面形成蚀坑、斑点和大面积脱落，导致管 材或设备壁厚减薄、穿孔、强度减弱、甚至造 成破裂。一般来说电化学失重腐蚀时间要长一 些。
•硫化氢浓 度PPM
硫化氢的腐蚀特征和影响因素
4、钢材自身的影响：
• 硫化氢腐蚀时材料的影响因素最为显著， 影响钢材抗硫化氢应力腐蚀性能的主要 有材料的显微组织、强度、硬度以及合 金元素等等。
硫化氢的腐蚀特征和影响因素
A、金相组织 索氏体中碳化物呈均匀球形分布者，抗H2S腐 蚀好，珠光体的抗硫性能次之,马氏体最差； 焊接处金属组织呈马氏体，缺陷多，易聚集 氢分子，造成严重氢脆。 因此，在H2S环境的钢材设备要尽量避免损伤 表面或对设备进行冷加工，尽量减少残余应 力。
• 对硬度HRC ≤22碳素钢在正常情况下是 安全的，而对冷轧或冷轧半成品则必须 在T ≥620度的温度下回火，使其硬度 HRC ≤22；对焊接或铸造的低合金钢或 中合金钢建议采用退火或淬火后再进行T ≥620度的高温回火。
井控硫化氢试题带参考答案
《硫化氢防护技术》试卷注意：请将正确答案填写在答题卡表中！一、判断题（每题1分，共计40分）（对）1、影响硫化氢腐蚀金属的因素主要有温度、溶液的PH值、金属自身的性能。
（对）2、风就是空气的流动。
空气流动的主要原因是平面上下气压不等造成的。
（错）3、根据嗅觉器官测定硫化氢的存在是极可靠的检测方法。
（错）4、一般情况下，便携式检测仪以光报警，固定式检测仪以声报警。
（错）5、操作人员在进入已知硫化氢浓度或未知硫化氢浓度的区域时可以不穿戴防护用具。
（错）6、正压式空气呼吸器气瓶内充灌的为氮气。
（对）7、当油井中硫化氢浓度大于30mg/m3（20ppm），应挂红警示牌。
（对）8、硫化氢应力腐蚀开裂的事故往往是突然的、灾难性的，发生之前无明显的先兆。
（错）9、使用防毒面具时，头发卡在面罩和脸部之间，不会影响其密封性。
（对）10、硫化氢燃烧时为蓝色火焰,并生成危害人眼睛和肺部的SO2。
（对）11、H2S及其水溶液对金属有强烈的腐蚀作用，尤其是溶液中含有CO2或O2时，腐蚀更快。
（对）12、二氧化硫比空气重，容易在低洼处聚集。
（对）13、当硫化氢浓度＜15mg/m3（10ppm）时，警示器为绿色。
（对）14、人员中毒后，应立即脱离现场，疏散到空气新鲜的上风方向，立即给氧。
（对）15、进入毒气区抢救中毒人员之前，自己应先戴上防毒用具。
（对）16、心肺复苏是心跳呼吸骤停后，现场进行的紧急人工呼吸和心脏胸外按压技术。
（对）17、成人人工呼吸一次吸气量约为800~1200ml。
（错）18、作业区空气中H2S浓度超过15mg/m3时，要有红色的警示牌标志。
（对）19、硫化氢对人体的危害有麻痹神经和腐蚀粘膜作用。
（对）20、硫化氢能使嗅觉失灵，使人不能发觉危险性高浓度硫化氢的存在。
（对）21、接触较高浓度硫化氢后可出现头痛、头晕、乏力、供给失调，可发生轻度意识障碍。
（错）22、当空气中的硫化氢浓度达到15mg/m3时，H2S探测报警系统能以光、声连续报警。
硫化氢腐蚀的机理及影响因素
硫化氢腐蚀的机理及影响因素作者：安全管理网来源：安全管理网1. H2S腐蚀机理自20世纪50年代以来，含有H2S气体的油气田中，钢在H2S介质中的腐蚀破坏现象即被看成开发过程中的重大安全隐患，各国学者为此进行了大量的研究工作。
虽然现已普遍承认H2S不仅对钢材具有很强的腐蚀性，而且H2S本身还是一种很强的渗氢介质，H2S腐蚀破裂是由氢引起的；但是，关于H2S促进渗氢过程的机制，氢在钢中存在的状态、运行过程以及氢脆本质等至今看法仍不统一。
关于这方面的文献资料虽然不少，但以假说推论占多，而真正的试验依据却仍显不足。
因此，在开发含H2S酸性油气田过程中，为了防止H2S腐蚀，了解H2S腐蚀的基本机理是非常必要的。
(1) 硫化氢电化学腐蚀过程硫化氢(H2S)的相对分子质量为34.08，密度为1.539kg/m3。
硫化氢在水中的溶解度随着温度升高而降低。
在760mmHg，30℃时，硫化氢在水中的饱和浓度大约3580mg/L。
1在油气工业中，含H2S溶液中钢材的各种腐蚀(包括硫化氢腐蚀、应力腐蚀开裂、氢致开裂)已引起了足够重视，并展开了众多的研究。
其中包括Armstrong和Henderson对电极反应分两步进行的理论描述；Keddamt等提出的H2S04中铁溶解的反应模型；Bai和Conway对一种产物到另一种产物进行的还原反应机理进行了系统的研究。
研究表明，阳极反应是铁作为离子铁进入溶液的，而阴极反应，特别是无氧环境中的阴极反应是源于H2S中的H+的还原反应。
总的腐蚀速率随着pH的降低而增加，这归于金属表面硫化铁活性的不同而产生。
Sardisco，Wright和Greco研究了30℃时H2S-C02-H20系统中碳钢的腐蚀，结果表明，在H2S分压低于0.1Pa时，金属表面会形成包括FeS2，FeS，Fe1-X S在内的具有保护性的硫化物膜。
然而，当H2S分压介于0.1～4Pa时，会形成以Fe1-X S为主的包括FeS，FeS2在内的非保护性膜。
硫化氢腐蚀的影响因素
硫化氢腐蚀的影响因素1.材料因素在油气田开发过程中钻柱可能发生的腐蚀类型中，以硫化氢腐蚀时材料因素的影响作用最为显著，材料因素中影响钢材抗硫化氢应力腐蚀性能的主要有材料的显微组织、强度、硬度以及合金元素等等。
⑴ 显微组织对应力腐蚀开裂敏感性按下述顺序升高:铁素体中球状碳化物组织→完全淬火和回火组织→正火和回火组织→正火后组织→淬火后未回火的马氏体组织。
注：马氏体对硫化氢应力腐蚀开裂和氢致开裂非常敏感，但在其含量较少时，敏感性相对较小，随着含量的增多，敏感性增大。
(2) 强度和硬度随屈服强度的升高，临界应力和屈服强度的比值下降，即应力腐蚀敏感性增加。
材料硬度的提高，对硫化物应力腐蚀的敏感性提高。
材料的断裂大多出现在硬度大于HRC22（相当于HB200）的情况下，因此，通常HRC22可作为判断钻柱材料是否适合于含硫油气井钻探的标准。
油气开采及加工工业对不昂贵的、可焊性好的钢材的需要，基本上决定了研究的工作方向就是优先研制抗硫化物腐蚀开裂的低合金高强度钢。
⑶ 合金元素及热处理有害元素：Ni、Mn、S、P; 有利元素：Cr、Ti碳（C）：增加钢中碳的含量，会提高钢在硫化物中的应力腐蚀破裂的敏感性。
镍（Ni）：提高低合金钢的镍含量，会降低它在含硫化氢溶液中对应力腐蚀开裂的抵抗力。
原因是镍含量的增加，可能形成马氏体相。
所以镍在钢中的含量，即使其硬度HRC＜22时, 也不应该超过1％。
含镍钢之所以有较大的应力腐蚀开裂倾向，是因为镍对阴极过程的进行有较大的影响。
在含镍钢中可以观察到最低的阴极过电位，其结果是钢对氢的吸留作用加强,导致金属应力腐蚀开裂的倾向性提高。
铬(Cr)：一般认为在含硫化氢溶液中使用的钢，含铬0.5％～13％是完全可行的，因为它们在热处理后可得到稳定的组织。
不论铬含量如何，被试验钢的稳定性未发现有差异。
也有的文献作者认为，含铬量高时是有利的，认为铬的存在使钢容易钝化。
但应当指出的是，这种效果只有在铬的含量大于11％时才能出现。
硫化氢腐蚀机理
硫化氢腐蚀是指在一定条件下，硫化氢气体对金属材料表面产生腐蚀作用的过程。
其机理主要包括以下几个方面：
1. 化学作用：硫化氢与金属表面形成原子结合的化合物，导致化合物的形成。
硫化氢作为强还原剂，会影响金属本身的电位，从而引起电极反应，而产生一定的化学反应。
2. 物理作用：硫化氢腐蚀物质的气态分子会在金属表面吸附，因此可以使金属表面产生腐蚀和疲劳。
3. 生物作用：一些微生物在生长时会产生硫化氢，从而加速金属的腐蚀。
硫化氢腐蚀所涉及的金属，包括铜、铁、镍、锌、不锈钢等。
它的腐蚀速度与硫化氢气体浓度、金属的制造工艺和材料质量等因素有关。
在实际应用中，应采取有效的防护措施，如使用特殊防腐材料、在腐蚀环境中增加通风、保持环境通风等方式，以延缓和避免硫化氢腐蚀的发生。
硫化氢腐蚀的机理及影响因素
硫化氢腐蚀的机理及影响因素————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:ﻩ硫化氢腐蚀的机理及影响因素作者:安全管理网来源：安全管理网１.H2S腐蚀机理自2０世纪50年代以来，含有H2S气体的油气田中,钢在H2S 介质中的腐蚀破坏现象即被看成开发过程中的重大安全隐患，各国学者为此进行了大量的研究工作。
虽然现已普遍承认H2S不仅对钢材具有很强的腐蚀性，而且H２S本身还是一种很强的渗氢介质，Ｈ2S腐蚀破裂是由氢引起的；但是，关于Ｈ2S促进渗氢过程的机制，氢在钢中存在的状态、运行过程以及氢脆本质等至今看法仍不统一。
关于这方面的文献资料虽然不少,但以假说推论占多，而真正的试验依据却仍显不足。
因此,在开发含Ｈ２Ｓ酸性油气田过程中，为了防止H2S腐蚀，了解Ｈ２S腐蚀的基本机理是非常必要的。
(1) 硫化氢电化学腐蚀过程硫化氢(H2Ｓ)的相对分子质量为３４．０8，密度为1.5３9ｋg/m3。
硫化氢在水中的溶解度随着温度升高而降低。
在760mmHg,30℃时，硫化氢在水中的饱和浓度大约3５8０mg/Ｌ。
在油气工业中，含Ｈ2Ｓ溶液中钢材的各种腐蚀（包括硫化氢腐蚀、应力腐蚀开裂、氢致开裂)已引起了足够重视,并展开了众多的研究。
其中包括Armsｔｒong和Ｈeｎderｓon对电极反应分两步进行的理论描述;Keddamt等提出的H2Ｓ0４中铁溶解的反应模型；Ｂai和Ｃonway对一种产物到另一种产物进行的还原反应机理进行了系统的研究。
研究表明，阳极反应是铁作为离子铁进入溶液的,而阴极反应,特别是无氧环境中的阴极反应是源于Ｈ2S中的H+的还原反应。
总的腐蚀速率随着pH的降低而增加,这归于金属表面硫化铁活性的不同而产生。
Sａrdｉsco，Wrｉgｈt和Ｇｒeco研究了３0℃时H2S-C02－H系统中碳钢的腐蚀,结果表明,在H２S分压低于0.1Ｐa时,金属表面２0会形成包括FeS2,FeＳ,Fe1-X S在内的具有保护性的硫化物膜。
硫化氢应力腐蚀重要基础知识点
硫化氢应力腐蚀重要基础知识点硫化氢应力腐蚀是一种广泛存在于工业和自然环境中的腐蚀现象，对金属材料的破坏性非常严重。
在理解硫化氢应力腐蚀之前，我们首先需要了解以下几个基础知识点：1. 硫化氢：硫化氢（H2S）是一种常见的有毒气体，具有刺激性气味。
它通常是由硫化物矿物的分解或生物活动所释放出来的，如沼气、石油、天然气等。
硫化氢不仅对人体有害，还能够引发腐蚀和腐蚀性破坏。
2. 应力腐蚀：应力腐蚀是指在特定的环境条件下，当金属材料承受应力作用时，与腐蚀性介质共同作用导致材料的腐蚀加剧。
应力腐蚀是一种复杂的腐蚀形式，通常包括静电腐蚀、氢腐蚀、晶间腐蚀等。
3. 硫化氢应力腐蚀：硫化氢应力腐蚀是指在存在硫化氢的环境中，金属材料承受应力作用后，与硫化氢共同作用引发的腐蚀现象。
硫化氢是硫酸盐还原过程中产生的一种气体，它能够进入金属的晶界或缺陷处，并与金属发生反应，导致材料的腐蚀、裂纹和破坏。
4. 影响因素：硫化氢应力腐蚀的程度受多种因素的影响。
其中包括硫化氢浓度、金属材料的物理化学性质、应力水平、温度等。
不同金属材料对硫化氢应力腐蚀的敏感性也不同，例如，不锈钢对硫化氢的抵抗能力较强，而碳钢则容易受到硫化氢应力腐蚀的影响。
5. 预防和控制：针对硫化氢应力腐蚀，人们采取了一系列预防和控制措施。
例如，在化工领域中，可以通过使用耐硫化氢腐蚀的合金来替代普通金属材料。
此外，定期进行材料检测和维护，以及合理设计和操作设备，也是控制硫化氢应力腐蚀的重要手段。
总之，了解硫化氢应力腐蚀的基础知识，对于预防和控制腐蚀现象具有重要的意义。
仅仅依靠某种单一的防腐措施往往难以满足实际需求，而深入了解硫化氢应力腐蚀的机理与影响因素，才能更好地制定相应的预防和控制策略，保障设备和结构的安全可靠运行。
硫化氢腐蚀机理综述
(4) 应力导向氢致开裂(SOHIC)
在应力引导下，夹杂物或缺陷处因氢聚集而 形成的小裂纹叠加，沿着垂直于应力的方向(即钢 板的壁厚方向)发展导致的开裂称为应力导向氢致 开裂。其典型特征是裂纹沿“之”字形扩展。有人 认为,它也是应力腐蚀开裂(SCC)的一种特殊形式。 SOHIC也常发生在焊缝热影响区及其它高应 力集中区，与通常所说的SSCC不同的是SOHIC对 钢中的夹杂物比较敏感。应力集中常为裂纹状缺陷 或应力腐蚀裂纹所引起，据报道，在多个开裂案例 中都曾观测到SSCC和SOHIC并存的情况。
硫（ S）：硫对钢的应力腐蚀开裂稳定性是有害的。 随着硫含量的增加，钢的稳定性急剧恶化，主要原 因是硫化物夹杂是氢的积聚点，使金属形成有缺陷 的组织。同时硫也是吸附氢的促进剂。因此，非金 属夹杂物尤其是硫化物含量的降低、分散化以及球 化均可以提高钢（特别是高强度钢）在引起金属增 氢介质中的稳定性。 磷（ P）：除了形成可引起钢红脆（热脆）和塑性 降低的易熔共晶夹杂物外，还对氢原子重新组合过 程（Had + Had → H2↑）起抑制作用，使金属增氢 效果增加，从而也就会降低钢在酸性的、含硫化氢 介质中的稳定性。
铬(Cr)：一般认为在含硫化氢溶液中使用的钢，含 铬0.5％～13％是完全可行的，因为它们在热处理后 可得到稳定的组织。不论铬含量如何，被试验钢的 稳定性未发现有差异。也有的文献作者认为，含铬 量高时是有利的，认为铬的存在使钢容易钝化。但 应当指出的是，这种效果只有在铬的含量大于 11％ 时才能出现。
钼(Mo)：钼含量≤3％时，对钢在硫化氢介质中的承 载能力的影响不大。 钛 (Ti)：钛对低合金钢应力腐蚀开裂敏感性的影响 也类似于钼。试验证明，在硫化氢介质中，含碳量 低的钢 (0.04％ )加入钛 (0.09％ Ti)，对其稳定性有一 定的改善作用。
硫化氢腐蚀的影响因素
硫化氢腐蚀的影响因素1. 材料因素 在油气田开发过程中钻柱可能发生的腐蚀类型中， 以硫化氢腐蚀时材料因素的影 响作用最为显着， 材料因素中影响钢材抗硫化氢应力腐蚀性能的主要有材料的显 微组织、强度、硬度以及合金元素等等。
⑴ 显微组织 对应力腐蚀开裂敏感性按下述顺序升高 铁素体中球状碳化物组织-完全淬火和回火组织-正火和回火组织-正火后组 织-淬火后未回火的马氏体组织。
注:马氏体对硫化氢应力腐蚀开裂和氢致开裂非常敏感， 但在其含量较少时， 敏 感性相对较小，随着含量的增多，敏感性增大。
（2） 强度和硬度材料硬度的提咼， 对硫化物应力腐蚀的敏感性提咼。
大于HRC22（相当于HB2O0的情况下，因此，通常 是否适合于含硫油气井钻探的标准。
油气开采及加工工业对不昂贵的、 可焊性好的钢材的需要， 基本上决定了研究的工作方向就是优先研制抗硫化物腐蚀开裂的低合金高强度钢。
⑶ 合金元素及热处理 有害元素： Ni 、 Mn 、S 、P; 有利元素： Cr 、Ti碳（C ）:增加钢中碳的含量，会提咼钢在硫化物中的应力腐蚀破裂的敏感性。
镍（Ni ）:提高低合金钢的镍含量，会降低它在含硫化氢溶液中对应力腐蚀开裂 的抵抗力。
原因是镍含量的增加，可能形成马氏体相。
所以镍在钢中的含量，即 使其硬度HRCC22时，也不应该超过1%。
含镍钢之所以有较大的应力腐蚀开裂 倾向，是因为镍对阴极过程的进行有较大的影响。
在含镍钢中可以观察到最低的 阴极过电位，其结果是钢对氢的吸留作用加强 ,导致金属应力腐蚀开裂的倾向性 提高。
铬（Cr ）: 一般认为在含硫化氢溶液中使用的钢， 含铬％〜13%是完全可行的，因 为它们在热处理后可得到稳定的组织。
不论铬含量如何， 被试验钢的稳定性未发 随屈服强度的升高，临界应力和屈服强度的比值下降，即应力腐蚀敏感性增加。
材料的断裂大多出现在硬度HRC2刑作为判断钻柱材料现有差异。
也有的文献作者认为， 含铬量高时是有利的， 认为铬的存在使钢容易 钝化。
硫化氢腐蚀的影响因素
1.材料因素在油气田开发过程中钻柱可能发生的腐蚀类型中，以硫化氢腐蚀时材料因素的影响作用最为显著，材料因素中影响钢材抗硫化氢应力腐蚀性能的主要有材料的显微组织、强度、硬度以及合金元素等等。
⑴ 显微组织对应力腐蚀开裂敏感性按下述顺序升高:铁素体中球状碳化物组织→完全淬火和回火组织→正火和回火组织→正火后组织→淬火后未回火的马氏体组织。
注：马氏体对硫化氢应力腐蚀开裂和氢致开裂非常敏感，但在其含量较少时，敏感性相对较小，随着含量的增多，敏感性增大。
(2) 强度和硬度随屈服强度的升高，临界应力和屈服强度的比值下降，即应力腐蚀敏感性增加。
材料硬度的提高，对硫化物应力腐蚀的敏感性提高。
材料的断裂大多出现在硬度大于HRC22（相当于HB200）的情况下，因此，通常HRC22可作为判断钻柱材料是否适合于含硫油气井钻探的标准。
油气开采及加工工业对不昂贵的、可焊性好的钢材的需要，基本上决定了研究的工作方向就是优先研制抗硫化物腐蚀开裂的低合金高强度钢。
⑶ 合金元素及热处理有害元素：Ni、Mn、S、P; 有利元素：Cr、Ti碳（C）：增加钢中碳的含量，会提高钢在硫化物中的应力腐蚀破裂的敏感性。
镍（Ni）：提高低合金钢的镍含量，会降低它在含硫化氢溶液中对应力腐蚀开裂的抵抗力。
原因是镍含量的增加，可能形成马氏体相。
所以镍在钢中的含量，即使其硬度HRC＜22时, 也不应该超过1％。
含镍钢之所以有较大的应力腐蚀开裂倾向，是因为镍对阴极过程的进行有较大的影响。
在含镍钢中可以观察到最低的阴极过电位，其结果是钢对氢的吸留作用加强,导致金属应力腐蚀开裂的倾向性提高。
铬(Cr)：一般认为在含硫化氢溶液中使用的钢，含铬0.5％～13％是完全可行的，因为它们在热处理后可得到稳定的组织。
不论铬含量如何，被试验钢的稳定性未发现有差异。
也有的文献作者认为，含铬量高时是有利的，认为铬的存在使钢容易钝化。
但应当指出的是，这种效果只有在铬的含量大于11％时才能出现。
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硫化氢腐蚀的影响因素
1.材料因素
在油气田开发过程中钻柱可能发生的腐蚀类型中，以硫化氢腐蚀时材料因素的影响作用最为显著，材料因素中影响钢材抗硫化氢应力腐蚀性能的主要有材料的显微组织、强度、硬度以及合金元素等等。
⑴ 显微组织
对应力腐蚀开裂敏感性按下述顺序升高:
铁素体中球状碳化物组织→完全淬火和回火组织→正火和回火组织→正火后组织→淬火后未回火的马氏体组织。
注：马氏体对硫化氢应力腐蚀开裂和氢致开裂非常敏感，但在其含量较少时，敏感性相对较小，随着含量的增多，敏感性增大。
(2) 强度和硬度
随屈服强度的升高，临界应力和屈服强度的比值下降，即应力腐蚀敏感性增加。
材料硬度的提高，对硫化物应力腐蚀的敏感性提高。
材料的断裂大多出现在硬度大于HRC22（相当于HB200）的情况下，因此，通常HRC22可作为判断钻柱材料是否适合于含硫油气井钻探的标准。
油气开采及加工工业对不昂贵的、可焊性好的钢材的需要，基本上决定了研究的工作方向就是优先研制抗硫化物腐蚀开裂的低合金高强度钢。
⑶ 合金元素及热处理
有害元素：Ni、Mn、S、P; 有利元素：Cr、Ti
碳（C）：增加钢中碳的含量，会提高钢在硫化物中的应力腐蚀破裂的敏感性。
镍（Ni）：提高低合金钢的镍含量，会降低它在含硫化氢溶液中对应力腐蚀开裂的抵抗力。
原因是镍含量的增加，可能形成马氏体相。
所以镍在钢中的含量，即使其硬度HRC＜22时, 也不应该超过1％。
含镍钢之所以有较大的应力腐蚀开裂倾向，是因为镍对阴极过程的进行有较大的影响。
在含镍钢中可以观察到最低的阴极过电位，其结果是钢对氢的吸留作用加强,导致金属应力腐蚀开裂的倾向性提高。
铬(Cr)：一般认为在含硫化氢溶液中使用的钢，含铬0.5％～13％是完全可行的，因为它们在热处理后可得到稳定的组织。
不论铬含量如何，被试验钢的稳定性未发现有差异。
也有的文献作者认为，含铬量高时是有利的，认为铬的存在使钢容易钝化。
但应当指出的是，这种效果只有在铬的含量大于11％时才能出现。
钼(Mo)：钼含量≤3％时，对钢在硫化氢介质中的承载能力的影响不大。
钛(Ti)：钛对低合金钢应力腐蚀开裂敏感性的影响也类似于钼。
试验证明，在硫化氢介质中，含碳量低的钢(0.04％)加入钛(0.09％Ti)，对其稳定性有一定的改善作用。
锰(Mn)：锰元素是一种易偏析的元素，研究锰在硫化物腐蚀开裂过程的作用十分重要。
当偏析区Mn、C含量一旦达到一定比例时，在钢材生产和设备焊接过程中，产生出马氏体／贝氏体高强度、低韧性的显微组织，表现出很高的硬度，对设备抗SSCC是不利的。
对于碳钢一般限制锰含量小于1.6%。
少量的Mn能将硫变为硫化物并以硫化物形式排出，同时钢在脱氧时，使用少量的锰后，也会形成良好
的脱氧组织而起积极作用。
在石油工业中是制造油管和套管大都采用含锰量较高的钢，如我国的36Mn2Si钢。
(提高硬度)
硫（S）：硫对钢的应力腐蚀开裂稳定性是有害的。
随着硫含量的增加，钢的稳定性急剧恶化，主要原因是硫化物夹杂是氢的积聚点，使金属形成有缺陷的组织。
同时硫也是吸附氢的促进剂。
因此，非金属夹杂物尤其是硫化物含量的降低、分散化以及球化均可以提高钢（特别是高强度钢）在引起金属增氢介质中的稳定性。
磷（P）：除了形成可引起钢红脆（热脆）和塑性降低的易熔共晶夹杂物外，还对氢原子重新组合过程（Had + Had → H2↑）起抑制作用，使金属增氢效果增加，从而也就会降低钢在酸性的、含硫化氢介质中的稳定性。
⑷ 冷加工
经冷轧制、冷锻、冷弯或其他制造工艺以及机械咬伤等产生的冷变形，不仅使冷变形区的硬度增大，而且还产生一个很大的残余应力，有时可高达钢材的屈服强度，从而导致对SSCC敏感。
一般说来钢材随着冷加工量的增加，硬度增大，SSCC 的敏感性增强。
2. 环境因素的影响
⑴ 硫化氢浓度
从对钢材阳极过程产物的形成来看，硫化氢浓度越高，钢材的失重速度也越快。
对应力腐蚀开裂的影响
高强度钢即使在溶液中硫化氢浓度很低（体积分数为1×10-3mL/L）的情况下仍能引起破坏，硫化氢体积分数为5×10-2～6×10-1 mL/L时，能在很短的时间内引起高强度钢的硫化物应力腐蚀破坏，但这时硫化氢的浓度对高强度钢的破坏时间已经没有明显的影响了。
硫化物应力腐蚀的下限浓度值与使用材料的强度（硬度）有关。
碳钢在硫化氢体积分数小于5×10－2mL/L时破坏时间都较长。
NACE MR0175－88标准认为发生硫化氢应力腐蚀的极限分压为0.34×10-3MPa(水溶液中H2S浓度约20mg/L)，低于此分压不发生硫化氢应力腐蚀开裂。
⑵ pH值对硫化物应力腐蚀的影响：
随pH的增加，钢材发生硫化物应力腐蚀的敏感性下降
pH≤6时，硫化物应力腐蚀很严重；
6＜pH≤9时，硫化物应力腐蚀敏感性开始显著下降，但达到断裂所需的时间仍然很短；
pH＞9时，就很少发生硫化物应力腐蚀破坏。
⑶温度
在一定温度范围内，温度升高，硫化物应力腐蚀破裂倾向减小。
(温度升高硫化溶解度减小)
在22℃左右，硫化物应力腐蚀敏感性最大。
温度大于22℃后，温度升高硫化物应力腐蚀敏感性明显降低。
对钻柱来说，由于井底钻井液的温度较高，因而发生电化学失重腐蚀严重。
而上部温度较低，加上钻柱上部承受的拉应力最大，故而钻柱上部容易发生硫化物应力腐蚀开裂。
(4)流速
流体在某特定的流速下，碳钢和低合金钢在含H2S流体中的腐蚀速率，通常是随着时间的增长而逐渐下降，平衡后的腐蚀速率均很低。
如果流体流速较高或处于湍流状态时，由于钢铁表面上的硫化铁腐蚀产物膜受到流体的冲刷而被破坏或粘附不牢固，钢铁将一直以初始的高速腐蚀，从而使设备、管线、构件很快受到腐蚀破坏。
因此，要控制流速的上限，以把冲刷腐蚀降到最小。
通常规定阀门的气体流速低于15m/s。
相反，如果气体流速太低，可造成管线、设备低部集液，而发生因水线腐蚀、垢下腐蚀等导致的局部腐蚀破坏。
因此，通常规定气体的流速应大于3m/s。
(5)氯离子
在酸性油气田水中，带负电荷的氯离子，基于电价平衡，它总是争先吸附到钢铁的表面，因此，氯离子的存在往往会阻碍保护性的硫化铁膜在钢铁表面的形成。
但氯离子可以通过钢铁表面硫化铁膜的细孔和缺陷渗入其膜内，使膜发生显微开裂，于是形成孔蚀核。
由于氯离子的不断移入，在闭塞电池的作用下，加速了孔蚀破坏。
在酸性天然气气井中与矿化水接触的油套管腐蚀严重，穿孔速率快，与氯离子的作用有着十分密切的关系。
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