工業(yè)環(huán)境中的金屬腐蝕

1、 第八章第八章 工業(yè)環(huán)境中的金屬腐蝕工業(yè)環(huán)境中的金屬腐蝕 8.1 酸堿鹽介質(zhì)中的腐蝕 8.2 有機(jī)化工生產(chǎn)中的腐蝕 8.3 石油工業(yè)中的腐蝕 8.1.酸堿鹽溶液中的腐蝕o 酸的腐蝕o主要影響因素o 酸的強(qiáng)弱 （氫離子 濃度、 pH）o 陰極反應(yīng)速度o 金屬表面膜的溶解度o 陰 離子 氧化性o 氧化劑促進(jìn)陰極去極化o 促進(jìn)鈍化，抑制腐蝕。 酸腐蝕的機(jī)理以及主要涉及的裝置設(shè)備o機(jī)理 陽極反應(yīng)：Fe -2e= Fe2+ 陰極反應(yīng)：H+ +e =H2主要涉及的裝置設(shè)備反應(yīng)爐 塔類設(shè)備 冷卻器 輸送管道 儲(chǔ)槽容器 輸送管道 泵硫酸o 鉛和鉛合金：70%的硫酸o 碳鋼：70100的硫酸o FeSO4或Pb

2、SO4保護(hù)膜o使用內(nèi)襯材料，硬聚氯乙烯等非金屬材料 鹽酸強(qiáng)腐蝕性o 無法生成難溶的金屬鹽表面保護(hù)層o Cl-活性強(qiáng)，破壞金色鈍化膜o用石墨、橡膠、玻璃鋼等材料 硝酸強(qiáng)氧化性 容易過鈍化o使用低碳不銹鋼 18-8 低溫、低濃度o高硅鑄鐵或鈦及鈦合金材料 濃度超過68.4% 堿和鹽溶液中的腐蝕o堿的腐蝕性比酸小o 難溶氫氧化物或氧化物保護(hù)作用o 比酸介質(zhì)中電位負(fù)o 堿脆 應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕所致o 鹽的腐蝕o 使pH變化o 具有氧化還原性o 增大溶液導(dǎo)電性o 絡(luò)合能力o 鹵素離子氯堿工業(yè)中的腐蝕與防護(hù)o食鹽水的腐蝕 碳鋼設(shè)備發(fā)生水線腐蝕o橡膠襯里或玻璃鱗片涂層防腐蝕o電解槽腐蝕與防護(hù)o陽極腐蝕、槽蓋

3、腐蝕、雜散電流腐蝕以鈦為基地，涂鍍氧化鈦、氧化釕+催化劑為陽極橡膠或聚氯乙烯、玻璃鋼內(nèi)襯，聚四氟乙烯墊圈氯氣的腐蝕與防護(hù)濕氯：冷卻塔、輸送管道要用鈦材料，外殼體用碳鋼干燥塔則不能用鈦材料！有起火險(xiǎn)！干燥塔則不能用鈦材料！有起火險(xiǎn)！可用聚氯乙烯制造。堿液和固體堿生產(chǎn)中的防腐蝕堿液濃縮過程 10%-40%常溫下碳鋼在堿液中有較好的耐蝕性；含2%鉬的奧氏體不銹鋼在150，減液濃度40%時(shí)仍有較好的耐蝕性。但要控制氯酸鹽的含量。固體堿生產(chǎn)中o鎳在熔融的堿中仍有耐蝕性。常加入蔗糖、葡萄糖將氯酸鈉還原成氯化鈉以防止其加速鎳的腐蝕。o一、甲醇生產(chǎn)中的防腐蝕o CO+2H2 = CH3OH合成塔：溫度380

4、-450，壓力32-35MP塔內(nèi)構(gòu)建需要用抗氫材料，可用1Cr18Ni9Ti不銹鋼，緊固件用鎳鉬鋼。塔的殼體一般不承受高溫，可用碳鋼熱交換器中氫含量高，要用抗氫鋼。8.2 有機(jī)化工生產(chǎn)中的腐蝕有機(jī)化工生產(chǎn)中的腐蝕o二、環(huán)氧乙烷oCH2=CH2 +1/2 O2 CH2-CH2 銀催化劑 O環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)過程氧化 吸收 精制腐蝕主要發(fā)生在吸收階段，吸收液中含有氧、CO2、有機(jī)酸等對(duì)碳鋼設(shè)備產(chǎn)生均勻腐蝕，鐵銹會(huì)毒化催化劑。有機(jī)化工生產(chǎn)中的腐蝕o氧化器可采用15CrMo鋼材，吸收塔可用非金屬襯里。8.3 石油工業(yè)中的腐蝕o腐蝕給油氣生產(chǎn)帶來的危害o災(zāi)難性事故o 1988年英國(guó)阿爾法平臺(tái)因腐蝕破壞而發(fā)生

5、爆炸，造成o166人死亡，導(dǎo)致北海油田年減產(chǎn)12%。o 1971年5月，四川威成天然氣管線腐蝕破裂導(dǎo)致爆炸燃o(jì)燒，造成24人傷亡，直接經(jīng)濟(jì)損失7000萬元。o 1991年1月25日，川東油田H2S腐蝕造成井噴，死亡2o人，受傷7人o 環(huán)境污染o 1994年10月，俄羅斯北部多處地下輸油管道腐蝕破裂，o原油大量泄漏，造成嚴(yán)重環(huán)境污染。油氣采輸工業(yè)中的腐蝕特點(diǎn)o油氣采輸包括：o 石油和天然氣的開采、集輸、長(zhǎng)輸和儲(chǔ)存。o 采輸工業(yè)中的腐蝕包括：o 采輸設(shè)備的腐蝕和采輸用石油管的腐蝕。o 由于石油采輸工業(yè)中石油管的用量非常大，石油管的o腐蝕與采輸設(shè)備相比更顯得量大面廣。o 石油管主要包括鉆柱、油套管柱

6、、集輸管線和長(zhǎng)輸管線。石油管的腐蝕o石油管的腐蝕分為內(nèi)腐蝕和外腐蝕o 外腐蝕：管體外部遭受的土壤腐蝕和地下水腐蝕，以o及雜散電流腐蝕和宏觀電池腐蝕等；o 內(nèi)腐蝕：管體內(nèi)部由于內(nèi)部介質(zhì)所導(dǎo)致的腐蝕；o 石油管內(nèi)腐蝕的環(huán)境介質(zhì)特點(diǎn)：o （1）氣、水、烴、固共存的多相流腐蝕介質(zhì)；o （2）高溫和/或高壓環(huán)境；o （3） H2S、CO2、O2、Cl-和水分是主要腐蝕物質(zhì)。多相流腐蝕o石油工業(yè)的多相流o 氣相、液相（包括水相和烴相）o和固相（固體沙粒）多相共存o且流動(dòng)的多相流o 當(dāng)油水比大于70%的情況時(shí)，o一般存在油包水的情況，腐蝕o速率較低；o 當(dāng)油水比小于30%的情況時(shí)，o會(huì)出現(xiàn)水包油的情況，腐蝕

7、速o率較高。多相流的腐蝕o多相流的腐蝕行為o 多相介質(zhì)對(duì)腐蝕的作用與單相介質(zhì)不同o 由于流動(dòng)的作用會(huì)造成多相流沖刷腐蝕o 多相流沖刷腐蝕的行為又與流型、流速以及腐蝕反應(yīng)o物質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物在流體中的傳質(zhì)過程有關(guān)。高溫和（或）高壓環(huán)境o油氣井：石油管材多在高溫高壓的環(huán)境中服役o 油氣井越來越深（塔里木6000-7000m深井），井下溫o度多在120-140C，壓力多在1000atm以上o 地面集輸管線和油氣長(zhǎng)輸管線，都在較高壓力下工作o 高溫高壓環(huán)境材料的腐蝕規(guī)律和機(jī)理不同于室溫室壓主要的腐蝕介質(zhì)oH2S、CO2、O2、Cl-和水分o H2S和CO2的腐蝕是氫去極化腐蝕，o H2S氫去極化腐蝕的陰極

8、過程如下： o H2 S = H+ + S H- 2H+ + 2e = H2o HS = S + + H H進(jìn)入金屬o CO2氫去極化腐蝕的陰極過程如下oCO2 + H2O = H2CO3 = HCO3 + H+o2H+ + 2e H2主要的腐蝕介質(zhì)oO2腐蝕是氧去極化腐蝕，其陰極過程o酸性條件：O2 + 4H+ + 4e 2H2Oo堿性條件： O2 + 2H2O + 4e 4OHoH2S和CO2一般來自于地下油氣之中， CO2也可來自于二次采油時(shí)注入的CO2 oO2一般來自于地面注入的液體，如泥漿、回注水等主要的腐蝕介質(zhì)oCl-本身不產(chǎn)生腐蝕，但其遷移率很高，從而作為催化劑可大大促進(jìn)腐蝕，尤

9、其是促進(jìn)O2腐蝕特別顯著。o 當(dāng)金屬表面絕對(duì)無水分時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。o只要有很少量的水，便會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。o H2S、CO2和O2是腐蝕劑、Cl-是催化劑、水分是反應(yīng)載體二氧化碳腐蝕o當(dāng)二氧化碳溶于水時(shí)形成碳酸，降低溶液的pH值和增加溶液的腐蝕性。二氧化碳的腐蝕性沒有氧那么強(qiáng)，通常造成點(diǎn)蝕，由水中二氧化碳造成的腐蝕通常稱之為甜性（sweet）腐蝕。 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個(gè)月后石油管外腐蝕的典型腐蝕類型o土壤宏電池腐蝕土壤腐蝕和其他介質(zhì)中電化學(xué)腐蝕一樣，金屬和介質(zhì)的電化學(xué)不均勻性會(huì)產(chǎn)生微電池而導(dǎo)致腐蝕。 但由于土壤介質(zhì)的多相性特點(diǎn)，還會(huì)因土壤介質(zhì)的宏觀不均勻性形成宏電池而導(dǎo)致腐蝕，往往起更大的作用。o土壤介質(zhì)在不同的透氣性條件下，氧的滲透率變化幅度很大，直接影響著和土壤相接觸的金屬各部分的電位，這是形成氧濃差電池的基本因素。此外土壤的pH值、含鹽量等性質(zhì)的變化也會(huì)形成腐蝕宏電池。土壤宏電池腐蝕o1. 長(zhǎng)距離管道穿越不同土壤形成的宏電池：當(dāng)管線從一種土壤進(jìn)入另一種土壤的地方，因土壤組成、結(jié)構(gòu)不同形成電池。若是因氧的滲透性不同造成氧濃差電池，那么埋在密實(shí)、潮濕的土壤中的管線就作為陽極而遭受腐蝕。o2. 體距地表距離不同引起的腐蝕宏電池：管體不同部分距地表距離不同，氧得濃度不同，管線上部氧的濃