不同环境中含硫原油腐蚀性研究.doc

1、摘 要本文通过系统的实验研究，分析各种环境参数（酸值、温度、CO2分压、含水率）对硫化腐蚀的影响规律，通过对比分析，发现各个试验参数对腐蚀性造成的影响程度。并通过样片腐蚀形貌观察，结合实验数据分析腐蚀机理，观察实验规律。探索各种参数条件(特别是含水率、高酸值)下输油管线相应的腐蚀速率，建立输油管线腐蚀数据库，为现场评估输油管线的剩余寿命提供比较完善的实验数据支撑。关键词：环境参数；含硫原油；酸值；温度；CO2分压；含水率ABSTRACTIn this paper, the effect of acid value, temperature, CO2 partial pressure and m

2、oisture content to oil sulfide corrosion was studied by experimental method. By comparing the analysis, it was found that the various test parameters on the extent of the impact of corrosion. Corrosion mechanism and the reasons for the phenomenon of the experiment was analyzed through the samples ap

3、pearance combined of experimental data. The corrosion rate of pipeline at the various parameters was Explored. (particularly moisture content, high acid value). The corrosion of pipelines corrosion database was established, to provide a comprehensive experimental data for on-site assessment of the r

4、esidual life of pipelines.Keywords: environmental parameters; sulphur-bearing crude oil; acid value; temperature; CO2 partial pressure; moisture content目 录第一章 前 言11. 研究的意义和背景11.1 国外管道工业的发展11.2 国内管道工业的发展11.3 管道运输优势21.4 腐蚀的危害21.5 硫化腐蚀42. 原油硫化腐蚀研究42.1 原油中的硫及硫化物42.2 原油中活性硫的来源、分布及腐蚀机理52.3 硫化腐蚀的基本过程72.4 硫

5、化腐蚀受环境主要影响因素82.5 金属硫化腐蚀层的形态及特征10第二章 温度参数的影响121. 实验材料及设备121.1 实验材料121.2 实验药品121.3 实验设备122. 实验方法133. 采用失重法计算腐蚀速率的计算方法144. 实验结果154.1 VT曲线154.2 形貌分析165. 本章小结18第三章 酸值的影响191. 实验材料及设备192. 实验方法失重法203. 实验结果203.1 腐蚀速率随酸值变化的曲线图203.2 形貌分析224. 本章小结24第四章 含水率的影响251. 含水原油的腐蚀机理252. 实验材料及设备263. 实验方法失重法264. 实验结果274.1

6、腐蚀速率随含水率变化曲线图274.2 形貌分析285. 本章小结30第五章 CO2分压的影响311. 实验材料及设备312. 实验方法失重法313. 实验结果323.1 腐蚀速率V随CO2分压变化的曲线图323.2 形貌分析334. 本章小结34第六章 结 论36致 谢37参考文献38 前 言第一章 前 言1. 研究的意义和背景1.1 国外管道工业的发展在19世纪中叶，就开始了现代管道运输。1980年，英国人建成数条直径48英寸，低压煤气铸铁管道，压力管道开始出现。事实上，直到20世纪初，管道运输才有进一步发展，但是真正具有现代规模的长距离输油管道则始于第二次世界大战。战后随着石油工业的发展，

7、管道建设进入了一个新的阶段，各产油国都建设了不少长距离输油管道。像比较著名的有俄罗斯“友谊”输油管道（Friendship Line）、美国阿拉斯加输油管道、科洛尼尔成品油管道等。特别是20世纪末和21世纪初，科技进步更是日新月异，各种新技术及工艺、方法层出不穷，极大提高了管道建设的科技含量，不仅建设了油气管道，还建设了输送矿浆、LNG、煤层等多介质管道。管道的设计到施工，从布管、弯管、挖沟、管子除锈防腐绝缘、管子对口、焊接、焊缝检测、回填、试压到压气站、配气站、输油站能装建设等工序均全部实现机械化或部分自动化，施工机具达到标准化、系列化、管道运行自动化。管道建设已进入现代化、智能化、网络化时

8、代。今后管道建设总的发展趋势是长距离、高压力、高度自动化、形成大型供气管网系统，向极地和海洋延伸，加强管道建设的科技和技术手段等方面发展。1.2 国内管道工业的发展我国长输管道与国外先进水平相比，在自动化水平、主要设施等方面还存在一定的差距。如管道质量、机泵及加热系统效率及可靠性、阀门质量、施工机具及施工技术、管道防腐技术等多方面还待于提高。一些中小管经不起满负荷运行的管道，由于输油能力利用率低、热损失大，单位能耗很高。所以今后需要在输油工艺的新型、多样和综合应用上进一步研究。1.3 管道运输优势对石油天然气行业而言，在五大运输（铁路运输、公路运输、水路运输、航空运输及管道运输）方式中，管道运

9、输是最佳的选择。与其它运输方式相比具有以下几方面的优点：（1）输送费用低，输送同等量石油产品时，其费用不及铁路运输的一半。（2）作业方便，不用运转，没有消耗，极少因事故发生泄漏，对环境污染很小；由于采用密闭输送，能够长期连续稳定运行；受恶劣气候的影响小，无噪音，安全可靠，相对受外界条件的影响因素很小。（3）输送能力大，综合经济效益好；（4）建设费用低，施工期短，设备维修量小；便于管理，易于实现远程集中监控；现代化管道运输系统的自动化程度很高，劳动效率高。管道运输的优势是显而易见的，但是管道在使用过程中必然有腐蚀。管道在被腐蚀后会给其运输带来极大的不变和安全隐患。1.4 腐蚀的危害腐蚀给人类造成

10、的损失是惊人的，全球每年腐蚀经济损失约10000亿美元，占各国国民生产总值的2%-4%。腐蚀损失为综合自然灾害，即地震、台风、水灾等损失总和的6倍。据有关部门最新统计，中国腐蚀经济损失高达2800亿人民币，约占国民生产总值的4%，每年约有30%的钢铁因腐蚀而报废。美国、英国、前联邦德国等国家的统计数字表明，因腐蚀而造成的年经济损失约为每年国民经济总产值的2%-4%。美国于1999年开展了第二次全国范围内的腐蚀损失调查，其结论是腐蚀造成的直接经济损失超过1500亿美元，达到了全国GDP的35%左右，这个数字已大大超过由于火灾、水灾、风灾及地震等自然灾害所造成的损失。油田设施由于长期与强腐蚀介质接

11、触，其中有许多是在高温、高压和高流速等条件下服役，其腐蚀问题显得更为突出和严重。随着世界油气工业的迅猛发展，腐蚀的危害日趋明显。腐蚀不仅造成管道、储罐、钻杆、深井泵等设施的破坏和原油泄漏等直接经济损失，而且还会引起火灾、爆炸等灾难性事故，以及环境污染、停工停产等严重后果，极大地影响了油气工业的安全生产和经济效益。在诸多油气设施中尤以油气管线腐蚀事故最为触目惊心。目前全世界范围内管线正以每年40000的速度铺设，中国到1995年底已累计铺设油气输送管线16920。如此大量的管线埋设地下，外部长期受到土壤介质、杂散电流的腐蚀以及各种微生物的侵蚀，内部受到含有H2S、CO2、Cl-等油、气、水的腐蚀

12、，经常发生穿孔、泄漏和开裂。尤其是在高压下工作的管线一旦破裂，很容易引起火灾、爆炸等灾难性事故。前苏联1989年的统计资料表明，管线腐蚀事故占停气事故的30%，天然气管道腐蚀事故累积超过2000次，其中1989年俄国乌拉尔山隧道附近，由于天然气输送管道泄漏，列车通过时引起大爆炸，烧毁了两列火车，死亡300多人，重伤800多人，震惊了全世界5。美国阿拉斯加一条长1287km，管径1219.3的半埋地原油输送管线，每天输油200万bbl，造价80亿美元，由于对腐蚀研究不充分，采取的防腐措施不完善，12 a后发生腐蚀穿孔826处，仅修复费用一项就耗资15亿美元。中国油气管线的腐蚀事故也时有发生。四川

13、输气网19711976年，因腐蚀导致爆炸、燃烧事故103起，平均每年17起，其中的一起威一成管线爆炸、燃烧事故，直接经济损失达7000万元，伤亡24人，社会经济损失更难以估量。辽河油田的欢喜岭和曙光地区，管道投产17 a全线穿孔，不到10 a就全线更换，造成巨大经济损失。1995年4月24日中朝输油管线丹东某段发生爆裂漏油事故，导致全线停输3天3夜。油气管道、储罐一旦发生腐蚀事故，轻者天然气和原油泄漏，重者燃烧、爆炸，不仅造成严重的经济损失，而且带来环境污染。1994年10月26日，中央电视台国际新闻报道：俄罗斯北部Usin-sk多处地下管道腐蚀破裂，大量原油外泄，用水坝都拦不住，造成严重的环

14、境污染。在中国，1994年长春站(东北输油局)出口，因腐蚀开裂，造成原油漏失，不仅经济损失巨大，而且严重损害了生态环境。据中原胡状油田统计，从19911993年，漏失原油超过20000t，被迫停井750井次，减少原油产量9600t，直接经济损失1651万元，赔偿污染费318万元。从以上列举的大量事实中不难看出，日益严重的腐蚀问题，已对油田的正常生产构成了巨大的威胁，严重地影响或制约着油田的发展。1.5 硫化腐蚀硫是石油化工、煤气液化、玻璃制造、废物灰化、造纸等高温加工工业所产生的蒸汽中最常见的一种杂质。它一般来自燃料、原料、溶剂或化学添加剂中。煤转化系统中，硫化破坏也是十分严重的；化学和石油化

15、学处理的碳氢原料及培烧原料通常含有硫；熔化铝用的熔剂及各种灰化废物中（城市废物和工业废物处理）都有硫的存在。原油中含硫量愈高，在热作用下析出的硫化氢就愈多。这样，在工业热加工生产及输送中，设备材料被硫腐蚀的问题是普遍存在的。硫化是指材料与含硫气体（H2S、S2、SO2等腐蚀气体，在燃烧环境中包括煤转换、垃圾焚烧等过程对设备的腐蚀，远比氧化严重）反应形成金属硫化物的过程。金属材料的高温硫化一般发生在使用矿物燃料及能量转换的设备中，涉及航空、石油化工、石油输送储存、火力发电、煤的气化等现代工业，随着石油化工设备和石油输送管道、储存装置遭受硫快速腐蚀问题的出现，对硫化的研究迫在眉睫。2. 原油硫化腐蚀研究2.1 原油中的硫及硫化物原油中含有多种硫化物，其中以有机硫化合物为主，同时有少量的元素硫和硫化氢存在。硫含量随产地的不同存在着很大差异，有的高达5%以上，一般把含硫量大于2%的原油称为高硫原油。通常把原油中硫及硫化物的总量称为原油的总含硫量。根据硫化物对材料腐蚀能力的不同，可将原油中的硫和硫化物简单分为“活性硫”和“非活性硫”二类1。活性硫是指那些可以直接和金属反应的硫化物中的硫，它们具有较高的腐蚀活性，包括元素硫、硫化氢、硫醇及二硫化物。其余的称为非活性硫