油气田的腐蚀与防护技术

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1、油气田的腐蚀与防护技术油气田的腐蚀与防护技术（输送领域）（输送领域） 腐蚀及其主要损伤形式腐蚀及其主要损伤形式 油气输送管硫化物环境腐蚀行为及其评价油气输送管硫化物环境腐蚀行为及其评价 腐蚀控制的主要技术措施腐蚀控制的主要技术措施 表面防护技术表面防护技术 输送管的常用表面涂层技术输送管的常用表面涂层技术 石油管防护层性能的测试技术石油管防护层性能的测试技术 管网防护修复技术管网防护修复技术 石油管腐蚀与控制中值得关注的问题石油管腐蚀与控制中值得关注的问题主要内容主要内容材料与装备三大失效形式材料与装备三大失效形式断裂；腐蚀；磨损断裂；腐蚀；磨损一、腐蚀及其主要损伤形式一、腐蚀及其主要损伤形式

2、失效原因失效原因腐蚀腐蚀断裂断裂磨损磨损其它其它比例（比例（%）4244311在一些工程工业中调查的失效原因的比例在一些工程工业中调查的失效原因的比例NoImage油气管腐蚀，管壁减薄，爆管油气管腐蚀，管壁减薄，爆管NoImage 原油泄漏造成农田毁坏和环境污染原油泄漏造成农田毁坏和环境污染西气东输管线（西气东输管线（I期）期）NoImage10省市自治区，省市自治区，3900Km，1100亿投资亿投资120亿立方亿立方/a，10Pa，1016-X70钢（钢（II期期5倍倍， 1219-X80钢）钢）辽河油田辽河油田/ /油管油管/CO/CO2 2腐蚀腐蚀腐蚀的危害腐蚀的危害直接经济损失直接经

3、济损失腐蚀的直接经济损失是指由于腐蚀的存在而导致总费用的增量。腐蚀的直接经济损失是指由于腐蚀的存在而导致总费用的增量。 直接经济损失：直接经济损失： 资本费用，具体包括更换设备及建筑费、富裕容量费、多余的备用资本费用，具体包括更换设备及建筑费、富裕容量费、多余的备用设备费；设备费； 控制费用，包括维修费、腐蚀控制费；控制费用，包括维修费、腐蚀控制费； 设计费用，包括建筑材料、腐蚀容差、特殊工艺；设计费用，包括建筑材料、腐蚀容差、特殊工艺； 相关费用，包括产品损失、技术支持、保险、零件及设备存货。相关费用，包括产品损失、技术支持、保险、零件及设备存货。美国因腐蚀造成的损失达到美国因腐蚀造成的损失

4、达到1100美元美元/（人（人年）年） 中国：因腐蚀造成的损失约为中国：因腐蚀造成的损失约为400元元/（人（人年）年）。 直接损失约直接损失约2288亿元人民币亿元人民币 腐蚀总损失可达腐蚀总损失可达5000亿元亿元 （约占我国（约占我国GNP的的5% ） 腐蚀损失（代价）腐蚀损失（代价）= =故障损失故障损失+ +防护费用防护费用407226321801132111228410 05 5 0 0 0 01 1 0 0 0 0 0 01 1 5 5 0 0 0 02 2 0 0 0 0 0 02 2 5 5 0 0 0 03 3 0 0 0 0 0 03 3 5 5 0 0 0 04 4 0

5、 0 0 0 0 04 4 5 5 0 0 0 0穿孔次数一九九三年 一九九四年 一九九五年 一九九六年 一九九七年 一九九八年油油田田注注水水系系统统管管线线历历年年穿穿孔孔柱柱状状图图腐蚀控制的合理性腐蚀控制的合理性材料腐蚀的基本概念材料腐蚀的基本概念 “金属腐蚀金属腐蚀是金属从元素态转变为化合态的化学变化及电化是金属从元素态转变为化合态的化学变化及电化 学变化学变化”。 腐蚀可以从几个方面下定义：腐蚀可以从几个方面下定义： （1）由于材料与环境及应力作用而引起的材料的破坏和变质；）由于材料与环境及应力作用而引起的材料的破坏和变质； （2）除了机械破坏以外的材料的一切破坏；）除了机械破坏以

6、外的材料的一切破坏； （3）冶金的逆过程等。）冶金的逆过程等。 “材料的腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学和材料的腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学和/或物理作用或物理作用的的 破坏的现象破坏的现象” “材料腐蚀是材料受环境介质的化学作用或电化学作用而变质和材料腐蚀是材料受环境介质的化学作用或电化学作用而变质和 破坏的现象破坏的现象”。 腐蚀的类型腐蚀的类型依据腐蚀机理分类法：依据腐蚀机理分类法：（1）化学腐蚀化学腐蚀（Chemical Corrosion） 材料与周围非电解质之间发生纯化学作用而引起的腐蚀损伤材料与周围非电解质之间发生纯化学作用而引起的腐蚀损伤称为化学腐蚀。称为化学腐蚀。腐蚀

7、反应过程中不伴随电流产生。 （2）电化学腐蚀电化学腐蚀（Electrochemical Corrosion） 金属和电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起的金属腐蚀金属和电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起的金属腐蚀现象称为电化学腐蚀。现象称为电化学腐蚀。电化学腐蚀过程中有电流产生。 材料与装备的环境损伤形式材料与装备的环境损伤形式腐蚀类型腐蚀类型依据腐蚀形态分类法：依据腐蚀形态分类法：（1）普遍性腐蚀普遍性腐蚀（或全面腐蚀）（或全面腐蚀）（General Corrosion） 腐蚀分布在整个金属的表面，可以是均匀的或不均腐蚀分布在整个金属的表面，可以是均匀的或不均匀的。匀的。 （2）局部腐蚀局

8、部腐蚀（Localized Corrosion） 局部既可以是部位的也可以是成分的局部既可以是部位的也可以是成分的 。 （3） 应力作用下的腐蚀断裂应力作用下的腐蚀断裂 材料在应力和腐蚀性环境介质协同作用下发生的开材料在应力和腐蚀性环境介质协同作用下发生的开裂及断裂失效现象。裂及断裂失效现象。 力+腐蚀环境构件低应力脆断 静应力+腐蚀SCC 交变应力+腐蚀CF 静应力+氢环境HE 微动+腐蚀FCF 应力作用下的材料环境损伤应力作用下的材料环境损伤材料类型材料类型高分子材料高分子材料玻璃与陶瓷玻璃与陶瓷混凝土混凝土腐蚀类型腐蚀类型或表现或表现化学氧化；化学氧化；水解；水解；应力腐蚀（环境应应力腐

9、蚀（环境应力开裂）；力开裂）；生物腐蚀；生物腐蚀；辐照分解；辐照分解；热、光氧化分解；热、光氧化分解；溶胀溶解溶胀溶解水解；水解；酸、碱侵蚀酸、碱侵蚀（溶解）；（溶解）；风化风化（溶解与水解浸（溶解与水解浸析）；析）；选择性腐蚀；选择性腐蚀；应力腐蚀应力腐蚀溶解浸蚀溶解浸蚀（物理性溶解）；（物理性溶解）；分解型腐蚀分解型腐蚀（化学作用）；（化学作用）；膨胀型腐蚀膨胀型腐蚀（物理或化学作用）（物理或化学作用）非金属材料的腐蚀类型非金属材料的腐蚀类型 硫化物环境中输送钢管的主要腐蚀类型硫化物环境中输送钢管的主要腐蚀类型 硫化物环境中输送钢管腐蚀的影响因素硫化物环境中输送钢管腐蚀的影响因素 输送钢管

10、的硫化物环境损伤评价方法输送钢管的硫化物环境损伤评价方法 高频电阻焊（高频电阻焊（ERW）管的沟槽腐蚀行为与评价）管的沟槽腐蚀行为与评价二、二、油气输送管硫化物环境腐蚀行为油气输送管硫化物环境腐蚀行为及其评价及其评价硫化物环境中输送管的主要腐蚀硫化物环境中输送管的主要腐蚀类型类型（一）钢在（一）钢在H2S环境中的腐蚀机理：环境中的腐蚀机理：（1）H2S的性质的性质 摩尔质量：摩尔质量：34.08g/mol 密度：密度：1.539g/L(25)；相对空气密度相对空气密度：1.1906(空气空气=1) 在水中的溶解度大在水中的溶解度大：3480mg/L(25,0.1MPa)，大于，大于CO2和和O

11、2 腐蚀性：干腐蚀性：干H2S无腐蚀性；无腐蚀性；溶于水后有强的腐蚀性溶于水后有强的腐蚀性 毒性大毒性大腐蚀电池的电极过程腐蚀电池的电极过程 阳极过程阳极过程 金属原子离子化：金属原子离子化： M晶格晶格 M吸附吸附 M吸附吸附+mH2O Mn+mH2O + ne水化金属离子水化金属离子Mn+mH2O从双电层溶液侧向溶液深处迁移从双电层溶液侧向溶液深处迁移阴极过程阴极过程还原过程还原过程 2H+ + 2e H2 或：在中性或碱性溶液中：或：在中性或碱性溶液中： O2 + 2H2O + 4e = 40H- 在酸性溶液中：在酸性溶液中： O2 + 4H+ + 4e = 2H2O （一）（一）H2S