酸性条件下元素硫对N80碳钢和L360钢腐蚀行为的研究

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高含硫天然气中因含具有腐蚀性较强的H2S、CO2、强酸等物质,给油田管道等设备带来了严重腐蚀问题。此外,油气田中元素硫沉积现象的出现加剧了原本已经十分恶劣的环境,元素硫在油气田中的沉积不仅会导致腐蚀,还会堵塞管道,引发事故。本文主要针对N80碳钢和L360管线钢在模拟高含硫气田环境中的腐蚀进行研究,旨在为油田油管在该环境下的腐蚀特征、机理、影响因素及防护措施提供有效的理论依据。  本文采用常压静态和高压静态失重法研究了几种元素硫堆积方式在不同环境中以及添加缓蚀剂的同等实验条件下对两种钢的腐蚀行为,并辅以电化学手段和环境扫描电镜(E-SEM)、超景深显微镜、X射线能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等表面技术方法观察两种钢表面形貌及腐蚀产物膜的组成。从而得到以下结论:  与硫具有相同堆积形式的细沙对钢的腐蚀较小,说明该堆积层对钢不具有腐蚀性,而是元素硫引发了对钢的腐蚀,且以局部腐蚀为主。三种不同堆积形式的硫对钢的腐蚀速率较空白时显著增大,其腐蚀速率大小:悬浮硫粉<涂敷熔融<<包裹硫粉。因后两者与钢能够直接接触,且腐蚀过程中有H2S生成,故增加了对钢的腐蚀。因此我们认为,硫与钢的接触程度对腐蚀起着一定的促进作用,说明元素硫对钢的腐蚀与硫的堆积形式、松散程度以及硫与钢接触面积等有关。  电化学测试表明硫是通过促进钢的阴极去极化作用从而使其加速腐蚀。此外,元素硫的加入破坏了缓蚀剂对钢的保护作用,使其性能失效。通过观察钢的表面腐蚀产物可发现有硫时,试片表面产物膜较疏松,存在孔洞,不能有效阻止溶液中Cl-浸入到硫/基体界面,对钢的保护性较差,故导致腐蚀加剧,清除腐蚀产物后有硫的试片表面布满大小不一,腐蚀程度不同的点蚀坑,而包硫后的试片表面甚至出现氢鼓泡现象。经分析得出,产物膜的主要成分为FeS。
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