钢制油气管道的硫化氢腐蚀机理

范银华 陈江华 罗永乐 朱翠玲 吴江南

摘 要：硫化氢腐蚀是油气管道面临的一项主要的腐蚀失效形式。本文针对钢制油气管道的硫化氢腐蚀阴极、阳极反应机理进行了介绍，同时阐述了腐蚀的环境影响因素及其作用机理。

关键词：油气管道;硫化氢;腐蚀

Abstract：Hydrogen sulfide corrosion has become a major form of corrosion failure faced by oil and gas pipelines. This paper introduces the cathode and anode reaction mechanism of oil and gas pipelines， and expounds the environmental impact factors of corrosion and its mechanism of action.

Key words：oil and gas pipeline;hydrogen sulfide;corrosion

1 前言

油氣长输管道大多数事故是腐蚀造成的，硫化氢腐蚀对油气管道的损伤最为严重，因此，有必要对钢制油气管道的硫化氢腐蚀机制进行研究工作。

2 钢制油气管道硫化氢腐蚀的电化学机理

硫化氢腐蚀多为管道的内腐蚀，在油气管道的底部有水的沉积，并且大量的硫化氢溶解于水中，此时硫化氢腐蚀开始。电化学腐蚀可分为阳极过程和阴极过程，目前，关于硫化氢腐蚀的阳极过程，学界有如下几种观点：

Iofa等人认为在反应界面硫化氢首先与铁原子结合形成偶极子化合物（FeSH-ads），其负极指向溶液。此后FeSH-ads发生阳极反应失去2个电子，形成FeSH+ads。

Shoe smith 认为在某些酸性环境中，FeSH+ads可直接转化为FeS和H+，而在大多数酸中FeSH+ads将与H3O+结合形成 Fe2+和H2S。

周计明的研究结果认为Fe原子与S原子之间将形成化学键并产生中间产物Fe（H2S） ads，此时晶格中Fe原子金属键之间的结合力显著减小，导致中间产物Fe（H2S） ads不断释放电子，最终形成Fe2+和H2S。关于硫化氢腐蚀的阴极过程，人们通常认为硫化氢溶于水的过程中将发生二级水解，将产生H3O+、HS-和S2-。

3 钢制油气管道硫化氢腐蚀的影响因素

钢制油气管道硫化氢腐蚀的影响因素主要包括硫化氢浓度、pH值、温度。

硫化氢的存在可以促进氢进入金属基体中，当氢在金属的中的压力过大时便会产生鼓泡、裂纹等问题，并且硫化氢浓度越高，氢向金属中扩撒的速度也越大。在pH值小于7的酸性环境中，管线钢的阳极溶解速度和阴极的析氢速度均会随着硫化氢浓度的升高而显著增大。

在酸性环境中，随着pH值升高，管线钢的腐蚀产物硫铁化物在电极表面不连续沉积，腐蚀过程主要受硫化物生长控制，所生成的硫化物不足以对电极起到保护作用，腐蚀速率逐渐增加。在碱性环境中，金属表面通常会形成一层金属氧化物组成的钝化膜，可阻止金属的进一步腐蚀，因此，pH值升高时，钢制管道的腐蚀速率逐渐下降。

温度对钢制管道的硫化氢腐蚀速率存在极值现象。在低温范围内，温度的升高可以加速金属硫化氢腐蚀的速率。而在高温范围内，随着温度的逐渐升高，硫化氢在水中的溶解度逐渐降低，腐蚀速率亦相应降低。因此，在这两个作用完全相反趋势的综合作用下，钢制管道在硫化氢环境中的腐蚀速率出现了极值现象。

4 结论

通常，钢制油气管道硫化氢腐蚀，硫化氢浓度越高，腐蚀速率越快。酸性环境中，pH值升高，腐蚀速率增加;碱性环境中，pH值升高，腐蚀速率下降。温度升高既能够加快电化学腐蚀的速度，又能降低硫化氢在水中的溶解度，因此钢制管道在硫化氢环境中的腐蚀速率出现了极值现象。

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