油气田的腐蚀与防护 ppt课件

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油气田的腐蚀特征及控制技术PPT课件

– 流体力学化学腐蚀 • 冲刷腐蚀、冲蚀腐蚀、空泡腐蚀
– 固体力学化学腐蚀 • 腐蚀疲劳、应力腐蚀、硫化物应力开裂、氢致开裂等
按腐蚀破坏特征：
– 全面腐蚀：分布整个表面，可是均匀的，也可是不均匀的 – 局部腐蚀：小孔腐蚀、电偶腐蚀、氢脆、应力腐蚀破裂、晶间腐蚀、
缝隙腐蚀、选择性腐蚀、细菌腐蚀、其它腐蚀（如沉积腐蚀、浓差电池腐蚀、冲刷腐蚀等）
– 研究机构 -- Ohio大学、Tulsa大学、挪威能源研究院（IFE）、英国利兹大学、加拿大CANMET、德国 Iserlohn应用科学大学、美国西南研究院等
14.10.2020
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1.2.1 CO2 腐蚀
CO2 溶于水: CO 2gas CO 2aq
溶解的CO2水合过程:
C 2 ( a O )q H 2 O ( a)q K h y H 2 d C 3 ( a O )q
向参加培训的各位学员问好大家辛苦了！
白真权中国石油天然气集团公司管材研究所
2020年10月14日
油气田的腐蚀特征及控制技术
14.10.2020
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提纲
第一部分：油气田腐蚀类型、特征及研究热点
– 油气田腐蚀类型与特征 – 几种典型的油气输送管道腐蚀类型及其关注点 – 腐蚀与防护国内外发展趋势
第二部分：油气田腐蚀控制技术
• 过去关于高温高压CO2腐蚀和多相流冲刷腐蚀研究不多，而实践证明这两种腐蚀，越来越成为油气田的主要危害
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1.1 油气田腐蚀类型与特征……腐蚀类型
分类方式
主要研究内容
腐蚀环境
CO2 腐蚀、H2 S腐蚀、溶解盐类腐蚀、酸腐蚀、水腐蚀、大气腐蚀、细菌腐蚀、土壤腐蚀、杂散电流腐蚀、铁离子腐蚀、原电池腐蚀、 Ca、Mg、Zn等的浓缩卤盐腐蚀、凝析气相腐蚀等

石油化工设备的防腐措施ppt课件

定期检查与维护
设备检查
定期对石油化工设备进行检查，包括外观、结构、密封件等，确保设备处于良好状态。
维护保养
按照设备维护保养手册进行定期保养，包括清洗、润滑、更换磨损件等，延长设备使用寿命。
运行环境控制
温度控制
保持设备运行温度在适宜范围内，避免过高或过低温度对设备造
成腐蚀。
湿度控制
控制设备运行环境的湿度，避免潮湿环境对设备造成腐蚀。
推进智能化防腐管理
积极推广智能化防腐管理系统，提高设备防腐的智能化水平，降低设备腐蚀风险。
06
总结与展望
本次课程的主要内容回顾
石油化工设备腐蚀原因及危害
01
讲解了石油化工设备腐蚀的原因、危害以及防腐蚀的重要性。
常用防腐蚀措施
02
介绍了石油化工设备常用的防腐蚀措施，包括材料选择、结构
设计、表面处理、介质控制等。
由于设备在运行过程中受到机械力作用，导致设备表面发生机械磨损和疲劳腐蚀。
腐蚀对设备性能的影响
设备性能下降
腐蚀导致设备表面粗糙度增加，影响设备传热、传质和机械性能，进而影响设备正常运行。
安全隐患
腐蚀严重时可能导致设备泄漏、爆炸等安全事故，给企业带来重大损失。
环境污染
石油化工设备在运行过程中产生的废气、废水等含有大量有害物质，对环境造成污染。
案例分析
03
通过实际案例，分析了不同防腐蚀措施在实际应用中的效果和
优缺点。
对未来发展的展望与建议
进一步加强基础研究
推广新型防腐蚀技术和材料
加大对石油化工设备防腐蚀基础研究的投入，深入了解腐蚀机理和规律，为防腐蚀措施的研发提供理论支持。

炼油装置中的腐蚀类型及防护措施详解PPT课件

加工含盐、硫较多的原油对炼厂设备腐蚀极为严重，其程度除与盐、硫含量有关外，还与腐蚀环境有关。其腐蚀环境可分为高温和低温两大类，每一类又因其他介质如 HCI、HCN等的加入而又有其不同的腐蚀类型。原油脱盐后，含盐量量小于 5mg／L，塔顶冷凝水含 Cl-含量应小于 0．002％。
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• 所以各炼厂经一次脱盐后，所剩的盐类中镁盐、钙盐仍为主要成分。这就是系统中存在HCl的主要来源。
第8页/共53页
• 即使炼制低硫原油（如大庆原油），如果脱盐效果不好，或不进行脱盐，则原油中的盐在常压塔顶冷凝冷却部位，因HCI-
H2S- H2O而导致的腐蚀同样严重。所以无
论炼制何种含硫原油第9页/共53页，均应注意原油脱盐，控制脱盐后的含盐量。。
氢30～40mg/L）相比，设备腐蚀程度并无明显
加CI- 2S-H2O 部位防腐措施：此部位防腐以工艺防腐为主、材料防腐为辅。
工艺防腐采用“一脱四注”（脱盐、注碱、注缓蚀剂、注氨及注水）。经“一脱四注” 后．控制适当的工艺指标，如当 PH值为 7．5～8．5时，则碳钢设备如常压塔顶空冷器的腐蚀速率可低于0．2mm/a。
第39页/共53页
（2）S-H2S-RSH－RCOOH（环烷酸）型
腐蚀部位：基本同于S－H2S-RSH型，但目前炼制高酸值原油的炼油厂，主要腐蚀部位集中在减压炉、减压转油线及减压塔进料段以下部位，常压炉系统戏之，焦化装置又次之。
腐蚀形态：环烷酸作用的腐蚀形态为带有锐角边的蚀坑和蚀槽。
第40页/共53页
•
氰离子在碱性的H2S－H2O溶液中有两
种作用：氰化物溶解保护膜FeS，而加速H2S

油气田的腐蚀特征及控制技术PPT幻灯片

碳酸水解:
H 2 C3 (O a)q K c a H ( a)q HC 3 (a)q O
碳酸氢根进一步水解:
– 1971年5月至1986年2月，四川天然气管网腐蚀导致爆炸和燃烧事故83次，其中第一次事故就伤亡24人。1991年1月25 日川东油田H2S腐蚀造成井喷，造成两人死亡，七人受伤
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1.1 油气田腐蚀类型与特征……油气田腐蚀四大危害
腐蚀造成停工停产，影响正常生产
–如1983年川南窝深一井，腐蚀疲劳造成钻杆失效，导致停钻127天；又如中原油田胡状油田1988年11月投产至1993年 2月间穿孔780余次，被迫停井50多次
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白真权中国石油天然气集团公司管材研究所
2020年10月6日
油气田的腐蚀特征及控制技术
06.10.2020
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提纲
第一部分：油气田腐蚀类型、特征及研究热点
– 油气田腐蚀类型与特征 – 几种典型的油气输送管道腐蚀类型及其关注点 – 腐蚀与防护国内外发展趋势
第二部分：油气田腐蚀控制技术
– CO2腐蚀 – H2S腐蚀 – 冲刷腐蚀
腐蚀与防护国内外发展趋势
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1.1 油气田腐蚀类型与特征……腐蚀定义
材料由于同周围介质发生化学或电化学的作用而引起的破坏和变质
– 材料使用过程中在环境介质的作用下性能下降、状态改变，直至损坏变质即为“腐蚀”或“老化”。随着近代科学技术的发展，现已发现几乎所有材料在环境作用下都存在腐蚀或老化问题
腐蚀形貌及部位
均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、氢脆、氢鼓泡、硫化物应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳、焊缝腐蚀、刀状腐蚀、冲刷腐蚀、冲蚀促进蚀、空泡腐蚀、内腐蚀及外腐蚀等

油气井CO2腐蚀与防_图文

二氧化碳（ CO2 ）常作为天然气或石油伴生气的组分存在于油气中。 CO2溶入水后对钢铁及水泥环都有极强的腐蚀性。在井下适宜的湿度及压力环境条件下，CO2会对水泥和油套管产生严重的腐蚀，使得管道和设备发生早期腐蚀失效，甚至造成生产油、套管的腐蚀断裂。从而缩短油气井的生产寿命，造成巨大的经济损失。如英国北海的ALPHA平台，因油气中含1.5-3.0%的二氧化碳，其由碳锰钢X52制成的管线仅用了两个多月就发生了爆炸。
含铬钢
开发技术公司调剖队
类型二（中等温度）类型Fra bibliotek（高温）在温度较低时，主要发生金属的活性溶解，为全面腐蚀，而对于含铬钢可以形成腐蚀产物膜。
在中温区，两种金属由于腐蚀产物在金属表面的不均匀分布，主要发生局部腐蚀，如点蚀等。
在高温时，无论碳钢还是含铬钢，腐蚀产物可较好地沉积在金属表面，从而抑制金属的腐蚀。
在没有电解质存在的条件下，CO2本身并不腐蚀金属，这说明CO2腐蚀主要表现为电化学腐蚀，即由于天然气中的CO2溶于水生成碳酸后引起的电化学腐蚀，CO2电化学腐蚀原理及其总体基本化学反应可描述为：
↑
事实上，CO2腐蚀常常表现为全面腐蚀与典型沉积物下方的局部腐蚀共存。然而，对于局部腐蚀机理的研究目前尚不够深入和详尽。大体上来说，在含有CO2介质中，腐蚀产物 FeCO3及结垢物CaCO3或不同的生成物膜在钢铁表面不同区域的覆盖度不同，不同覆盖度的区域之间形成了具有很强自催化特性的腐蚀电偶，CO2的局部腐蚀正是这种腐蚀电偶作用的结果
递所控制，此时流速的变化已不重要，温度的影响变成主要影响因素。
流速对二氧化碳腐蚀速率的影响
低流速，膜致密中流速，膜局部高流速，膜完全，腐蚀速率低破裂，局部腐蚀冲掉，均匀腐蚀

酸性油气田的腐蚀与防护

对SSC敏感的钢构件在含H2S酸性油气中，经短暂暴露后，就会出现破裂，数小时到3个月情况居多。
2、影响SSC的因素
环境因素材料因素
H2S浓度的影响温度的影响
pH值的影响 CO2的影响
（1）环境因素
a. H2S浓度的影响
•
含有水和H2S酸性天然气系统，当其气体总压等
于或大于0.4MPa(绝)，气体中的硫化氢分压等于或大
于0.0003MPa(绝)时，称为酸性天然气。该天然气可
引起敏感材料发生SSC。天然气中硫化氢气体分压等
于天然气中硫化氢气体的体积百分数与天然气总压的
乘积。
b. 温度的影响
图3-10 温度对高强度钢在饱和H2S的 3%NaCl+0.5%CH3COOH中断裂时间的影响
c. pH值的影响
pH值表示介质中H+浓度的大小。根据SSC 机理可推断随着pH值的升高，H+浓度下降，SSC 敏感性降低。
↓ [H]→ 钢中扩散其中：Had - 钢表面吸附的氢原子 [H] - 钢中的扩散氢
阳极反应产物： Fe2＋＋ S2－ → FeS ↓
注：钢材受到硫化氢腐蚀以后阳极的最终产物就是硫化亚铁，该产物通常是一种有缺陷的结构，它与钢铁表面的粘结力差，易脱落，易氧化，且电位较正，因而作为阴极与钢铁基体构成一个活性的微电池，对钢基体继续进行腐蚀。
修并换油管等作业。
（5）井下封隔器
•
油管外壁和套管内壁环形空间的腐蚀防护通常
采用井下封隔器。封隔器下至油管下端，将油管与套
管环形空间密封，阻止来自气层的含H2S酸性天然气及地层水进入，并在环形空间注满用于平衡压差，添
加缓蚀剂的液体。
（6）定期清管
•

油气田的腐蚀与防护技术

（二） H2S环境导致的输送管损伤
2.1 SSC (Sulfide Stress Cracking)—（硫化物应力腐蚀开裂）
2.1.2 材料因素（2）显微组织：
在H2S—H2O环境中，对SCC抗力按下列顺序递减：铁素体中均匀分布的球状碳化物组织 →
完全回火后的淬火显微组织 →
正火和回火后的显微组织 → 正火后的显微组织 → 淬火后未回火的马氏体组织。
2.2.1 特点
（1）HIC常出现于抗SSC的延性好的低中强度管线钢和容器钢上
（2）HIC不需要任何外力，开裂方向通常与SSC裂纹垂直（3）HIC裂纹平行于板面和轧制方向，HB为椭圆，长轴沿轧向（4）冶金缺陷处形成高压（3000大气压）氢气导致HIC或HB （C、Mn、P偏析异常组织、MnS夹杂、带状珠光体/铁素体相界）
2.2 H2S环境导致的输送管损伤
2、 HB (Hydrogen Blistering)—（氢鼓泡）
2.2 H2S环境导致的输送管损伤
3、SSC (Sulfide Stress Cracking)—（硫化物应力腐蚀开裂）
拉应力（外加或残余）促进H在冶金缺陷处（晶界、相界、位错、裂纹等）富集，导致突发性（数小时～3个月）、低应力（＜sb）、脆性开裂或断裂。
2.1 SSC (Sulfide Stress Cracking)—（硫化物应力腐蚀开裂）
2.1.1 环境因素
（2）温度：24℃时SSC最为敏感（3）pH值：pH↓ SSC↑
（4）CO2：CO2↑ SSC↑
（二） H2S环境导致的输送管损伤
2.1 SSC (Sulfide Stress Cracking)—（硫化物应力腐蚀开裂）
油田注水系统管线历年穿孔柱状图

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孔内小阳极，促进腐蚀向深度方向发展
（a）
（b）
图2.1 P110试样表面腐蚀产物膜结构和特征。（a）呈现蜂窝状腐蚀，（b）口小底大烧瓶型
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5. 温度对二氧化碳腐蚀机理的影响
低温，腐蚀产物膜中温， 100oC 左右，高温，约大于
少，均匀腐蚀
膜局部破裂，局部 150oC ，膜致密，
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3.二氧化碳腐蚀常见形态
– 国际研究普遍认为：
CO2局部腐蚀有以下三种典型机理 – 台地状腐蚀 – 蜗旋状腐蚀 – 点状腐蚀 – 我们研究发现，腐蚀后试样表面呈现为图2.1所示的蜂窝状和底大口小的烧瓶型点状腐蚀
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4.微观腐蚀形态
（a）
闭塞电池效应很强：外大阴极，
(1-1)
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几种典型腐蚀介质的腐蚀速率对比图
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三二氧化碳腐蚀简介
1. 反应机理：阳极反应机理 Fe=Fe2+ +2e
Fe + HCO3-=FeCO3 +2e+H+ Fe+CO32-=FeCO3 +2e 也有认为初始腐蚀产物为Fe(OH)2，或Fe(HCO3)2 Cr+ 3OH- =Cr(OH)3+ 3e
» —— 高温和/或高压环境
» —— H2S、CO2、O2、Cl-和水分是主要腐蚀物质
» H2S、CO2、O2 是腐蚀剂
» 水
是载体
» Cl-
是催化剂
– 就H2S、CO2和O2三种腐蚀剂来说，其腐蚀速率相对
关系如图所示。
大致比例关系为
CRO2 80 CRCO2 400 CRH2S
腐蚀严重
腐蚀速率低
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6. 流速对二氧化碳腐蚀速率的影响
低流速，膜致密，中流速，膜局部破高流速，膜完全冲
腐蚀速率低
裂，局部腐蚀严重掉，均匀腐蚀
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四硫化氢腐蚀简介
1. 腐蚀机理：
H2S在水中的离解： H2S H++SHSH- H++S2-
阳极反应：
Fe
Fe2++2e
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腐蚀速率变化很大
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3. 海洋油气田腐蚀状况：
油气田腐蚀介质
HH2SS
CCOO2
溶解盐类酸
细菌
水
杂散电流铁离子
凝析气相原电池
Ca、Mg、Zn等的浓缩
卤盐
油气田腐蚀构件
输送管线
套管
油管
钻杆
抽油杆
油罐
生产系统各设备
腐蚀形貌及部位
均匀腐蚀点蚀缝隙腐蚀晶间腐蚀腐蚀疲劳焊缝腐蚀刀状腐蚀冲刷腐蚀空泡腐蚀冲蚀促进腐蚀硫化物应力腐蚀开裂
• 外腐蚀主要是管体外部遭受的大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀和地下水腐蚀，以及杂散电流腐蚀和宏观电池腐蚀等；
• 内腐蚀主要是管体内部由于内部介质所导致的腐蚀，近年来日趋成为研究的热点，主要有氧、二氧化碳、硫化氢。
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– 石油管内腐蚀的介质环境有三个显著特点：
» —— 气、水、烃、固共存的多相流腐蚀介质
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二、油气田腐蚀的特点及类型
• 众所周知，油气田腐蚀往往造成 – 重大经济损失 – 灾难性事故 – 环境污染
• 例如图1.1所示 – LN204井，使用一年零9个月, P105油管由于CO2腐蚀掉井，腐蚀的百孔千疮
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二氧化碳腐蚀的危害
– 调查结果表明，我国油田普遍存在着严重的CO2腐蚀，且已造成巨大经济损失
阴极反应机理
2H+ +2e=H2
2HCO3- +2e=2CO3-+H2
2H2CO3 +2e= 2HCO3- +H2
2H2O +2e=2OH- +H2
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2. 二氧化碳腐蚀影响因素温度
T<60℃ 均匀腐蚀腐蚀速率较小 60℃<T<110℃ 局部腐蚀，腐蚀速率较大 T>120℃ 腐蚀速率很低
CO2分压
CO2分压低于0.005MPa时，腐蚀可以忽略 CO2分压为0.021 MPa时，通常表示腐蚀将要发生。 CO2分压为0.021-0.21 MPa时，腐蚀可能发生。 CO2分压高于0.21 MPa时，发生腐蚀
介质中离子：Cl-、HCO3-、Ca2+、Mg2+ 腐蚀产物膜流速、流型材料
℃ 、120 ℃ 时腐蚀速率最小；材料暴露时间对腐蚀速率的影响：在硫化氢水溶液中，
碳钢和低合金钢的初始速率大约为0.7mm/a，但随着时间的增长，腐蚀速率会逐渐减小；流体流速对腐蚀速率的影响：较高的流速，腐蚀速率也比较高。
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3. 硫化氢腐蚀形态：氢鼓泡（HB）破坏：氢致开裂（HIC）；硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）；应力导向氢致开裂（SOHIC）；
油气田的腐蚀与防护
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一、腐蚀的含义和类型
1、腐蚀的概念和形式
腐蚀特征
腐蚀
由物质与周围环境作用产生的损坏
腐蚀环境腐蚀机理
全面腐蚀局部腐蚀
化学介质腐蚀大气腐蚀海水腐蚀土壤腐蚀物理腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀
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应力腐蚀破裂小孔腐蚀晶间腐蚀电偶腐蚀选择性腐蚀氢脆细菌腐蚀沉积腐蚀其他腐蚀
– 例如雅克拉气田一口气井由于油管腐蚀，着火72天，造成直接经济损失 3000万元，
– 又例如，塔里木某井，使用一年零9个月，油管就CO2腐蚀掉井，
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塔里木油田某井油管CO2腐蚀形貌图
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腐蚀的主要部位、腐蚀环境和腐蚀介质
1. 应重点关注的腐蚀易发生的部位 —石油管线和设备的腐蚀是油气田腐蚀最主要的部分 2. 腐蚀环境及腐蚀介质 —石油管线和设备的腐蚀分为内腐蚀和外腐蚀
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2. 海洋油气田的腐蚀环境和因素：
空气腐蚀
盐分大湿度大
腐蚀速率比内陆高4~5倍普通碳钢腐蚀速率：0.04mm/a 渤海平台上腐蚀速率：0.1mm/a
海水腐蚀
含3%~5%NaCl pH值为8左右良好的电解质
普通碳钢在海水中的腐蚀速率 0.45mm/a
化学介质腐蚀
油气田采出液
（气）中的腐蚀介质
阴极反反应：
2H++2e
Had+Had H2
Hab 向钢中渗透阳极反应产物：
Fe2++S2-
FeS
Had为钢表面吸附的氢原子， Hab为钢中吸收的氢原子。
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2. 硫化氢腐蚀的影响因素：
硫化氢浓度：硫化氢浓度为200～400mg/L时，腐蚀速率最高；
pH值：pH值小于6时，腐蚀速率高；温度：温度在80 ℃ 时，腐蚀速率增大，当温度达到110