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硫化氫腐蝕測定

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發(fā)布時間：2025-03-13 09:05:16 更新時間：2025-03-12 09:05:33

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作者：中科光析科學技術研究所檢測中心

硫化氫腐蝕測定用于評估材料（如金屬、合金、涂層）在含H?S環(huán)境中的耐腐蝕性能，尤其在油氣開采、煉化及化工行業(yè)中至關重要。以下是基于 NACE TM0177（硫化物應力腐蝕開裂）、NACE TM0284（氫致開裂） 及 ISO 15156（油氣工業(yè)材料選擇） 的系統(tǒng)化檢測方案：

一、核心檢測項目與標準

檢測類別	關鍵參數(shù)	檢測方法	判定標準
均勻腐蝕速率	失重法（mm/year）	浸泡試驗（H?S飽和溶液，30d）	ASTM G31-21
硫化物應力腐蝕開裂（SSCC）	臨界應力（MPa）、斷裂時間（h）	四點彎曲法（NACE TM0177 Method A）	NACE TM0177-2016
氫致開裂（HIC）	裂紋敏感率（CLR/CTR/CSR）	高壓釜模擬（H?S分壓≥0.1MPa，96h）	NACE TM0284-2016
點蝕與縫隙腐蝕	點蝕深度（μm）、臨界點蝕溫度（CPT）	電化學測試（動電位極化）	ASTM G48-11
氫滲透率	氫擴散系數(shù)（cm²/s）	Devanathan-Stachurski雙電解池法	ISO 17081:2014

二、檢測設備與試劑

設備/試劑	用途	參數(shù)要求
高壓反應釜	模擬H?S高壓環(huán)境（0.1~2MPa）	材質(zhì)Hastelloy C276，溫度控制±2℃
電化學工作站	極化曲線、阻抗譜測試	頻率范圍10μHz~1MHz，電流分辨率1nA
金相顯微鏡	裂紋與腐蝕形貌觀察	放大倍數(shù)50~1000倍，配備圖像分析軟件
H?S氣體	腐蝕介質(zhì)（純度≥99.9%）	配氣系統(tǒng)（H?S/N?/CO?混合控制）
模擬溶液	標準腐蝕介質(zhì)（如NACE溶液）	5% NaCl + 0.5% CH?COOH（pH 2.7~3.0）

三、標準化檢測流程

1. 均勻腐蝕速率測定（ASTM G31）

樣品制備：切割20×10×3mm試樣，表面拋光至Ra≤0.8μm，丙酮清洗干燥；
浸泡試驗：浸入H?S飽和溶液（30℃±1℃），周期7~30天；
腐蝕速率計算： CR=ΔW×8760ρ×A×t(單位：mm/year)CR=ρ×A×tΔW×8760?(單位：mm/year) （ΔW：失重/g，ρ：材料密度/g/cm³，A：面積/cm²，t：時間/h）

2. 硫化物應力腐蝕開裂（SSCC）測試（NACE TM0177）

應力加載：四點彎曲夾具加載至80% AYS（實際屈服強度）；
環(huán)境條件：H?S分壓0.1MPa，pH 2.7，溫度24℃±3℃，持續(xù)720h；
判定標準：試樣無斷裂為合格，裂紋長度≤0.1mm為可接受。

3. 氫致開裂（HIC）測試（NACE TM0284）

試樣處理：鋼板（API 5L X65）浸泡于H?S環(huán)境（96h）；
金相分析：切割截面，測量裂紋敏感率： CLR=∑裂紋長度試樣寬度×100%(CLR≤15%)CLR=試樣寬度∑裂紋長度?×100%(CLR≤15%)

4. 電化學腐蝕測試（ASTM G5/G61）

動電位掃描：掃描速率1mV/s，測定自腐蝕電位（Ecorr）、點蝕電位（Eb）；
阻抗譜分析：頻率范圍10^5~10^-2 Hz，擬合等效電路模型。

四、安全與防護措施

H?S毒性控制：
- 檢測環(huán)境密閉通風，H?S濃度監(jiān)測（≤10ppm）；
- 配備正壓式呼吸器（SCBA）和氣體報警儀（MSA Altair 5X）。
廢棄物處理：
- 廢液中和處理（NaOH調(diào)節(jié)pH＞10后氧化分解）；
- 廢氣經(jīng)活性炭吸附后焚燒。

五、常見問題與解決方案

問題現(xiàn)象	可能原因	解決方案
SSCC斷裂失效	材料硬度超標（HRC＞22）或硫含量高	降低鋼中S/P含量（≤0.002%），熱處理（回火至HRC≤20）
HIC裂紋擴展	夾雜物（MnS）富集或冷加工殘余應力	鈣處理鋼（Ca/S≥1.5），控軋控冷工藝優(yōu)化
氫滲透率高	微觀缺陷（孔隙、晶界偏析）	表面處理（鍍鎳、噴丸強化），氫陷阱設計
點蝕電位低	Cl?濃度過高或鈍化膜破損	添加緩蝕劑（咪唑啉類），提高Mo含量（如316L不銹鋼）

六、檢測報告與工程應用

報告內(nèi)容：
- 材料牌號、環(huán)境參數(shù)（H?S分壓、溫度、pH）、腐蝕速率/裂紋數(shù)據(jù)；
- 電化學參數(shù)（Ecorr、Rp）、金相照片、安全評估結(jié)論。
應用場景：
- 油氣管材：API 5L/5CT標準要求HIC CLR≤15%；
- 閥門/法蘭：NACE MR0175/ISO 15156合規(guī)材料選型；
- 涂層評估：環(huán)氧涂層+緩蝕劑體系在H?S/CO?環(huán)境下的耐久性。

通過系統(tǒng)化硫化氫腐蝕測定，可有效預防設備失效風險，建議結(jié)合 數(shù)值模擬（如COMSOL多物理場模型）預測腐蝕行為，并針對工況（如高溫高壓）采用 在線腐蝕監(jiān)測技術（電阻探針、電化學噪聲）。對于高含硫油氣田，優(yōu)先選用雙相不銹鋼（2205/2507）或鎳基合金（625/825）。