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高含硫天然气一般知识

含硫天然气对钢材的影响

在酸性环境中使用的碳钢通常碳含量低于0.25%，还含有微量的

其它元素。低合金钢由铁和下面这些微量的元素组成：C、Si、Mn、

P、S、Ni、Cu、Cr、Mo、V、Al、Nb、B、Sn、Sb和Co。这些元

素有一些是用于使钢材具有某些性质，而其它则是杂质，在钢材的生

产过程中没有完全除去。所有这些元素，除了铁以外，其总含量通常

低于4%重量，然而当含硫天然气在一定压力下与钢材直接接触时，

这些杂质中有些却对钢材的性质不利，尽管其含量很低。

在下面的讨论中，碳钢和低合金钢都简称钢，因为酸性环境中应

用时它们的一般要求是类似的。有含硫原油或含硫天然气而无自由水

的钢管或钢质容器中，HS会和铁发生反应在钢表面生成一层硫化铁

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（FeS）薄膜。这层FeS薄膜会阻止铁和HS的进一步反应，这样

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HS对金属的进一步作用几乎可以免除。然而，在有自由水存在的情

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况下，HS与金属间的化学反应就会被阳极反应和阴极反应所促进，

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如下所示：

阳极：Fe←→Fe+++2e

HS+HO←→H++HS-+HO

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HS+HO←→H+S+HO

-+=

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阴极：2e+2H++Fe+++S=→2H+FeS

.--

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总反应：Fe+HS→H2O→FeS+2H

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上述反应的产物之一是氢原子（H），它能够穿透钢，并能沿着

晶界迁移。上述反应的总结果会在下面这些有害的影响时表现出来：

-普遍的金属失重腐蚀

-腐蚀斑点（点蚀）

-氢致开裂（HIC）和起泡

-氢脆和硫化物应力开裂(SSC〉

普通的金属失重腐蚀

在有水存在的情况下，HS和有限的管壁或容器壁之间的反应会

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导致金属失重，并能导致它们失效。水和一些处理剂的水溶液(如乙

二醇、甲醇或胺)能促进前面所述的电化学反应。

所有的原生含硫天然气也含有二氧化碳(CO)，溶于水后呈酸性,

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在有水的情况下会腐蚀铁。工业经验表明，含硫天然气中HS和CO

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之比低于1:1时，在潮湿环境下其腐蚀性比HS含量大于CO含量

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时要高[13]。这是由于生成的碳酸铁垢层在金属表面的吸附没有FeS

膜强。故任何能干扰FeS膜形成的条件都会导致对管壁或容器壁的

腐蚀。

点蚀

腐蚀只不过是由于形成了阳极电池而导致在管子或容器的局部

点或区域的集中腐蚀和金属失重。通常出现在流体静止或几乎静止的

环境下，最初可以是由管子的缺陷或金属表面的一小块垢或其它沉降

物引起的。一旦形成后，金属失重反应就能在适当的时候导致针孔式

.--

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泄漏，一般不会影响邻近的管子。

氢致开裂（HIC）和起泡

H