材料腐蚀与防护论文

第一篇：材料腐蚀与防护论文

油气井开发硫化氢腐蚀与防护策略

摘要：在开发含硫油气井的过程中，由于硫化氢酸性气体的存在，对钻具、油管、气管等设施都有一定的腐蚀效果。在这种油气的长时间腐蚀作用下，很容易发生一系列的问题，例如井下管柱断裂、地面仪表爆破等。这些问题直接影响油气的开采质量和效率，使得开采过程不断增加成本投入，不利于开采企业的长久发展。因而，在石油开采的实践中，注重开采设施的防腐措施显得至关重要。开采企业可以根据实际情况，运用缓蚀剂、防腐层、表面技术等方式加大防腐力度，保证开采的质量和效率。

关键词：含硫油气井;硫化氢;井下管柱;腐蚀;开采质量

硫化氢，分子式为H2S，分子量為34.076，标准状况下是一种易燃的酸性气体，无色，低浓度时有臭鸡蛋气味，有毒。硫化氢能溶于水，易溶于醇类、石油溶剂和原油。所以，在石油开采过程中，酸性的硫化氢能够与开采的设施能够发生氧化还原反应，致使开采设施出现腐蚀情况。另外，硫化氢中的离解产物HS-、S2-对金属也有着一定的腐蚀效果。而且，不同的条件，产生的腐蚀产物性质也有所不同，例如产物FeS能够抑制腐蚀，而Fe xSy能够促进腐蚀。

1硫化氢的腐蚀情况

1.1硫化氢对油管、套管及井下工具的腐蚀作用

油管、套管及井下工具是石油开采过程中的重要设施，这些设施中含有大量的金属元素，在原油含水量和硫化氢的作用下，很容易发生氧化还原反应，从而导致这些设施发生相应的腐蚀情况。一般而言，这种腐蚀的情况是发生开采的中后期，因为开采之处的含水较少，腐蚀效果并不是很明显，随着开采进程的不断深入，腐蚀情况便显而易见。如四川威远气田震旦系的井由于水产量高使油管受到严重腐蚀，针对这种腐蚀情况，开采企业使用复合式缓蚀剂、井下封隔器等方式之后，腐蚀效果才得到有效控制。

1.2 硫化氢对水泥环柱的腐蚀作用

在古井的过程中，采用水泥是用来支撑套管，保护套管，封隔油、气、水，是保证油气井的有效方式。若是在开采的过程中，水泥环柱出现腐蚀，很容易导致套管发生腐蚀和破坏，不利于开采的有效进行。水泥石的腐蚀情况与孔隙结构和孔隙率有着密切关系。在水泥石中，含有大康的碱性物质，硫化氢会与这些物质发生化学反应，生成CaS、FeS、AI2S3等，严重影响水泥石在开采过程中的作用。

2 硫化氢的腐蚀机理

硫化氢之所以能够对油管、套管、井下工具、水泥环柱等进行腐蚀，这是因为硫化氢在酸性水溶液中容易发生电离反应，离解产物HS-、S2-都能与金属发生氧化还原反应，最终导致腐蚀情况的产生。而水泥石中CaO也很容易与酸性环境下的硫化氢发生反应，最终破坏水泥石，严重影响石油开采质量和效率。

3 防护硫化氢的腐蚀的措施

3.1对油管、套管及井下工具的防护措施

(1)根据硫化氢的特性，合理科学地制定和改善开采设施在油气井开发过程中，开发人员应该从实际出发，根据油气井的实际情况，制定和改善开发的相关的机械设备，避免钢材中含有过多的分离氢含量，减少S、Mn等元素的含量，避免硫化氢的氧化还原反应的发生，使得硫化物处于相对稳定的状态，从而有效地维护开发设施，保证油气井开发的质量和效率。可见，在油气井开发过程中，针对硫化氢的腐蚀性问题，加强开采设备的研究和开发，也是做好油管、套管及井下工具的防护的关键所在。

(2)根据硫化氢的特性，选取合适缓蚀剂

要更好保护油管、套管及井下工具，避免腐蚀情况的发生，使用缓蚀剂也是一种可行方式。在腐蚀剂的选取方面，应该根据井下环境的具体情况和实际需求充分考虑温度、压力、流速等因素，针对性地使用缓蚀剂，将油管、套管及井下工具被腐蚀的程度降到最低。同时，为了更好地保证缓蚀剂的正确使用，还要充分考虑系统中介质组成、运行参数及可能发生的腐蚀类型，充分掌握缓蚀剂的缓蚀性能，合理科学地处理缓蚀剂与石油、其他添加剂之间的兼容关系，避免化学反应的产生。若是在石油开采中，单一的缓蚀剂难以达到实际要求，此时应当考虑缓蚀剂的复配使用。在当下的石油开采过程中，采用的缓蚀剂主要是咪哇琳、季胺化合物、胺类的脂肪酸盐等等。

(3)设计相应的防腐层，制定防井下封隔器

防腐层主要是在钢材和井下的硫化氢酸性油气之间设计相应的隔离层，这种隔离层避免两者之间的接触产生相应的化学反应而导致井下设施的损坏，是一种保护井下设施的有效方式。另外，在保护油管外套和套管内壁的时候也可以采用井下封隔器，从油管的下端将油管和套管环空密封，避免H2S气体对油管、套管的腐蚀。

3.2 对水泥环柱的防护措施

要保证水泥环柱不被含有H2S气体油气腐蚀，可以在水泥体系中加入上当的二水石膏，二水石膏中含有大量的铝酸盐，铝酸盐能够很好的提升水泥对H2S腐蚀性能，保证水泥的坚硬度。当然，要提升水泥环柱的防腐性能，也可以根据实际情况，适当加入石膏、硅砂、硅粉等物质来提升水泥石抗腐蚀的性能。如此，保证石油开采的有效性和可行性。

4 结语

在油气井开发过程中，硫化氢气体(H2S)是比较常见的一种气体，这种气体不仅对开发设施、井下水泥环等造成相应的腐蚀，还对人体生命安全造成巨大的危险。这种气体的易溶于石油中，相关设施在这种石油的长期浸泡下，很容易发生井下管柱断裂、地面仪表爆破、井口装置失灵等严重事故，直接影响开采活动质量和效率。

参考文献：

[1]张浩然.探析油气开采过程中的安全管理与控制[J].石化技术.2017(06)

[2]赵志明.油气开采技术专业课教学改革的研究[J].辽宁高职学报.2015(11)

[3]郭丽丽，魏传荣，张昆.油气开采企业成本精细化管理探讨[J].化工管理.2014(29)

[4]段瑞溪，王康，李文庆.油气田硫化氢处理技术[J].广东化工.2015(05)

[5]赵德喜，向安，赵东胜.油田硫化氢的危害、成因及其治理方法[J].内蒙古石油化工.2013(05)

作者：周晓玲

第二篇：电化教学在《材料腐蚀与防护》教学改革中的作用

摘要：本文探讨电化教学在《材料腐蚀与防护》教学改革中的作用。结果表明，电化教学有助于激发学生的学习兴趣和积极性，启迪思维，拓宽渠道，获取更多知识，全面提高学生的综合素质，有力地提高《材料腐蚀与防护》教学质量。

关键词：电化教学;材料腐蚀与防护;改革;作用

作者简介：李远会，男，副教授，研究方向为材料表面改性。

《材料腐蚀与防护》是一门以物理化学为基础、与材料学、电化学、冶金，化学、物理、力学、环境学等多门学科交叉渗透的新兴学科。主要介绍材料各类腐蚀的定义、机理、影响因素以及对应的防腐措施等内容。课程理论性、实践性、应用性、综合性强，要求学生既要掌握扎实的电化学腐蚀理论基础，又有较强的分析问题、解决问题的实践能力，以适应社会的需求。[1，2]该课程大三下学期开设，讲授课时数少，内容复杂、陈旧，理论性强，模糊抽象，理解困难。有的学生面临考研准备阶段，对课程学习不重视。电化教学具有知识表达的多样性、交互科学性、反馈性、以及教学管理的开放性、灵活性等突出的特点。[3，4]在这种背景下，电化教学对《材料腐蚀与防护》教学改革有着积极创新的作用。

一、运用电化学教学，激发学生的学习兴趣

电化教学能创设生动、形象、直观、视听结合的教学环境，尤其是新颖性、多样性、生动性、趣味性易吸引住学生的注意力，激发学生的学习兴趣。[5]精心筛选日常生活中的铁锈、铜绿、塑料脆断等腐蚀现象，以形象、直观、生动的“看图识知”方式向学生介绍材料腐蚀现象无所不有，无所不在。学生通过全球著名的腐蚀事件、损失概况图表，腐蚀科技前沿的授课内容，感受到“材料腐蚀现象与社会生活息息相关”，激发学生的学习兴趣。近几年，本专业教师也涉及材料腐蚀与防护领域课题研究，如铝合金微弧氧化、钛合金、不锈钢阳极氧化，不锈钢在磷酸实际生产中的应用，等等，在课堂上演示一些研究成果图片。学生明白材料腐蚀与防护课程的重要性，树立学好、用好《材料腐蚀与防护》课程内容的信心和决心，从而激发对该课程的学习兴趣和求知欲。

二、利用电化学教学，增设课程教学内容，突出重点难点

电化教学能克服时空限制，图形并茂，有声有色，生动形象，调动学生学习主动性和积极性。[6]将图像、文字、声音、动画等信息有机融合，形象生动直观地突出重点、难点、疑点，注重材料学、物理化学等内容有机糅合，不断优化充实教学内容。以用途为目的，按照成分——结构——腐蚀性能主线，将多学科零散的知识点连贯熔融起来，化静为动，化虚为实，化抽象为直观，由表及内，深入浅出，解释疑惑。在讲解典型阳极氧化曲线时，用钛合金阳极氧化实验为例，用虚构不同色彩的球形化分子、原子、离子解释阳极的电化学作用机理，合理解释不同的成分材料会有不同的极化曲线线段，也会表现出不同的宏观腐蚀性能，解决了传统课堂教学无法讲清、难以理解的重点、难点内容，也与金属钝化概念、原理很好地区分开来。在测试金属腐蚀速率实验中，学生能举一反三，抓住重点、难点，由易到难，步步深入，能合理地解释钛合金、铝合金阳极氧化前后在中性溶液中腐蚀速率差异的原因。

三、利用电化教学，提高课程教学质量

电化教学使微观世界宏观化，抽象内容具体形象化，强化巩固所学的专业知识，增加课堂教学感染力，有利于提高课程教学质量。讲解不锈钢晶间腐蚀内容时，用电化教学演示材料熔炼——凝固、固溶——敏化热处理、腐蚀、检测过程。在对应的程序里巧妙地串联冶炼——凝固、热处理、制样、抛光、腐蚀、检测设备以及相关操作步骤和方法内容，用不同色彩的虚构球形化分子、原子或离子间的物理化学作用机理融解于凝固、固溶组织演变、碳化物晶间析出、电化学溶解、破坏过程等重点、难点内容，让人一目了然。学生通过学习材料成分、组织结构、热处理工艺过程等与腐蚀性能之间的关系，巩固所学过《物理化学》、《材料科学基础》、《固态相变及热处理工艺》、《现代材料测试分析方法》课程等专业基础知识，还获取大量无法从课程中直接获取的设备操作方面的知识。学生步步深入，广泛了解腐蚀性能与材料成分——组织——应用内在联系，清晰地认识材料腐蚀与防护跟材料学、物理化学、电化学、冶金学等学科的密切相关，多角度综合分析加以吸取与课程相关学科知识。

四、利用电化教学，全面提高学生的素质

电化教学平台与实验平台相通，加深理解和验证腐蚀与防护的理论知识，逐步培养学生动脑思考，自己解决问题的能力。[7]要培养应用研究型的人才，必须在实验过程中培养其动手能力，分析问题和解决问题的能力。[8]材料科学与工程专业结合教师科研课题，也相继开放《测试金属腐蚀速率》、《不锈钢晶间腐蚀》等综合性实验。还抽调2008、2009级优秀学生参与了不锈钢在含卤素离子磷酸中应用、铝合金、钛合金阳极氧化科研课题。学生能用在电化教学平台上获取的交叉学科知识综合分析电化学腐蚀实验现象，并在教师指导下，通过查阅文献，优化设计成分，冶炼、中间处理，选用新型耐蚀材料，在实践中取得不错的效果。培养了学生用物质运动、变化、发展的观点，主动积极地去获取交叉学科知识和发展智力，有力地培养了学生的观察能力、思维辨证能力、分析解决问题能力和创新能力。也为学生将来学习、就业、工作增添了自信心和竞争力，已有多名学生考入西北工业大学、贵州大学等211高校材料腐蚀与防护方向的研究生。

通过《材料腐蚀与防护》课程电化教学改革，学生能在学时数少的情况下，掌握材料腐蚀概念、机理等重点、难点，开拓获知渠道，吸收消化，发展智力，提高了《材料腐蚀与防护》课程教学质量。同时，促进了电化教学在课程教学改革中创新发展。

参考文献：

[1]冯佃臣等.“金属腐蚀与防护”课程教学改革[J].中国电力教育，2011，(11).

[2]倪世兵等.在“材料腐蚀与防护”教学中谈大学生创新能力的培养[J].中国电力教育，2012，(12).

[3]刘片红.影响电化教学效果的几种因素[J].湖南教育，2008，(3).

[4]李芳英.电化教学在外语教学中的应用[J].山东师范大学外国语学院学报，2003，(3).

[5]乔金德.电化教学在地理教学中的作用[J].青海教育，2008，(1).

[6]宋金玲等.“材料腐蚀与防护”课程教学的思考[J].科教导刊，2011，(15).

[7]马洁等.浅谈“应用电化学”的开设体会[J].首都师范大学学报，2011，(32).

[8]张惠等.材料的腐蚀与防护实践教学探索[J].化学工程与装备，2012，(1).

作者：李远会等

第三篇：输油管道的腐蚀及防护

摘要：我国石油管道运输发展迅速，其经济、节能、环保等优越性明显，钢制管道腐蚀一直是管道泄漏、失效的主要原因，管道的腐蚀与防护直接影响管道的使用寿命和经济效益。本文主要从管道腐蚀的原因及对管道腐蚀进行防护的办法进行分析介绍，期以在输油管道的建设和运行中有一定的指导意义。

关键词： 输油管道;腐蚀与防护;涂层;保护

在油品运输领域，管道运输节能环保高效的特点日益突显。但大多采用无缝钢管、螺旋焊缝钢管和直缝电阻焊钢管材质的输油管道，通过埋地或跨越时架空两种方式敷设，输油管道都会遭到所输油品和周围介质接触发生化学作用或电化学作用等而引起其表面腐蚀。这不仅缩短输油管道的使用寿命，还可能引发油品泄漏等污染环境事故，甚至会因腐蚀而使整条管线失效，笔者过很多管道已运行四十年之久，输油管道的长年运行，因管线腐蚀而引起的经济损失越来越大。研究管道腐蚀发生的原因，以及采取有效的防护措施，有十分重要的实际意义。

1加强输油管道防腐蚀工作的重要性

现阶段，我国的石油、天然气等资源的输送渠道主要依托于远程的埋地管道，它的主要材质为钢材。因为输油管道很多处在比较复杂的地理环境中，其地下的土壤成分不同，且管道输送的物质其腐蚀性存在较大的差异，所以管道的内外壁皆会产生不同程度的腐蚀问题。万一输油的管道遭到严重腐蚀并发生穿孔，甚至断裂的现象，则会引起内部油气能源的泄漏事故，进而中断了运输工程，这样不但会带来严重的能源浪费，而且极大地污染了周围的自然环境，甚至给企业造成巨大的经济损失。所以，对输油管道进行有效地防腐蚀工作显得十分关键。相关的工作人员务要深刻认识我国的输油管道其具体的运输特征与腐蚀的情况，不断摸索管道腐蚀现象的规律，并采用及时可靠的防护手段确保输油管道的有效运行。

2输油管道腐蚀的主要原因

2.1土壤的腐蚀

我国的输油管道大多数都是钢制管道，为了把油输送到我国的各个地方，钢制管道会埋在各种不同类型的土壤、河流、湖泊中，不同环境中的气温、地下水位、杂散电流等都会对钢制管道造成不同程度的腐蚀，就算是在土壤中含水量较少的干旱的沙漠地区，土壤中含盐量的高低、透气性的好坏、土壤的潮湿度以及降雨量的多少都会在短时间内造成钢制管道的腐蚀破坏，钢制管道长期的埋在地下，也会与土壤中的特殊电解质发生电化学反应，这是我国输油管道发生腐蚀的主要原因之一。

2.2施工、设计不当及违法施工造成防腐层破坏

输油管道都需要长时间埋在地下，很容易遭受各种腐蚀，所以施工人员就会在输油管道上加一层防腐层，防腐层是为了防止输油管道与其他介质接触而出现腐蚀现象。输油管道的弯头部位是较特殊的位置，弯头比其他的地方更容易腐蚀，有的设计人员没有重视该问题，所以很多时候输油管道的弯头部位都很容易被腐蚀。现在城市建设越来越发达，许多施工队伍在进行施工过程中，丝毫不会顾及到地下的输油管道，从而导致输油管道的防腐层破坏或者是输油管道损坏，这样大大的加重了输油管道的腐蚀现象。还有不法分子为了偷油，在输油管道上开孔，造成了输油管道的極大损坏，经过抢修封堵盗油点后，施工人员的管道防腐工作如果做得不规范，输油管道也很容易发生腐蚀现象。

2.3输油管道内壁腐蚀

输油管道在运输油的过程中，会遇到一些含有腐蚀性介质的油，就像是原油，原油中含有大量的腐蚀性介质，如果在运输的过程中，输油管道内部的防腐层出现了破损，原油中的腐蚀性介质就会与输油管道发生接触，从而就会造成管道的腐蚀。有时候输送原油的过程中，输油管道的内壁压力会较大，这会导致输油管道防腐层较为脆弱的部位破损加大，而且原油中含有大量的固体颗粒杂质，在运输的过程中，会对输油管道的内壁造成一定的磨损。有的时候输油管道中会含有一些水分，这些水分会与输油管道中的金属和杂质发生反应，从而造成输油管内壁的腐蚀。

3对输油管道进行防护的有效措施

3.1内壁腐蚀的防护

第一，从输油管道的金属材料上入手，选择合适的原材料。

第二，在输油管道内部涂抹一层防腐层或加一层非金属材料，比如乙烯粉层与环氧树脂粉层等。内壁非金属材料可以采用热喷玻璃的防腐工艺，涂层不仅具有很强的耐高温效果，还能够生产不老化的防腐产品。除此之外，采用一些化学药剂或者处理介质的方法，也能降低内壁腐蚀的影响。

3.2外壁腐蚀的防护

外壁防腐可以在金属材料的输油管道表面涂抹一层防腐土层，比如：石油沥青防腐层、熔结环氧粉的防护层、煤焦油的瓷漆防腐层、双层的环氧粉防腐层等，还可以采用烯胶粘带的防护方法，这种胶带具有很强的粘黏性，能够与管道外形成有效接触从而达到防护效果。由于胶带防护的机械性能比较好，并且容易施工、成本费用低，在输油管道外壁防腐中得到广泛应用，并且在粘接性与防腐性方面仍在不断的创新和研究中。

4总结

由于输油管道的腐蚀原因比较复杂，在平常工作过程中，工作人员还需不断总结相关的经验，因地制宜选择最适合的防护措施，以更好地确保我国输油管道的正常运输与资源的有效供应。

参考文献：

[1]田赤勇，陈进殿，李爽. 基于灰色模糊理论的埋地输油管道腐蚀与防护势态综合评判. 管道技术与设备，2005(04).

[2]刘宝明. 如何搞好输油管道的腐蚀与防护. 中国石油和化工标准与质量，2012(08).

[3]刘士庆. 浅析输油管道的腐蚀与防护措施[J]. 中国石油和化工标准与质量，2017，37(19)：76+78

[4]徐国新. 试论输油管线的腐蚀及防护问题[J]. 化工管理，2015，(11)：32.

[5]明士涛，崔斌，淦邦. 油气长输管道杂散电流干扰腐蚀与防护措施[J]. 安全、健康和环境，2016(02).

(作者单位：中石油化工股份有限公司胜利油田分公司清河采油厂)

作者：余江丽