天然气集输系统硫化氢腐蚀机制与缓蚀技术研究

摘要

普光气田属于国内腐蚀条件最为恶劣的高酸性气田之一，天然气成分中含71.87%～73.51%的甲烷，H2S含量15.48%～16.87%，CO2含量9.14%～10.05%，属于高含H2S、中含CO2的天然气，生产井口压力达30Mpa，集输系统的运行温度为55℃，温度区间处在硫化氢应力腐蚀开裂的敏感温度区域，而且在正常生产运行中，发现了大量硫沉积析出的现象，这给地面集输系统的正常运行和安全生产带来了严重的隐患。普光气田集输系统的管道钢材，为L360抗硫碳钢管材，采用国产和进口产品，集输系统管道内部，没有涂层为裸管，防腐方式目前仅采用加注缓蚀剂的方式，因此，缓蚀剂的现场应用效果好坏，与普光气田集输系统的安全运行密切相关。 本研究根据普光气田主体和大湾区块集输系统缓蚀剂实际使用的情况，针对所存在的问题和进一步提高集输缓蚀剂使用效率和降低成本的要求，开展集输系统硫化氢腐蚀机制与缓蚀剂技术研究十分必要。 取得的成果：在低温（30～60℃）的温度条件下，硫沉积对于L360碳钢的腐蚀具有加速作用；硫沉积腐蚀速度和加速作用和硫-铁的结合方式具有因果关系；腐蚀介质中的硫化氢/二氧化碳的分压，与硫沉积腐蚀的催化作用关系密切；在高酸性条件下，硫沉积在碳钢表面引起的电偶腐蚀作用明显，这种电偶腐蚀的速度和硫-铁结合状态相关；硫沉积对于L360碳钢表面已经形成的硫化亚铁表面膜具有直接的破坏作用；对于已经形成紧密接触的硫-铁的碳钢表面，缓蚀剂的缓蚀作用是非常有限的；大湾预膜缓蚀剂和连续缓蚀剂的整体缓蚀效果稍优于普光主体缓蚀剂的整体效果；普光主体应用的缓蚀剂与大湾应用的缓蚀剂，两种者具有良好的互换性能，呈现正复配效应；普光主体应用的缓蚀剂和大湾应用的缓蚀剂，两者均能够与溶硫剂复配使用，溶硫剂对连续缓蚀剂有轻微的负协同作用，有可能会造成局部腐蚀，但溶硫剂对预膜缓蚀剂则没有明显的负协同作用。

目录

声明

第一章 前言

1.1 研究背景

1.2 高酸性气田集输管网腐蚀及防腐技术现状

1.2.1高酸性气田腐蚀研究现状

1.2.2硫沉积条件下腐蚀的影响因素

1.2.3元素硫腐蚀防护现状

1.3 研究内容及完成情况

1.3.1研究内容

1.3.2完成的主要工作

第二章 实验部分

2.1 集输系统基本参数

2.1.1普光气田采出水组分

2.1.2集输工艺参数

2. 2实验方法

（1）常压高酸性条件试片评价

（2）高压旋转动态腐蚀评价实验

（3）电偶腐蚀试验示意图：

（4）电化学测试

2.3引用实验标准

第三章 硫沉积腐蚀规律、影响因素研究

3.1 L360钢在高酸性条件下硫沉积腐蚀研究

3.1.1 S-Fe接触形式对硫沉积腐蚀规律的研究

3.1.2硫沉积覆盖面积与试片腐蚀的关系

3.1.3不同形态、组成的硫沉积对腐蚀速度及试片形貌的影响

3.1.4高酸性条件硫沉积物腐蚀及试片形态

3.2 试片在高压、高酸性、硫沉积情况的腐蚀

3.2.1高压、高酸性时硫对试片腐蚀的影响

3.2.2 不同包裹状态的含硫物质的沉积腐蚀

3.3 沉积硫催化腐蚀的电化学研究

3.3.1 硫沉积电偶腐蚀

3.3.2电化学极化曲线测试

3.3.3不同形态硫覆盖试片的交流阻抗图谱

3.3.4硫沉积时试片硫化亚铁腐蚀膜电化学测试

3.3.5 X射线能量色散光谱（EDX）分析

第四章 普光主体、大湾缓蚀剂性能及抗硫腐蚀性评价

4.1 普光主体、大湾缓蚀剂的理化性能测试

4.1.1 缓蚀剂的溶解分散性能

4.1.2 普光主体、大湾缓蚀剂对UDS溶剂发泡性的评价

4.1.3 缓蚀剂组分的热失重分析

4.2 硫-铁接触形态的变化对缓蚀性能的影响

4.2.1 悬浮硫粉存在的情况下对缓蚀性能的影响

4.2.2高压、动态、饱和H2S /C02、热涂硫条件下对缓蚀剂性能的影响

4.2.3包裹硫、管道沉积物、沙粒对不同浓度缓蚀剂的性能影响

4.3 普光主体、大湾缓蚀剂互换可行性评价

4.3.1 普光主体、大湾缓蚀剂性能

4.3.2普光主体、大湾缓蚀剂和溶硫剂的配伍性

4.3.3普光主体、大湾缓蚀剂高压动态抗硫防腐性能评价

4.3.4普光主体缓蚀剂和大湾缓蚀剂互换可行性实验

4.3.5进口L360和国产L360腐蚀性能比较

4.4 普光主体、大湾缓蚀剂电化学实验

4.4.1 普光主体、大湾缓蚀剂点电偶腐蚀测试

结论

参考文献

附 录

附录 1 普光主体、大湾区块集输系统硫沉积物质热分析报告

附录 2 普光主体、大湾区块集输系统硫沉积物质的形态

附录 3 实验装置图

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢