双相钢的单质硫腐蚀机制研究

The metal materials are liable to corrosion in the presence of deposited sulfur during operation in the oil and gas field. For safe production of oil and gas, it is of importance to investigate the corrosion mechanism in the presence of elemental sulfur. In this subject, by means of ESEM, TEM, EXAFS and elechetrochemical experiment, the microstucture, composition, valence and electronic structure, and the procedure of sulfur decomposing the passvating film are investigated. The oxiding and migrating of elements in the interface of S/metal and duplex phases are analysed. Therefore, the corrosion mechanism of metal in the presence of elemental sulfur is explained. This research is helpful guiding the corrosion and protection of materials in oil and gas field.

在高含硫油气田服役的各种设备材料均存在沉积硫腐蚀的问题，深入研究油气田环境中的单质硫腐蚀机制及防护技术对于保障油气资源的安全开发具有重要的意义。本项目通过ESEM、TEM、EXAFS以及电化学试验等手段研究单质硫破坏表面钝化膜并腐蚀金属的动态演变过程，以及硫化腐蚀产物的结构、成分、价电子结构等，分析硫/金属基体以及双相组织界面上元素的氧化和迁移过程，阐释金属双相材料的单质硫腐蚀机制，为高含硫油气田的腐蚀与防护提供理论指导。

本项目针对高含硫油气环境中沉积硫腐蚀问题，通过对2205双相不锈钢在单质硫中进行腐蚀试验，并对腐蚀产物的形貌和成分进行分析，进一步分析单质硫腐蚀对不锈钢的反应过程和腐蚀机制，并分析讨论了单质硫腐蚀的影响因素。试验结果表明，单质硫对2205双相不锈钢的腐蚀过程是在较高温度下单质硫与水反应转化成H2S，然后H2S破坏钝化膜并进一步腐蚀金属，腐蚀机制本质上是H2S腐蚀；试验温度在低温和高温下对单质硫腐蚀的影响有所不同，这主要是由于温度对单质硫与水反应的影响造成的；Cl-的存在会促进单质硫的腐蚀，是由于Cl-与H2S在腐蚀过程中协调作用，相互促进；在较短的时间范围内，试验时间对单质硫腐蚀的影响不明显；本文采取的原位试验方法未能清晰研究单质硫破坏不锈钢钝化膜的动态过程，还需寻求更好的试验方法达到试验目的。通过本项目的研究，进一步探讨了单质硫腐蚀的机制，对油气田的腐蚀与防护具有指导意义。