正航儀器金屬腐蝕后其使用性能
腐燭與防護(hù)學(xué)科是二十世紀(jì)30年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)綜合性、交叉性學(xué)科，現(xiàn)在成 為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，受到越來(lái)越多的重視并不斷地發(fā)展與完善。金屬的腐燭即：金屬材 料在周?chē)h(huán)境介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用下發(fā)生性能下降、狀態(tài)改變、直至損壞變質(zhì)的一 種現(xiàn)象稱(chēng)。金屬腐蝕后其使用性能顯著降低，不僅危害是金屬本身，更嚴(yán)重的是整個(gè)金 屬設(shè)備因此而受到破壞。據(jù)估計(jì)，全世界每年僅僅因?yàn)楦g而報(bào)廢的金屬量相當(dāng)于金屬 年產(chǎn)量的1/4-1/3。發(fā)達(dá)國(guó)家為解決腐燭問(wèn)題所花的費(fèi)用要占國(guó)民經(jīng)濟(jì)的2-4%,而且逐 年增加。例如：美國(guó)1986年的腐燭損失和防腐費(fèi)用計(jì)為1260億美元：1995年美國(guó)腐蝕 工程師國(guó)際協(xié)會(huì)（NACE international)調(diào)查顯示⑴，美國(guó)每年因腐蝕而受到的經(jīng)濟(jì)損失 已高達(dá)3000億美元，平均每人每年超過(guò)1100美元。而我國(guó)因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失也非 常巨大（2），據(jù)近期的腐燭調(diào)查表明，我國(guó)每年因腐燭造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民生產(chǎn)總值 的4"5%,高達(dá)5000億元人民幣。并且隨石油化工等工業(yè)的發(fā)展，腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失 占國(guó)民生產(chǎn)總值的比例有上升趨勢(shì)。
影響石油管道安全輸送的主要失效形式之一就是腐蝕，在“石油管工程” 中腐燭 控制也占有十分重要的位置。根據(jù)中國(guó)腐燭協(xié)會(huì)、中國(guó)石油協(xié)會(huì)、中國(guó)化工協(xié)會(huì)發(fā)布的 資料，在石油和石化行業(yè)，70%的失效和腐燭有關(guān)。油氣田的腐燭事故常常造成重大經(jīng) 濟(jì)損失，幾乎每年都會(huì)發(fā)生因管道而導(dǎo)致的災(zāi)難性事故以及環(huán)境污染，特別是石油天然 氣管道。例如，1988年英國(guó)阿爾法海洋平臺(tái)因腐燭破壞而發(fā)生爆炸，166人死亡，并導(dǎo) 致北海油田當(dāng)年減產(chǎn)12%; 1971年5月，威成天然氣管線受到腐燭而破裂，最終導(dǎo)致 爆炸燃燒，直接損失達(dá)7000萬(wàn)元；1984年10月26日，俄羅斯北部Usinsk地下輸油管 線多處腐燭破裂而造成大量原油泄露，環(huán)境受到污染嚴(yán)重。我國(guó)每年用于石油管材的費(fèi) 用上百億。據(jù)估計(jì)，防腐蝕技術(shù)使用得當(dāng)，腐燭損失中的的3(M0%可以是可以避免的。 可見(jiàn)加強(qiáng)腐燭與防護(hù)研究可為石油工業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。腐燭與防護(hù)研究在國(guó)外是 一個(gè)很興盛的行業(yè)。美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE)主辦的每年一度的國(guó)際性腐燭會(huì)議 中，約6000名代表出席，300余家廠商展出，500余篇宣讀論文和200多個(gè)專(zhuān)題討論會(huì)。 研究較為活躍和較受重視的研究領(lǐng)域之一便是石油工業(yè)腐蝕問(wèn)題。許多分會(huì)場(chǎng)的主席都 是由大石油公司和油田服務(wù)部的專(zhuān)家擔(dān)任。NACE1998中，150余篇報(bào)導(dǎo)石油工業(yè)領(lǐng)域 腐蝕問(wèn)題的研究結(jié)果，其中大石油公司的論文占很高的比例。西方國(guó)家的大石油公司由 于資金雄厚，多數(shù)都有自己專(zhuān)門(mén)從事腐燭研究的機(jī)構(gòu)。
另外，根據(jù)美國(guó)對(duì)腐蝕破壞事故的調(diào)查結(jié)果（1968-1971)（4）：在由于腐燭所造成的 破壞和損失當(dāng)中，腐燭、腐燭疲勞、應(yīng)力腐燭破壞事故所占比例較髙。其中應(yīng)力腐 燭開(kāi)裂約占所有腐燭事故的19%。且應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的特征是幾乎沒(méi)有金屬宏觀體積上的 塑性變形。這就使得應(yīng)力腐燭的破壞事先不易察覺(jué)，且破壞形式嚴(yán)重，成為眾多工業(yè)中 的設(shè)備的較危險(xiǎn)的損傷之一。在濕潤(rùn)硫化氧環(huán)境中的硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂較早是油井用 鋼管的SSCC,時(shí)間可追述到1925年美國(guó)的石油和天然氣開(kāi)釆。之后在日本也發(fā)現(xiàn)了液 化石油氣C罐的硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂問(wèn)題。隨著硫化物應(yīng)力腐燭問(wèn)題在石油的幵釆、煉 制、jit存過(guò)程中不斷暴露，對(duì)硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的研究也不斷深入。
另一方面，全世界原油開(kāi)采己有100多年的歷史。到目前為止，含硫原油和高含硫 原油的產(chǎn)量已占世界原油總產(chǎn)量的75%,其中硫含量在1%以上的原油占世界原油總產(chǎn) 量的55%以上，硫含量在2%以上的原油占30%以上（5）。國(guó)際上多把含硫量大于2%的原 油稱(chēng)為高硫原油（6），而把含硫量在0.5～2.0%的原油稱(chēng)為含硫原油。一般說(shuō)來(lái)，含硫量 在1%以上的原油在加工過(guò)程中就會(huì)引起嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題，所以在行業(yè)內(nèi)部又把含硫量 在1%以上的原油泛稱(chēng)為高硫原油(7)。典型含硫原油的含硫情況如表1.1所列[81。
表1.1典型含硫原油的硫含量 Tab. 1.1 Sulfiir content of typical crude oil
勝利伊朗輕伊朗重阿曼伊拉克輕北?；旌峡ㄋ柹程剌p沙特中沙特重 含硫量 / % 1.00 1.35 1.78 1.15 1.95 1.23 1.42 1.75 2.48 2.83
近些年，全球經(jīng)濟(jì)繼續(xù)保持較快增長(zhǎng)，全球石油石化工業(yè)總體保持良好的發(fā)展趨勢(shì)。 亞太地區(qū)，特別是中國(guó)在全球石化工業(yè)中的地位和作用日益突出，煉油能力占全球的 8%、約占亞太地區(qū)的30%左右。2007年以后，隨著俄羅斯油以及其它進(jìn)口原油比例的 增大，國(guó)內(nèi)原料油中的硫含量和酸值都會(huì)隨之增高，而國(guó)內(nèi)的大多數(shù)煉油裝置都會(huì)不適 應(yīng)這種變化而出現(xiàn)比較嚴(yán)重的設(shè)備腐燭問(wèn)題。因此，有必要針對(duì)這種趨勢(shì)對(duì)裝置中可能 會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重腐燭進(jìn)行確認(rèn)，并采取響應(yīng)的措施來(lái)緩解腐燭。隨著我國(guó)煉油業(yè)煉油能力逐 漸增長(zhǎng)，高含硫油加工量的迅速增加，一些煉廠的設(shè)備、管道的腐蝕明顯加劇。以我國(guó) 某煉廠為例：本人所在課題組與該公司合作參與大型石油煉制設(shè)備的腐蝕診斷，一年半 時(shí)間累積腐蝕案例約30起，約有1/4的案例為應(yīng)力腐燭開(kāi)裂引起；而該公司主要煉制高 含硫原油的新區(qū)建成以來(lái)，短短幾個(gè)月便發(fā)生多起腐蝕案例。由加工高硫油所引起設(shè)備 腐燭問(wèn)題的解決也就顯得尤為重要。