Einführung in die Korrosion von Öl- und Gas-Metallrohrleitungen

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Einführung in die Korrosion von Metallpipelines für Öl und Gas 1. Überblick Bei der Öl- und Gasförderung und dem Transport umfasst die Korrosion von Metallpipelines zwei Aspekte, nämlich innere Korrosion und äußere Korrosion. Es gibt viele Faktoren, die die Korrosion innerhalb und außerhalb des Rohrs beeinflussen. Bei der Erdölraffinierung beispielsweise sind die Korrosion von CO2 und H2S, die Bodenart, die Luftdurchlässigkeit, die Leitfähigkeit, der Gehalt an löslichen Salzen und der pH-Wert in erdverlegten Rohrleitungen Faktoren, die Korrosion verursachen. 2. Korrosionsmechanismus von Metallrohrleitungen 2.1 Korrosionsmechanismus von CO2 Trockenes CO2 korrodiert Stahl bei normaler Temperatur nicht. Das von Kohlenstoffstahl in trockenem CO2 gebildete Oxid besteht hauptsächlich aus Fe3O4 oder einer kleinen Menge Fe2O3. Wenn die Temperatur höher als 110 °F ist, enthalten die Oxidschichten Fe3O4 und Fe2O3 in Kontakt mit der Stahloberfläche FeO. Es wird allgemein angenommen, dass die Wachstumsrate dieses Oxids die Diffusion von Sauerstoffionen auf dem Oxidfilm steuert. Die Feuchtigkeit in CO2 beträgt etwa 1000 ppmH2O. Wenn die Luftfeuchtigkeit 100℉ beträgt, kommt es zu einer beschleunigten Korrosion von Stahl. Der Mechanismus ist: Kohlenstoff lagert sich auf dem Oxidfilm ab und CO wird freigesetzt, was schließlich zum Bruch des Films führt. 3Fe + 2CO2 = Fe3O4+ 2C (1) 3Fe + 4CO2 = Fe3O4+ 4C (2) CO2 reagiert in Wasser unter Bildung einer schwach dissoziierten Säure: CO2+ H2O ≒ H2CO3 ≒ H+ + H+ CO3- Wenn der pH-Wert der Umgebung sinkt, steigt die Eisenkorrosionsrate. Bei normaler Temperatur ist das Endprodukt der Korrosion zwischen Eisen und CO2/H+: Fe + H2CO3 = FeCO3 + H2 ↑ (3) Eisencarbonat ist kein guter Schutzfilm und kann Lochfraßkorrosion verursachen. Wenn CO2 eine Temperatur von 40 °C, 1 Atmosphäre und einen pH-Wert von 4 aufweist, ist die wässrige CO2-Lösung bei gleichem pH-Wert korrosiver als die stark saure Lösung. Da der pH-Wert die tatsächliche Wasserstoffionenkonzentration widerspiegelt, spiegelt er die Gesamtmenge der verfügbaren Säure wider. Der pH-Wert schwach ionisierender Säuren entspricht nur einem Teil der sauersten Ionisation. Eine andere Erklärung ist das: Undissoziierte Kohlensäure katalysiert die Reaktion (3). Die Freisetzung von Wasserstoff und die Reaktion von Zwischenprodukten sind wie folgt: Fe + H2CO3 = Fe(HCO3)2+ 2H2 ↑ (4) Experimente zeigen, dass die Reaktionsgeschwindigkeit bei Temperaturen unter 60 °C durch die Geschwindigkeit der CO2-Hydrolyse zur Bildung von Kohlensäure oder die Geschwindigkeit der CO2-Diffusion zur Metalloberfläche gesteuert wird. Wenn die Temperatur höher als 60 °C ist, bildet sich auf der Metalloberfläche eine Eisenkarbonat-Zunderschicht, und die Korrosionsrate wird durch den Stofftransportprozess durch die Zunderschicht beeinflusst. 2.2 Korrosion von H2S und gelöstem Sauerstoff H2S löst sich in Wasser und bildet nach der Auflösung eine schwache Säure, deren Auswirkungen schwerwiegender sind als die von CO2. H2S kann bei hochfestem Stahl eine natürliche Versprödung verursachen, d. h. Sulfidspannungsrisse, eine Form der Wasserstoffversprödung. Wenn die H2S-Konzentration im Wasser weniger als 0,1 ppm beträgt und der Partialdruck weniger als 0,001 Atmosphären beträgt, kann es zu Spannungsrissen bei der Vulkanisation kommen. Mit zunehmender H2S-Konzentration und zunehmender Belastung nimmt der Schaden ab. Denn wenn die Temperatur höher als 180℉ (82-22℃) ist, kommt es nicht zu Vulkanisationsspannungsrissen. Daher ist die Aufrechterhaltung hoher Temperaturen eine wirksame Möglichkeit, diese Art von Rissbildung zu verhindern. Brüche können auch dadurch vermieden werden, dass nach Möglichkeit niedrigfester Stahl verwendet wird. Im Wasser gelöster Sauerstoff ist die Hauptursache für Korrosion in Wasserspeichersystemen. Stahlkorrosion sollte sein: 2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe2+ + 4OH- =2Fe(OH)2↓ (5) Zusätzlich zur Korrosion der Rohrleitung im Wassereinspritzsystem führt es auch zu einer Verstopfung der Rohrleitung. Die Hauptkontrollmethode besteht in der Verwendung eines Vakuumentgasers und -reinigers zur Entfernung von Sauerstoff. Verwenden Sie einen Entgaser, um die Sauerstoffkonzentration auf 0,3 ppm zu reduzieren, und entfernen Sie den restlichen Sauerstoff mit einem Reiniger, normalerweise Natriumsulfat oder dem Dehydratisierungsmittel N2H4. Die Reaktionsformel lautet wie folgt: O2 + Na2SO3 = Na2SO4 (6)N2H4 + O2 = 2H2O Die Reaktionsgeschwindigkeit von Na2SO3 und O2 ist bei Raumtemperatur langsam. Bei der Reaktion mit anderen chemischen Stoffen beschleunigt sich die Reaktionsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur. Das heißt, der Katalysator kann die Reaktionsgeschwindigkeit von Sauerstoff- und Sulfidionen beschleunigen. Wenn H2S und CO2 gleichzeitig im Wassereinspritzsystem vorhanden sind, wird die Korrosion verstärkt, da CO2 die ursprüngliche Eisensulfid-Schutzschicht zerstört. Sauerstoff kann Eisenionen (Fe2+) zu Eisenionen (Fe3+) oxidieren. Bei einem pH-Wert >4 wird die Reaktion durch die Ausfällung von Eisenhydroxid beschleunigt. Wenn die Reaktion nicht auf der Metalloberfläche stattfindet, müssen mehr Fe2+-Ionen in die Lösung gelangen, um das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten.: normale Situation: Fe ≒ Fe2+ + 2e (7) Wenn Fe2+ ≒ Fe3+ + 2e (8), dann erhöht Fe ≒ Fe2+ + 2e immer die Korrosion. Wenn genügend Sauerstoff im Wasser vorhanden ist, kann es auf der Metalloberfläche einen Niederschlag von 2Fe(OH)3 bilden, der eine Schutzfunktion übernimmt. Wenn eine angemessene Menge an Cl- (Chloridionen) im Wasser vorhanden ist, stört dies die Bildung dieses Schutzfilms und führt zu einer anhaltenden Korrosion. Wenn zwischen zwei verschiedenen Bereichen desselben Systems ein Unterschied in der Sauerstoffkonzentration besteht, tritt Korrosion dort auf, wo die Sauerstoffkonzentration am niedrigsten ist, beispielsweise an der Grenzfläche zwischen Wasser und Luft, wo die Lücke am offensichtlichsten ist.