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)展起來的一門綜合性、交叉性學(xué)科，現(xiàn)在成 為一門獨立的學(xué)科，受到越來越多的重視并不斷地發(fā)展與完善。金屬的腐燭即：金屬材 料在周圍環(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。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)重的是整個金 屬設(shè)備因此而受到破壞。據(jù)估計，全世界每年僅僅因為腐蝕而報廢的金屬量相當(dāng)于金屬 年產(chǎn)量的1/4-1/3。發(fā)達(dá)國家為解決腐燭問題所花的費用要占國民經(jīng)濟(jì)的2-4%,而且逐 年增加。例如：美國1986年的腐燭損失和防腐費用計為1260億美元：1995年美國腐蝕 工程師國際協(xié)會（NACE international)調(diào)查顯示⑴，美國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1100美元。而我國因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失也非 常巨大（2），據(jù)近期的腐燭調(diào)查表明，我國每年因腐燭造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國民生產(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 占國民生產(chǎn)總值的比例有上升趨勢。
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)中國腐燭協(xié)會、中國石油協(xié)會、中國化工協(xié)會發(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年英國阿爾法海洋平臺因腐燭破壞而發(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。我國每年用于石油管材的費 用上百億。據(jù)估計，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。 可見加強腐燭與防護(hù)研究可為石油工業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。腐燭與防護(hù)研究在國外是 一個很興盛的行業(yè)。美國腐蝕工程師協(xié)會（NACE)主辦的每年一度的國際性腐燭會議 中，約6000名代表出席，300余家廠商展出，500余篇宣讀論文和200多個專題討論會。 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)腐蝕問題。許多分會場的主席都 是由大石油公司和油田服務(wù)部的專家擔(dān)任。NACE1998中，150余篇報導(dǎo)石油工業(yè)領(lǐng)域 腐蝕問題的研究結(jié)果，其中大石油公司的論文占很高的比例。西方國家的大石油公司由 于資金雄厚，多數(shù)都有自己專門從事腐燭研究的機構(gòu)。
另外，根據(jù)美國對腐蝕破壞事故的調(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 燭開裂約占所有腐燭事故的19%。且應(yīng)力腐蝕開裂的特征是幾乎沒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，且破壞形式嚴(yán)重，成為眾多工業(yè)中 的設(shè)備的較危險的損傷之一。在濕潤硫化氧環(huán)境中的硫化物應(yīng)力腐蝕開裂較早是油井用 鋼管的SSCC,時間可追述到1925年美國的石油和天然氣開釆。之后在日本也發(fā)現(xiàn)了液 化石油氣C罐的硫化物應(yīng)力腐蝕開裂問題。隨著硫化物應(yīng)力腐燭問題在石油的幵釆、煉 制、jit存過程中不斷暴露，對硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的研究也不斷深入。
另一方面，全世界原油開采己有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）。國際上多把含硫量大于2%的原 油稱為高硫原油（6），而把含硫量在0.5～2.0%的原油稱為含硫原油。一般說來，含硫量 在1%以上的原油在加工過程中就會引起嚴(yán)重的腐蝕問題，所以在行業(yè)內(nèi)部又把含硫量 在1%以上的原油泛稱為高硫原油(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，全球石油石化工業(yè)總體保持良好的發(fā)展趨勢。 亞太地區(qū)，特別是中國在全球石化工業(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，國內(nèi)原料油中的硫含量和酸值都會隨之增高，而國內(nèi)的大多數(shù)煉油裝置都會不適 應(yīng)這種變化而出現(xiàn)比較嚴(yán)重的設(shè)備腐燭問題。因此，有必要針對這種趨勢對裝置中可能 會出現(xiàn)嚴(yán)重腐燭進(jìn)行確認(rèn)，并采取響應(yīng)的措施來緩解腐燭。隨著我國煉油業(yè)煉油能力逐 漸增長，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 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 時間累積腐蝕案例約30起，約有1/4的案例為應(yīng)力腐燭開裂引起；而該公司主要煉制高 含硫原油的新區(qū)建成以來，短短幾個月便發(fā)生多起腐蝕案例。由加工高硫油所引起設(shè)備 腐燭問題的解決也就顯得尤為重要。