正航儀器金屬腐蝕后其使用性能
腐燭與防護學(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研究可為石油工業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。腐燭與防護研究在國外是 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海混合卡塔爾沙特輕沙特中沙特重 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。