Водородное охрупчивание металла

Главная опасность сероводородной коррозии заключается не в увеличении скорости коррозии, а в усилении наводораживания стали, которое приводит к охрупчиванию металла и коррозионному (сульфидному) растрескиванию оборудования нефтяных и газовых месторождений.

Теоретическое обоснование сульфидного растрескивания связано с проникновением в металл атомарного водорода, образующегося в ходе катодной реакции. Существует следующее объяснение влияния сероводорода на водородное охрупчивание: 1) молекулы H₂S, адсорбированные на поверхности, разряжаются с образованием атомов водорода

H₂S + ē → H⁰_адс + HS¯_адс

и повышают их концентрацию по сравнению с тем, когда разряду подвергаются только ионы гидроксония Н₃О⁺; часть адсорбированного на поверхности водорода диффундирует в металл и его рекомбинация на внутренних поверхностях приводит к образованию наполненных водородом полостей, воздействующих на железо как внутренние пузырьки: 2Н⁰_адс= Н₂.

Пузырьки Н₂находятся под давлением Р_Н2≈ 1 бар; 2) сероводород переводит торможение процесса электрохимического выделения водорода со стадии разряда ионов водорода на стадию молизации водородных атомов; 3) Н₂Sповышает поверхностную концентрацию атомов водорода и облегчает его проникновение в металл.

Атомарный водород проникает в металл по дефектам, межзеренным границам. В порах, щелях и других коллекторах создаются условия для молизации водорода, так как в замкнутой поре контакт с НS¯ -ионами отсутствует. В результате накопления молекулярного водорода в порах возникают давления, достигающие нескольких тысяч атмосфер, и, как следствие, внутренних напряжений в металле, развивается «водородная хрупкость – сульфидное растрескивание».

4.3. Электрохимическая коррозия (микрогальванокоррозия)

Электрохимической коррозией называется самопроизвольное разрушение металла в результате химического взаимодействия с электролитически проводящей средой. К электрохимической коррозии относятся все случаи коррозии в водных растворах. При электрохимической коррозии разрушение металла происходит под действием возникновения в системе гальванических пар. Электрохимическая коррозия встречается чаще других видов коррозионного разрушения и наиболее опасна для металлов. Электрохимическая коррозия протекает, если между двумя участками металлической конструкции возникает «разность потенциалов».

Причины возникновения разности потенциалов между разными участками металлической конструкции следующие:

1. Контакт двух разных металлов.

2. Неоднородность сплава, из которого изготовлена конструкция.

3. Присутствие примесей, продуктов окисления металлов на поверхности.

4. Неоднородность состава коррозионной среды.

5. Различные механические напряжения.

6. Разница температур.

7. «Блуждающие токи».

Этот тип коррозии широко распространен и может протекать во влажной атмосфере, в растворах или расплавах электролитов: солей, кислот, щелочей. По механизму электрохимической коррозии протекают атмосферная и почвенная коррозии, коррозия грунтовыми, речными и морскими водами. В целом электрохимическая коррозия происходит в электролитной среде под действием внутренних микро- или макрогальванических пар, она встречается во многих технологических процессах; нефтегазопромысловом деле, транспортировки и переработки нефти и газа и многих других.

При электрохимической коррозии на металле одновременно протекают 2 реакции:

Анодная: ионизация атомов металла с переходом в раствор электролита ионов металла

Me → Men+ + nē; Катодная: Ox + nē → Red. Окислитель Восстановл. форма

(4.12) (4.13)

Реакции 4.12 и 4.13 являются сопряженными, связанными между собой балансом электрических зарядов: число электронов, отданных восстановителем-металлом равно числу электронов, принятых окислителем. Следует обратить внимание, что при электрохимической коррозии катион металла связывается не окислителем, а другим компонентом среды, способным сольватировать катионы, например,

Meⁿ⁺ + mH₂O → [Me(H₂O)_m]ⁿ⁺

Meⁿ⁺ + mL → [MeL_m]ⁿ⁺,

где L – молекула или ион лиганда.

По этой причине состав коррозионной среды оказывает существенное влияние на процессы коррозии.