《高含H2S濕天然氣管道冷凝液膜環境下的氫滲透機制》是依託北京科技大學，由張雷擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高含H2S濕天然氣管道冷凝液膜環境下的氫滲透機制
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：張雷
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高含硫氣田含H2S濕天然氣管道存在管壁冷凝液膜下的氫致開裂風險，給天然氣安全運輸帶來極大隱患。高含H2S濕氣冷凝液膜下的氫損傷敏感性甚至高於溶液介質中，給管道風險部位評估和壽命預測提出新的挑戰。本課題針對高含H2S濕氣管道內壁冷凝液膜下的氫衍生、氫吸附和氫滲透行為開展研究,利用濕氣腐蝕環境模擬、濕氣滲氫實驗和高含硫氣田現場實驗，研究濕氣冷凝液膜中物理和化學效應對H2S溶解-電離-析氫反應的影響、液膜凝結換熱和物質更新的動態平衡過程對金屬表面氫吸附的影響、濕氣腐蝕引起的液膜微區環境演化及腐蝕產物膜生長過程對氫滲透動力學的影響等問題，著重揭示含H2S濕氣液膜這一特殊環境對鋼鐵表面氫衍生、氫吸附、氫滲透及巨觀氫損傷的本徵影響機制，明確濕氣冷凝液膜下的氫滲透動力學過程和氫損傷風險。為正確評價高含硫氣田濕氣環境中的氫致開裂風險，建立有效判據和理論模型。
結題摘要
為探索高含H2S天然氣管道濕氣冷凝腐蝕下可能引起的開了風險及其背後的深層次科學問題，本項目圍繞濕天然氣輸送過程中H2S在冷凝液膜環境下引起的氫滲透行為，基於H2S既引起腐蝕又造成開裂的特殊性和冷凝液膜環境與溶液環境的差異，一方面將腐蝕和氫損傷兩類材料失效風險結合起來，一方面將液膜環境和近表面腐蝕產物累積形成的物理化學效應結合起來，逐漸認識和澄清了氫衍生、氫吸附和氫滲透的動力學規律和關鍵機制。同時，結合天然氣管道現場監測實驗研究，將理論探索與工程實踐套用結合，為我國高含硫油氣田開發的安全保障奠定了良好的理論基礎。 首先探索了濕氣冷凝液膜的物理和化學效應對H2S溶解、電離和析氫反應等氫衍生過程的影響機制。針對天然氣管道濕氣冷凝液膜凝結換熱與物質更新過程開展了理論分析和實驗研究，構建了濕氣冷凝率和近壁面溫度的計算方法。利用高溫高壓冷凝反應釜，開展了大量濕氣H2S環境下的腐蝕模擬實驗工作，獲得了在巨觀環境條件影響下的含H2S濕氣腐蝕規律，探索了腐蝕產物膜類型差異和覆蓋差異引起的電偶效應。在模擬濕氣冷凝液膜條件下進行腐蝕電化學測試，闡明了濕氣H2S腐蝕的陰極過程及影響因素。 其次探索了含H2S濕氣液膜在冷凝過程中的動態環境特點對鋼鐵表面氫吸附和氫滲透過程的影響機制。獲得了濕氣冷凝條件下的氫滲透規律及氫在鋼鐵表面的吸附情況，通過氫平衡關係進一步關聯H2S腐蝕過程和陰極析氫和滲氫行為。通過氫滲透的原位調製實驗研究，HS-和S2-離子等關鍵毒化劑對氫複合的抑制和氫滲透的促進機制。 再次探索了濕氣H2S腐蝕過程中液膜微區環境演化和腐蝕產物形成對氫滲透控制步驟的影響機制。通過H¬2S氫滲透的原位長周期實驗，研究了腐蝕時域過程對腐蝕規律和氫滲透規律的巨觀影響。對腐蝕初期腐蝕產物快速形成階段的微區環境演化進行了探索，對腐蝕中後期腐蝕產物穩定形成演化進行了系統研究，並基於長期氫滲透監測研究了腐蝕產物演化對氫滲透過程控制步驟的影響。 最後結合川東北高含硫天然氣現場實驗工作，利用緩蝕劑預膜處理的契機，通過氫通量監測探索了濕氣天然氣管道現場腐蝕過程與氫滲透行為的關聯，為研究成果的套用奠定了實踐基礎。 通過逐步探索解決高含H2S濕氣冷凝液膜下的氫滲透和氫致開裂的關鍵科學問題，為高含硫氣田濕氣環境中的氫致開裂風險評價提供理論依據，為合理選擇措施抑制濕氣氫致開裂奠定科學基礎。
