硫化氢在油气田生产中的危害及防护

硫化氢在油气田生产中的危害及防护

何玲玲陈平郑展

长庆油田分公司第一采气厂陕西省靖边县718500

摘要：通过对硫化氢的物理化学特性、腐蚀机理的分析研究，针对在油气田勘探、开发过程中硫化氢对人员和生产设备的危害，提出了生产现场硫化氢危害的防护措施。

关键词：油气田硫化氢腐蚀防护

在油气田勘探、开发过程中，由于硫化氢气体的存在，对现场作业人员、周边群众和生产设备安全造成极大的危险。最近几年来，在含硫化氢油气田勘探、开发过程中，时常会发生人员中毒的事件，以及生产设备设施腐蚀爆裂刺漏事故。因此，通过研究硫化氢的物理化学特性、腐蚀机理来杜绝减少硫化氢在油气田勘探、开发过程中的安全隐患，就显得十分重要。

一、硫化氢的物理化学特性

硫化氢，分子式H2S，为无色、有“臭皮蛋”气味的有毒气体，熔点：－82.9℃，沸点：－61.8℃，相对密度（空气=1）：1.19，爆炸下限：4.3%，爆炸上限45.5%，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高温能引起燃烧爆炸。与浓硝酸、发烟硝酸或其它强氧化剂剧烈反应，发生爆炸。硫化氢比空气重，能在较底处扩散致相当远的地方，遇明火迅速引着回燃。另外，它易溶于水，易溶于甲醇、乙醇类和石油溶剂以及原油中。

二、硫化氢的危害

2.1硫化氢对人员的危害

硫化氢是强烈的神经毒物，侵入人体的主要途径是呼吸道、消化道、皮肤。硫化氢对粘膜有强烈的刺激作用，硫化氢对粘膜的局部刺激作用是由接触湿润黏膜后分解形成的硫化钠以及本身的酸性所引起。由于人的中枢神经对缺氧最敏感，因而首先受到损害的就是人的中枢神经。人若吸入硫化氢70～150毫克/立方米/1～2小时,出现呼吸道及眼刺激症状：流泪、眼痛、畏光、视物模糊和流涕、咳嗽、咽喉灼热，吸2～5分钟后嗅觉疲劳,不再闻到臭气，变得麻木；若吸入毫克/立方米/1小时，6～8分钟出现眼急性刺激症状，稍长时间接触引起肺水肿。吸入760毫克/立方米/15～60分钟，发生肺水肿、支气管炎、肺炎，出现头晕、头痛、恶心、呕吐、晕倒、乏力、意识模糊等症状；若吸入1000毫克/立方米/数秒之内，很快出现急性中毒，突然昏迷，导致呼吸、心跳骤停，发生闪电型死亡。高浓度接触眼结膜会发生水肿和角膜溃疡。而低浓度长期接触，会引起神经衰弱综合症和植物神经功能紊乱等。另外，由于H2S气体相对体积质量较高，泄漏的H2S气体聚集在地势较低的地方不易扩散，更易致人中毒。

2.2硫化氢对生产设备的危害

硫化氢溶于水形成弱酸，对金属的腐蚀形式有电化学失重腐蚀、氢脆和硫化物应力腐蚀开裂，以后两者为主，一般统称为氢脆破坏。氢脆破坏往往造成井下管柱的突然断落、地面管汇和仪表的爆破，井口装置的破坏，甚至发生严重的井喷失控或着火事故。

干燥的硫化氢对金属无腐蚀破坏作用，硫化氢只有溶解在水中才具有腐蚀性。在油气开采中，与CO2和O2相比，硫化氢在水中的溶解度最大，硫化氢一旦溶于水便立即电离而呈酸性

硫化氢在水中的离解反应为：H2SH+HS

HSH+S

释放出的氢离子是强去极化剂，极易在阴极夺取电子，促进阳极铁溶解反应而导致钢铁的全面腐蚀。H2S水溶液在呈酸性时，对钢铁的电化学腐蚀过程人们习惯用如下的反应式表示：

阳极反应?Fe-2eFe

阴极反应2H+2eH(钢中扩散)+HH↓

阳极反应的产物Fe+SFeS↓

式中：H——钢表面上吸附的氢原子；

H——钢中吸收的氢原子。

阳极反应生成的硫化铁腐蚀产物，通常是一种有缺陷的结构，它与钢铁表面的黏结力差，易脱落，易氧化，它电位较低，于是作为阴极与钢铁基体构成一个活性的微电池，对钢基体继续进行腐蚀。

H2S水溶液对钢材电化学腐蚀的另一产物是氢。被钢铁吸收的氢原子，将破坏其基体的连续性，从而导致氢损伤。在含H2S酸性油气田上，氢损伤通常表现为硫化物应力开裂、氢诱发裂纹和氢鼓泡等形式的破坏。

钢在含H2S溶液中的腐蚀过程分三步骤(如图)：

①氢原子在钢表面形成和从表面进入。

②氢原子在钢基体中扩散。

③氢原子在缺陷处富集。

实际工程上使用的钢材都存在着缺陷，如面缺陷(晶界、相界等)、位错、三维应力区等，这些缺陷与氢的结合能力强，可将氢捕捉陷住，使之难以扩散，便成为氢的富集区。富集在陷井中的氢一旦结合成氢分子，积累的氢气压力很高，于是促使钢材脆化，局部区域发生塑性变形，萌生裂纹最后导致开裂。

三、油气田设备的硫化氢防护措施

3.1提高生产设施的防腐等级

无论是钻井、开采、作业、集输等各个生产环节，与含硫化氢介质接触的生产设施等要根据生产环境的实际情况提高防止H2S腐蚀的强度等级，如选用材质优良、内壁有专门的防腐涂层设备设施；定期对设备设施添加缓蚀剂来延缓管壁的腐蚀；设置阴极保护。

硫化氢介质引起的腐蚀是一个复杂的过程，受多种因素的交互影响，发生的腐蚀形态也很多，为了取得较好的防腐蚀效果，必须综合采用多种保护方法。

3.2设计合理，工艺可靠

如果某个生产环节或某个生产区域，油气中的H2S或总硫含量较高或处理量较大时，必须加强油气脱水和设计脱硫装置，对油气进行预处理，消减或避免对后续环节的再腐蚀和毒害。

3.3防护设施齐全，防护措施到位

针对油气生产的不同环节，设备的配备和安全措施应有所不同，钻井作业要加强防井喷、H2S气体外泄等的预防，就有必要加强局部工作区域的强制通风，现场设置H2S检测仪器和报警器、风向标，定期检测生产现场H2S浓度，现场配备正压式空气呼吸器等；油气处理站须现场设置H2S检测仪器和报警器、风向标，现场配备正压式空气呼吸器等。另外，H2S环境作业施工人员必须进行硫化氢基本知识和防护急救知识的培训并且考核合格，确保作业施工人员能够在施工作业过程中能避免硫化氢危害或发生硫化氢泄漏时能够进行自救。

3.4制定完善的应急预案

所有施工作业前，必须根据生产情况，组织生产、设备、安全等有关部门，制定施工前安全施工方案；制定施工期和施工中的硫化氢检测记录制度；制定施工过程中发生硫化氢泄露时生产现场险情控制、人员撤离、人员急救等一套完善的应急预案。施工方案和应急预案中要求在施工作业过程中必须严格落实执行，相关施工人员必须得到培训且考核合格。

四、结束语

石油天然气中的硫化氢气体是客观存在的，而且对人员和生产设备设施的危害也是十分严重的，但是我们只要掌握了它的物化特性和腐蚀机理，通过制定一套完整的硫化氢防护措施和管理制度，并在生产作业过程中，严格落实执行，硫化氢的危害是完全可以避免的。