20＃钢在CO2/水气液两相塞状流中的初期腐蚀行为

摘要

本文通过动态管流腐蚀试验装置模拟了石油运输管道的实际腐蚀环境，通过改装实验装备大幅度缩短腐蚀时间，研究了20#钢在CO2/水气液两相塞流环境中初期阶段的腐蚀行为，并全面分析了腐蚀时间、CO2分压、液相流速等实际生产中的环境参数在腐蚀开始阶段对腐蚀行为的影响。采用失重法、SEM、EDS、XRD和XPS等分析技术分析了腐蚀初期的腐蚀行为如腐蚀速率、腐蚀产物微观形貌、腐蚀产物元素含量及腐蚀产物相的组成等。 研究结果表明：腐蚀速率在不同压力条件下均呈现出很高的初始腐蚀速率，腐蚀初期存在明显的腐蚀速率降低过程，处在不同CO2分压下腐蚀速率的差异随着腐蚀时间的延长而逐渐减小；腐蚀产物的沉淀从管壁表面的缺陷处或晶界处开始，腐蚀产物随时间的延长向缺陷四周扩展直至腐蚀产物全部覆盖钢基体，管壁表面最初形成针状腐蚀产物层，而后在其表面逐渐形成絮凝腐蚀产物，管道内部上壁面腐蚀产物的生长过程落后于下壁面，腐蚀产物层中的主要组成相有Fe3C，FeCO3，FeOOH和Fe3O4，并未发现多边形FeCO3晶体。随着腐蚀时间的增加CO2分压对初期腐蚀速率的影响逐渐减弱，腐蚀时间为5min时，腐蚀速率随分压的提高先升高再降低，当CO2分压分别为0.05MPa和0.18MPa时腐蚀速率分别达到最小值（4.85mm/a）和最大值（7.38mm/a），腐蚀1h后，腐蚀速率随分压变化相对不明显，随着CO2分压的增加，腐蚀产物斑逐渐明显，且针状腐蚀产物的密度逐渐增加。腐蚀速率随着流速的提高呈现增加的趋势，腐蚀5min后0.11m/s与0.18m/s的流速下腐蚀速率分别达到最小值（4.85mm/a）和最大值（9.05mm/a），随液相流速的增加，针状腐蚀产物与絮状腐蚀产物逐渐减少，基体表面逐渐由平滑变为粗糙。根据NACE RP-0775-91标准，以上各个条件下的腐蚀速率均大于0.254mm/a，属于极严重腐蚀，经EDS元素分析可知下壁面的腐蚀产物主要由Fe、C、O三种元素构成，XPS分峰图谱显示C1s，O1s和Fe2p均出现了三个拟合电位峰，其中C1s中三个峰值对应于渗碳体（Fe3C）和碳酸铁（FeCO3）中碳的结合能，O1s三个光谱峰分别对应于Fe2O3，Fe3O4和铁氧氢氧化物（FeOOH）中的[OH-]离子，Fe2p中三个峰值对应于Fe2O3、Fe3O4和FeOOH。结合XRD分析结果表明腐蚀产物主要组成相有Fe3C、FeCO3、Fe2O3、Fe3O4、FeOOH。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 前言

1.2.1 电化学反应

1.2.2 CO2腐蚀的影响因素

1.3 两相流流型

1.3.1 两相流及其分类

1.3.2 气液两相流

1.4 国内外对CO2腐蚀研究现状

1.5.1 课题研究意义

1.5.2 课题研究内容

第2章 实验方案设计

2.1 实验材料

2.2 腐蚀介质

2.3 试样的制备

2.4 腐蚀实验装置设计

2.5 实验方法概述

第3章 不同腐蚀时间下20#钢在CO2/水气液两相塞状流中的腐蚀行为

3.1 时间与腐蚀速率关系曲线

3.2 腐蚀产物宏观形貌分析

3.3 腐蚀产物微观形貌分析

3.4腐蚀产物截面形貌分析

3.5 腐蚀产物膜成分分析

3.5.1 XRD分析

3.5.2 EDS分析

3.6 分析与讨论

3.7 本章小结

第4章 不同压力条件下20#钢在CO2/水气液两相塞状流中的腐蚀行为

4.1 CO2分压与腐蚀速率关系曲线

4.2 腐蚀产物宏观形貌分析

4.3 腐蚀产物微观形貌分析

4.4 腐蚀产物截面形貌分析

4.5.1 XRD分析

4.5.2 XPS分析

4.5.3 EDS分析

4.6 分析与讨论

4.7 本章小结

第5章 不同流速条件下20#钢在CO2/水气液两相塞状流中的腐蚀行为

5.1 液相流速与腐蚀速率关系曲线

5.2 腐蚀产物宏观形貌分析

5.3 腐蚀产物微观形貌分析

5.4 腐蚀产物截面形貌分析

5.5.1 XRD分析

5.5.2 XPS分析

5.5.3 EDS 结果

5.6 分析与讨论

5.7 本章小结

结论

参考文献

致谢

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