Page 132 - 腐蚀与防护2024年第十一期

刘金璐, 等: 20钢地面管道在多元热流体中的腐蚀行为评估

腐蚀比较严重, 且腐蚀后形成了不同的腐蚀产物膜, 蚀产物的分层现象。对图中腐蚀产物放大后可以发
腐蚀产物膜出现了明显的分层。 现: 腐蚀产物膜下部区域中存在孔洞, 这些孔洞导致
将样品沿横截面切开后, 观察其截面形貌, 结果 了腐蚀坑的形成; 腐蚀产物膜有两种颜色, 代表两种
如图7 所示。在图 7 ( a ) 中可以更清楚地观察到腐 不同的物质, 这两种物质由不同的腐蚀反应产生。

图7 失效管段处腐蚀挂片的截面形貌

Fi g .7 Cross-sectionalmor p holo gy ofcorrosioncou p onatthefailed p i p esection :( a ) lowma g nification ;( b ) hi g hma g nification
2.7 腐蚀原因分析 总反应:
多元热流体是天然气、 柴油或原油、 空气和水在 4Fe+3O 2=2Fe 2O 3 ( 11 )
燃烧室中密闭燃烧后产生的高压混合气体, 主要成 在氧气腐蚀管道的过程中, 随着腐蚀时间的延
、 、 和 H 2O 会参与到 会对管道造成氢腐
分是 CO 2 N 2 H 2O 。其中, CO 2 长, H 2 含量会逐渐增加。 H 2
地面管道的腐蚀反应 [ 19 ] 。在燃烧不完全情况下, 剩 蚀, 长期的氢腐蚀会使管道的力学性能急剧下降。
余的氧气会严重腐蚀地面管道 [ 20 ] 。在多元热流体
中20钢管道先发生了二氧化碳腐蚀, 然后发生氧腐 3 室内试验验证
蚀。 3.1 试验过程

( 1 )二氧化碳腐蚀 为了探究氢腐蚀成因, 选取20钢为试样, 进行
阳极反应: 了动态腐蚀模拟试验 [ 21 ] 。采用控制变量法在不同

2+ - 试验条件下对试样进行腐蚀速率评价, 以评估不同
Fe= Fe +2e ( 2 )
阴极反应: ) 对腐蚀速率的影响程度。试
类型气体( CO 2 和 O 2

( 3 ) 验介质为模拟油田水, 总压为 6 MPa , 温度分别为
CO 2+H 2O=H 2 CO 3

+ - ( 4 ) 40 、 60 、 80 、 100 、 120 、 140℃ , 流速为0.4m / s 、 时间为
H 2 CO 3=H +HCO 3

- + 2- ( 5 ) 24h 。
HCO 3 =H +CO 3
总反应: 共设置5组试验, 包括1组对照组和4组试验
2+ 2- ( 6 ) 组, 各组试验参数的设置如下:
Fe +CO 3 =F eCO 3

正常情况下铁与二氧化碳的反应会到此结束, ( 1 )对照组: 仅采用 N 2 作为试验气体, CO 2 分

但由于井筒中存在氧气, 加之高温环境的影响, 碳酸 压为0MPa 、 O 2 分压为0MPa ;

亚铁会与氧气反应生成疏松多孔的三氧化二铁, 反 ( 2 ) 试验组1 : 采用单一 CO 2 气体, CO 2 分压为

应方程式见式( 7 )。这与化学成分分析中碳元素含 1MPa 、 O 2 分压为0MPa ;

量的测量结果是一致的。 ( 3 )试验组 2 : 采用单一 O 2 气体, CO 2 分压为

( 7 ) 分压为1MPa ;
4FeCO 3+O 2=4CO 2+2Fe 2O 3 0MPa 、 O 2

( 2 )氧腐蚀 分 压 为
( 4 )试 验 组 3 : 采 用 混 合 气 体, CO 2

阳极反应见式( 2 )。 分压为0.8MPa ;
0.2MPa 、 O 2

阴极反应: 分 压 为
( 5 )试 验 组 4 : 采 用 混 合 气 体, CO 2

- -
O 2+2H 2O+4e =4OH ( 8 ) 0.8MPa 、 O 2 分压为0.2MPa 。
-
2+
Fe +2OH =2Fe ( OH ) ( 9 ) 3.2 试验结果
2

( 10 ) 图8为不同试验条件下20钢的腐蚀速率。在
3FeO +H 2O=Fe 3O 4+H 2
· 1 2 ·
4