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物理因素造成的CO2 腐蚀的几个因素

  物理因素的影响

  (1)水的润湿性。

  当系统中存在水,且水润湿了钢铁表面时,就会发生CO2 腐蚀。在水与钢铁表面相接触的过程中,CO2 的腐蚀强度随着时间的增长而增加,因此,水的质量分数和水的润湿性能是CO2 腐蚀的重要影响因素。当钢表面是油浸润性时,金属大部分表面为油所覆盖,腐蚀介质不能够到达金属表面,从而使腐蚀速率有所降低;而当钢表面为水浸润性时,则情况就完全相反。乳化液能形成于油/水系统中,如果形成一个油包水(水/油)乳化液,则将阻止或大大降低钢的水润湿性,从而降低CO2 的腐蚀;相反,如果形成水包油(油/水)乳化液,则将发生明显的水润湿作用。在许多油管中,由水/油乳化液向油/水乳化液的转变发生在H2 O的含量为30%~40%(质量分数),根据经验,当H2 O的含量为30%(质量分数)时,通常腐蚀速率明显降低,但也有例外。

  (2)腐蚀膜的特性。

  腐蚀产物的特性明显影响CO2 腐蚀进程。大多数认为腐蚀产物膜阻止了溶液中的物质向金属表面的扩散以及腐蚀产物向溶液中扩散,即阻止了物质的传递过程。腐蚀膜较厚且具有较强的粘附性较致密,就能够有效地阻止物质的扩散;相反,若腐蚀膜松软且粘附性较差,则会引发很严重的局部腐蚀。表面膜的形成能提供保护作用,促进腐蚀或使反应不受控制,这些都与腐蚀产物的性质、形貌及增长规律有关。根据不同的钢种和介质参数,腐蚀膜可由FeCO3 、Fe3 O4 、FeS及合金元素氧化物等不同的物质组成,比例不尽相同。

  (3)蜡。

  蜡在油管中的存在能通过两种相异的方式影响CO2 腐蚀:加剧腐蚀或者阻滞腐蚀。这取决于蜡层性质,并受介质中的流体力学性质、温度及其他物理因素的影响。根据美国收集到的弱酸油管中的数据显示,在厌氧弱酸环境中,蜡层(石蜡)沉积在碳钢表面而将引起严重腐蚀。所提出的腐蚀机理是:CO2 通过蜡层扩散而形成较大的阴极区,因而提高了钢在蜡层不连续处的阳极溶解。一般说来,蜡能提供一定程度的保护,但并不可靠。

  (4)原油。

  目前虽然没有关于原油种类对FeCO3 膜保护性影响的研究报道,但有人认为不同腐蚀介质含量的原油可改变因油水比的差异而形成的腐蚀产物形貌、组成以及产生致密性碳氢化合物的量,从而使FeCO3 钝化膜的形成极不稳定,并促进了局部腐蚀。据报道,水和油对钢表面的竞争性润湿对腐蚀起着重要作用。此外,应注意有些原油也释放天然的腐蚀缓蚀剂,可能降低CO2 引起的腐蚀速率。虽然原油在CO2 腐蚀中起着重要作用,却至今没有得到系统的研究。

  (5)流速。

  一般认为,随着流速的增加,H2CO3 和11+ 等去极化剂能更快地扩散到电极表面,增强阴极去极化作用,从而减轻了对扩散的控制,同时使腐蚀产生的Fe2+ 迅速离开腐蚀金属的表面,因而腐蚀速率增大;此外,流速对腐蚀速率的影响依赖于钢中的含铬量。对于含铬较低的钢,在整个流速范围内,腐蚀速率随着剪切应力的增加而增大。含铬1.02%的钢在剪切应力为150Pa 时具有最大的腐蚀速率,对于含铬0.61%、1.02%和1.4%及所有主要含铬的钢有相似的行为。

  在流动的条件下,当介质中含有气液固三相共存时,就可能在钢管表面产生冲刷腐蚀。因此,研究各种流动状态下的CO2 腐蚀特性,具有重要的实际意义。

  (6)其他因素。

  影响CO2 腐蚀的物理因素除了以上几个外,还包括载荷、时间等。载荷的增加将大大加速碳钢在CO2 溶液中的腐蚀失重,而且连续载荷的作用较间隙载荷的作用明显,将引起更严重的腐蚀。时间因素的影响也是不可忽视的,若用失重法来衡量CO2 的腐蚀速率,在前50h的时间内,腐蚀速率随时间增加而增长;由于形成了保护膜,在50h之后,碳钢的腐蚀速率随时间的增加而减小。


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