天然气管线钢二氧化碳腐蚀速率预测模型进展

换等； 另 一 方面 ， 高 估腐蚀 速 率会 影响 管道 建设 经济
性。
在 天然 气 的开 采 和运 输 过 程 中 ， Ｃ Ｏ 腐 蚀 一 直
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６一ｌ １ — ０ ７； 修 回 日期 ： ２ ０ １ ７— ０ ５—２ ０
・
Ｂ ０ｌ ・
第３ ７卷
第８ 期
１ 概述
腐 蚀 速率 准确 预测 是在 天然 气管 道工 程设 计 中 需 要考 虑 的重 要 因素之 一 。腐蚀 速率 模 型通 常影 响 到 管道 材 料选择 、 腐 蚀裕 量计 算 、 管道 直 径 以及 运 营 计划 ， 其 中包括 腐 蚀 缓 释 、 检 测 及 监 控 技 术 的选 择 。 低 估腐 蚀 速率 会带 来 管 道 失 效 ， 引起 健 康 安 全 环 境
学反 应机 理 ， 物质 输运 过 程等 。天 然 气管线 钢二 氧化 碳腐 蚀速 率预 测模 型主 要 分为 ３种 类型 ： 经验
或半 经验模 型 、 机 理模 型 、 广 义机 理 模 型。
关键 词 ： 二 氧化碳 ； 腐 蚀速 率 ； 预 测模 型 ； 机理 模 型 中 图分类 号 ：Ｔ Ｕ ９ ９ ６ ． ７ 文献 标 志码 ：Ｂ 文章编 号 ：１ ０ ０ ０— ４ ４ １ ６ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ８— ０ Ｂ ０ １ — ０ ７
２
二
Ｈ ２ Ｃ Ｏ ３ （ ａ ｑ ） 一 Ｈ Ｃ Ｏ （ ａ ｑ ）＋Ｈ （ ａ ｑ ）
⑧
ＨＣ ０ ３ － （ ａ ｑ ）＋ｅ 一
ｃ Ｏ 一 （ ａ ｑ ）＋ ⑨
÷Ｈ １ （ ｇ ）
：
ｃ ａ —
：
。
一
（ ３ ３ ）
②
阳极反应
Ｈ Ｃ ０ ３ － （ ａ ｑ ） 一 ｃ ｏ ； 一 （ ａ ｑ ） ＋ Ｈ （ ａ ｑ ）
的破坏 和重 大 财产 损失 ， 其 中包 括生 产 中断 、 设 备 更
与 钢材 基体 界面 之 间化学 反应 动力学 。假 设在 较稀 溶 液 中物质 的活 度都 是 均 匀分 布 的 ， 对含有 Ｃ Ｏ 天 然 气管 道该 假设 相 对 比较 合 理 ， 也 简化 了数 学 模 型 表 达关 系式 。溶 液 中各离 子浓 度根据 平衡 常数 与体
④
Ｆ ｅ “（ ａ ｑ ）＋ ２ ｅ 。 － 。 ＂ Ｆ ｅ （ Ｓ ）
⑩
上 述 电化 学 反 应 是 总 的反应 方 程 式 ， 每个 反 应
糍
瓦 ＝ ｃ （ Ｏ Ｈ一 ， ａ ｑ ） Ｃ （ Ｈ ， ａ ｑ ）
式中 Ｋｃ ０ ——ｃ ０ 溶解 平衡 常数
（ ４ ）
第３ ７卷
第 ８期
煤 气 与 热 力
ＧＡＳ ＆ ＨＥＡＴ
Ｖｏ ｌ ＿ ３ ７ Ｎｏ ． ８ Ａｕ ｇ．２０１ ７
２ ０ｌ ７年 ８月
・
燃 气 输 配 与储 运 ・
天 然 气 管 线 钢 二 氧化 碳 腐 蚀 速 率 预 测模 型进 展
龚智 力 ， 彭世 尼 ， 黄 小美 ， 高兰 周
（ 重庆 大学 城 市建设 与环境 工程 学院 ，重庆 ４ ０ ０ ０ ４ ５ ）
摘 要： 阐述 二氧 化碳 水化 学反 应 、 二氧 化碳 腐 蚀 电化 学机 理 、 扩散 传 质 过 程及 二 氧 化碳 腐
蚀数 学模 型研 究进展 ， 讨 论二 氧化 碳 腐蚀过 程 中物理 化 学过 程与 腐蚀速 率 的 关 系， 包括化 学 与 电化
采环 境越 来越 苛 刻 ， 这些 腐 蚀 模 型 预 测对 于高 温 高 压腐 蚀环 境 已不适 用 。基于 在腐 蚀过 程 中物 理 化学
理解 的进 步 ， 近２ ０年提 出 了包括 不 同腐 蚀 条件 及反
Hale Waihona Puke 应过 程计算 模 型 。
２ Ｃ Ｏ ， 腐蚀机理研 究
２ ． １ Ｃ Ｏ ， 水化 学 反应
煤 气 与 热 力
中， ｇ表示气 态 ， ａ ｑ表示 液态 ， Ｓ 表示 固态 ） ：
①
阴极 反应
１
Ｃ Ｏ ２ （ ｇ ）
Ｋｃ ｏ ２
－
Ｃ Ｏ ２ （ ａ ｑ ）
①
㈩
Ｈ （ ａ ｑ ） ＋ ｅ 一
÷Ｈ ２ （ ｇ ）
厶
⑥
Ｈ２ ０（ ａ ｑ ）＋ｅ 一 兰Ｏ Ｈ一 （ ａ ｑ ）＋
Ｃ Ｏ ２ （ ａ ｑ ）＋Ｈ ２ ０（ ａ ｑ ） — Ｈ ２ Ｃ Ｏ ３ （ ａ ｑ ）
②
ｌ ～ ￣ ｈ ｙ ｄ ： （ ２ ）
÷Ｈ １ ２（ ｇ ）
Ｈ２ Ｃ Ｏ ３ （ ａ ｑ ）十ｅ —
⑦ ＨＣ Ｏ （ ａ ｑ ）＋
⑧
÷Ｈ １ （ ｇ ）
作 者简介 ： 龚智 力 ， 男， 讲师 ， 硕士， 从 事供 热 、 供 燃气 、
通 风及空调工程研究 。
Ｃ Ｏ ： 水化学研究是腐蚀速率准确预测的必要条
件， Ｃ Ｏ ：在水溶 液 中溶 解 及碳 酸 分 解 相 关 的 化 学 反
应 已经 得 到 了广泛 研 究 。但是 ， 近 年来 发 展 的 数 学 模 型考 虑 了这些 平 衡 反 应动 力 学 特 点 ， 特 别 是 溶液
是 普遍 而又 严峻 的 问题 。２ ０世 纪 ８ Ｏ、 ９ ０年 代 ， 在 湿 天 然气 管道 中碳 钢 Ｃ Ｏ 腐 蚀 速 率 以基 于 最 苛 刻条 件下 经验 或 半 经 验 数 学 模 型 预 测 为 主 ＿ Ｉ Ｊ 。这 些 模
型 由于简 单方 便 得 到 了 广 泛应 用 。 另一 方 面 ， 随着 石油工 业 的发 展 ， 气 井 不 断 向深 井 、 超深井发展 ， 开
系电 中性 原 理联 立 求 解 。Ｆ ｏ ｓ ｂ ｏ ｅ ｌ 等 人 考 虑 了高 浓度 高压 非理 想情 况 的水化 学及 物质 输送 过程 的影 响， 对数 学模 型 进 行 了 修 正 。Ｃ Ｏ 水化 学 相 关 的化 学平 式 及反应 式 对应 的平 衡 常数 如 下 （ 化 学 反应 式