最新二氧化碳腐蚀

CO

2易溶于水,常温常压下饱和水溶液所溶解的CO

2

浓度为0.04mol/ L ,大部分

1

CO2 是以结合较弱的水合物分子形式存在,只有一小部分形成碳酸,电离出的H+ 2

会降低水的pH 值。CO2 溶入水后对部分金属材料有极强的腐蚀性。在相同的pH 3

值下,由于CO2 的总酸度比盐酸高,因此它对钢铁的腐蚀比盐酸还严重,其腐蚀速4

率可达7mm/a 甚至更高。

5

CO2 水溶液能引起钢铁迅速腐蚀,使得管道设备发生早期失效。例如,美国

6

Little Creek 油田实施CO2 驱油试验期间,不到5 个月油管管壁就腐蚀穿孔,腐7

蚀速率高达12. 7mm/a 。中国华北油田58号井,曾日产原油400t 、天然气105m3, 8

油中含水3.1 % ,气中含CO

242 % ,仅使用18个月,N - 80 钢质油管就腐蚀泄露,

9

造成井喷,被迫停产。CO2 溶于水后对管道和设备可形成全面腐蚀,也可形成局部10

腐蚀,两种腐蚀产生的条件不同。

11

(1) CO2的全面腐蚀:在温度较低时,CO2对碳钢的腐蚀主要表现为全面腐蚀,其12

性质为电化学腐蚀。总的腐蚀反应为:

13

CO2 + H2O + Fe →FeCO3 + H2

14

(2) CO2的局部腐蚀:CO2的局部腐蚀可分为三种类型。

15

①点蚀:点蚀表现为钢材出现凹坑,并且四周光滑。一般说来,点蚀存在一个温

16

度敏感区间,且与CO2分压、材料的组成有密切关系。目前,还没有用于预测钢材17

发生点蚀敏感性的简单规则。

18

②台地侵蚀:台地侵蚀会出现较大面积的凹台,底部平整,周边垂直凹底。当钢

19

铁表面形成大量碳酸亚铁膜、而膜又不是很致密和稳定时,容易造成上述破坏。

20

③流动诱使局部腐蚀:流动诱使局部腐蚀形状如凹沟,即平行于物流方向的刀

21

形线槽沟。钢材在传流介质条件下会发生流动诱使局部腐蚀。在这类腐蚀下,往22

往在被破坏的金属表面形成沉淀物层,但表面很难形成具有保护性的膜。

23

CO2的腐蚀破坏往往是由于局部腐蚀造成的,然而对局部腐蚀的机理仍缺乏深24

入的研究。总的说来,在含CO2的介质中,腐蚀产物( FeCO

3)、垢(CaCO

3

)或其它的

25

生成物膜在钢材表面不同的区域覆盖度不同,这样不同覆盖度的区域之间形成了26

具有很强自催化特性的腐蚀电偶或闭塞电池。CO2的局部腐蚀就是这种腐蚀电偶27

作用的结果。

28

(3) CO2腐蚀的主要影响因素:

29

①介质含水量:无论在气相还是在液相中,CO

2腐蚀的发生都离不开水对钢材表

30

面的浸湿作用。随着含水量的增大,CO

2的腐蚀速度增大,在含水率为45 %(质量)

31

左右,CO

2的腐蚀速度出现大幅度增加。

32

②CO

2分压:CO

2

分压对钢的腐蚀形态有显著的影响。当CO2 分压低于0.0483MPa

33

时,易发生CO

2的均匀腐蚀;当CO

2

分压在0.0483～0.207MPa时,则可能发生不同程

34

度的小孔腐蚀,腐蚀程度为中度;当CO

2分压大于0.207MPa 时,会发生严重的局部

35

腐蚀。

36

③介质温度: 对于铁来说,温度(T)对CO

2腐蚀的影响可以分为4 个阶段:

37

T< 40 ℃时,CO

2与铁的反应产物为FeCO

3

,软而无附着力,金属表面光滑,主要发

38

生均匀腐蚀;

39

60～110 ℃,铁表面可生成具有一定保护性的腐蚀产物膜,局部腐蚀较突出;

40

110 ℃附近,均匀腐蚀速度高,局部腐蚀严重(深孔) ,腐蚀产物为厚而松的41

FeCO

3粗结晶;

42

150 ℃以上时,生成细致、紧密、附着力强的Fe

2CO

3

和Fe

3

O

4

膜,腐蚀速率较低。

43

钢种的不同和环境介质参数的差异,对腐蚀温度规律会产生影响,故需要具体44

问题具体分析。含CO

2介质中温度对铬含量不同钢种腐蚀速度的影响见图1。

45

46

图1 在CO2 介质中温度对不同钢腐蚀速度的影响

47

图中数字为铬含量:1 - 1 %;2 - 2 %;3 - 3 %;4 - 5 %;5 - 9 %;

48

6 - 13 %;

7 - 17 %;

8 - 25 %;

9 - 10 %

49

从图1 可以看出,当铬含量达到17%以上时,CO

2对钢材的腐蚀已经非常

50

微弱,温度的影响也不再明显。

51

因此可以得出以下结论:

52

①变气中所含的CO

2与水已经构成对管道造成酸性腐蚀的条件;

53

②中变气流动诱使局部腐蚀,由于冲刷使得碳钢金属表面很难形成具有保护性

54

膜,构成对钢材产生严重腐蚀的条件;

55

③装置的开停工会使CO

2的腐蚀速度加快;

56

④含铬量较高的高合金钢(如0Cr18Ni9不锈钢)对CO

2腐蚀有明显的抑制作用。

57