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CO2腐蝕

一、概述

CO2腐蝕是油氣田最常見的腐蝕形式之一，當(dāng)CO2溶于水或原油時(shí)，會具有很強(qiáng)腐蝕性，從而對集輸管線和井下油套管產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。因此，CO2腐蝕已成為油氣田腐蝕與防護(hù)面對的重要問題。

二、CO2腐蝕的危害

1 均勻腐蝕

CO2形成全面腐蝕時(shí)，材料主要以均勻腐蝕為主。一是溫度在60℃以下，鋼鐵材料表面存在少量軟而附著力小的FeCO3腐蝕產(chǎn)物膜，金屬表面光滑，以均勻腐蝕為主；二是CO2分壓低于0.483×10-1MPa時(shí)，易發(fā)生均勻腐蝕。

2 局部腐蝕

局部腐蝕是相對于均勻腐蝕而言的， CO2引起的局部腐蝕有如下形式：

點(diǎn)蝕：腐蝕區(qū)出現(xiàn)凹孔且四周光滑；

蜂窩狀腐蝕：腐蝕區(qū)有多個(gè)點(diǎn)蝕孔分布；

臺地侵蝕：會出現(xiàn)較大面積的凹臺，底部平整，周邊垂直凹底；

流動誘發(fā)局部腐蝕：由臺地侵蝕發(fā)展而來，流動會誘使臺地侵蝕區(qū)形成凹溝，平行于物流方向的刀線槽溝。

三、CO2腐蝕的機(jī)理

1 均勻腐蝕機(jī)理

CO2溶于水形成H2CO3，并與Fe反應(yīng)造成Fe的腐蝕。其中陽極過程為鐵失去電子變成鐵離子的過程。多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為在腐蝕反應(yīng)中，陰極反應(yīng)控制腐蝕速率，目前對CO2腐蝕陰極反應(yīng)主要有兩種觀點(diǎn)：其一認(rèn)為是非催化氫離子陰極還原反應(yīng)；其二認(rèn)為發(fā)生了氫離子催化還原反應(yīng)，還原反應(yīng)主要以H+和HCO3-為主；本質(zhì)上這兩種都是CO2溶解后形成的HCO3-電離出H+的還原過程。

總的腐蝕反應(yīng)如圖： 

2 局部腐蝕機(jī)理

CO2局部腐蝕往往表現(xiàn)為局部穿孔及破損。研究認(rèn)為，有如下四種局部腐蝕誘發(fā)機(jī)制：

臺地腐蝕機(jī)制：局部腐蝕先發(fā)生在小點(diǎn)，小點(diǎn)發(fā)展成小孔并連片。當(dāng)腐蝕介質(zhì)覆蓋小孔導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物膜破裂，形成臺地腐蝕。疏松的腐蝕產(chǎn)物形成物質(zhì)傳輸通道后，也會加劇局部臺地腐蝕。 

流動誘導(dǎo)機(jī)制：腐蝕產(chǎn)物膜粗糙表面引起微湍流，剪切應(yīng)力使得腐蝕產(chǎn)物膜局部變薄并出現(xiàn)孔洞，孔所對應(yīng)的極低處變成了小陽極，產(chǎn)生局部腐蝕。

內(nèi)應(yīng)力致裂機(jī)制：當(dāng)腐蝕產(chǎn)物膜的厚度增大到一定值后，膜內(nèi)應(yīng)力過大而導(dǎo)致膜的破裂，形成電偶腐蝕效應(yīng)。

腐蝕產(chǎn)物膜破損機(jī)制：由于腐蝕產(chǎn)物膜與金屬基體的塑性能力差異，當(dāng)產(chǎn)生環(huán)向壓力時(shí)，產(chǎn)物膜和基體變形程度不同導(dǎo)致膜破裂，形成電偶腐蝕效應(yīng)。

未完待續(xù)  . . .

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