CO2對碳鋼的腐蝕

本文整理自文獻(xiàn):郭志軍, 陳東鳳, 李亞軍, 等. 油氣田高含H2S、CO2和Cl-環(huán)境下壓力容器腐蝕機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 石油化工設(shè)備, 2008, 37(5). 

CO2溶于水后對材料的破壞稱為CO2腐蝕。對于低合金鋼,CO2不僅能夠引起全面腐蝕,還會造成局部腐蝕,局部腐蝕以蝕坑、臺面侵蝕和流動誘導(dǎo)3種基本形式出現(xiàn)。另外,碳鋼在CO2-H2O體系中還會發(fā)生腐蝕力腐蝕開裂(一般認(rèn)為是陽極溶解性的)。

目前,被廣為接受的CO2腐蝕機(jī)理是:CO2溶解于水中生成碳酸,在金屬表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。 

CO2腐蝕的影響因素主要包括環(huán)境和材料兩大類,其中,環(huán)境因素: 

1、CO2分壓的影響

當(dāng)CO2分壓:低于0.021 MPa時(shí),腐蝕輕微;0.021~0.2 MPa時(shí),可能發(fā)生坑蝕;大于0.2 MPa時(shí),發(fā)生嚴(yán)重局部的腐蝕。 

2、溫度的影響

溫度是通過化學(xué)反應(yīng)和腐蝕產(chǎn)物膜特性來影響鋼的腐蝕行為。碳酸電離常數(shù)隨溫度的升高而增加,所以溫度上升,介質(zhì)的酸性增強(qiáng),導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物膜溶解、疏松,并因此促進(jìn)全面腐蝕和局部腐蝕。90℃以下,腐蝕速率隨著溫度升高而增加;110℃左右時(shí),F(xiàn)eCO3保護(hù)膜上會出現(xiàn)粗大的結(jié)晶,并逐步增大和剝離而產(chǎn)生局部腐蝕。在150℃左右,鋼材與CO2在最初20h形成一層薄而致密的保護(hù)膜。

溫度和流速對腐蝕速度的影響是緊密相關(guān)的,不同溫度下,介質(zhì)中臨界流速也有所不同,在CO2分壓為0.1 MPa和60℃下,流速增加使腐蝕速度急劇增大,流速轉(zhuǎn)折點(diǎn)為0.32 m/s。 

3、pH值的影響

pH值的變化直接影響CO2在水中的存在形式。pH小于4時(shí),主要以H2CO3存在,在無O2時(shí),碳鋼腐蝕主要是H+去極化作用。pH值在4~10以HCO存在。pH大于10時(shí)主要以CO存在,有利碳酸鹽結(jié)垢的形成和穩(wěn)定。


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