20#钢在CO 2 /H 2 O气液两相塞状流中的腐蚀行为
发布时间：2021-03-09 19:15
采用自主设计动态腐蚀实验装置研究20#钢在CO2/H2O两相塞状流条件下的腐蚀行为,利用失重法、SEM、EDS和XRD等手段对腐蚀试样进行腐蚀速率分析、腐蚀形貌观察以及腐蚀产物成分与膜层结构特征分析.结果表明:随时间的延长腐蚀速率呈先小幅减小、后快速增大、再明显降低的趋势,4h和8h分别达实验条件下的最大值（2.074 6 mm/a）和最小值（1.898 8 mm/a）;下管壁腐蚀形貌特征表明随时间延长腐蚀产物膜层由初始阶段疏松团絮状产物+细小针状产物组成含有微裂纹的单层腐蚀产物膜层逐渐转变为双层腐蚀产物膜,外层膜疏松其具有贯穿性裂纹,而内层膜相对致密并随时间延长致密度逐渐提高,EDS分析结果表明内层相对致密膜层的铁含量高于外层膜,属于富铁腐蚀产物,外层相对疏松膜层的碳氧元素含量之和相比内层膜较高;在同时间段上管壁腐蚀产物沿垂直流动方向呈条带状分布,由初始粗大疏松产物颗粒逐渐转变为具有规则排列特征的晶粒;腐蚀产物主要由Fe、C、O三种主要元素组成,主要组成相有Fe3C、FeCO3、Fe3<...
【文章来源】：哈尔滨工业大学学报. 2017,49(11)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图1时间对20#钢腐蚀速率的影响
(i)所示，图2(b)、(d)、(f)、(h)、(j)为各自对应放大形貌，而其右上角附图为对应本图的局部进一步放大形貌．从图2(a)、(c)、(e)、(g)、(i)可看出试样表面均形成一层腐蚀产物膜，初始阶段完全覆盖的膜层表面不均匀分布龟裂纹，见图2(a)中椭圆内所示，且有极少量龟裂纹处有剥落如图中白色箭头所示，从放大腐蚀形貌可知此时腐蚀产物膜是由疏松絮状球形颗粒组成的疏松膜层见图2(b)，其右上角进一步放大形貌附图可见絮状球由大量针状腐蚀产物构成，絮状球之间孔隙较大;随时间延长，表面腐蚀产物膜层的致密度增加见图2(c)，其局部放大形貌表明腐蚀产物层也是由针状物质紧密堆积而成见图2(d)，表面依然存在少量的翘曲区域，对比图2(b)可见其表面球状物质颗粒尺寸减小，右上角附图中显示其球状颗粒之间的间隙减小甚至消失，相对致密度提高的膜层在腐蚀过程中阻碍离子扩散，对应图1此刻腐蚀速率略有降低．腐蚀产物沉积动力学决定了腐蚀产物形貌和完整性以及腐蚀速率，腐蚀产物形成动力学包含一系列表面反应，包括活性溶解、离子扩散、膜生长和表面层形成，4h时在表面可观察到较深的产物剥落坑见图2(e)，对应高倍形貌图2(f)可见腐蚀产物表面分布不均匀，表面分布“苔藓”状疏松区域如图中白色椭圆内所示，其下为极易脱落的疏松层，如图中黑色椭圆内为剥落残留，疏松层呈现网状连通裂纹，其右上角附图进一步放大形貌可见较深裂纹，疏松层下为相对上层致密的腐蚀产物膜层如图中箭头所示，在流体冲刷作用下，大部分表面具有网状连通裂纹的疏松产物膜在流体冲刷作用下极容易脱落，这进一步促进离子的交换，致使腐蚀速率大幅度加快;随着腐蚀时间的进一步延长，后续形成的腐蚀产物膜优先在孔隙或裂纹处沉积，底层相对致密的膜层致密度进一步提
图3为同一试样管壁上壁面处腐蚀产物的微观形貌，其右上角附图为局部放大形貌，与下管壁腐蚀形貌对比发现其低倍条件下的特征不明显，而3h腐蚀后形貌特征有所区别对比图2(c)与图3(b)，上下壁腐蚀表面均较光滑致密，上管壁呈现较多的区域片状凸起而下管壁凸起较少如图2(c)中椭圆内所示．而高倍形貌却完全不同，对比图2(b)、(d)、(f)、(h)、(j)与图3可见上管壁腐蚀后表面呈现条带状特征．图3(a)表明腐蚀2h后上管壁表面由均匀疏松蜂窝状颗粒组成，进一步放大形貌可见此时腐蚀产物比较粗糙且颗粒较大，孔隙相对下壁面(图2b)更大;3h时上壁表面出现了大面积不规则形状区域，部分区域出现节瘤状产物如图中椭圆内所示，由局部放大形貌图3(f)可见腐蚀产物由针状腐蚀产物组成的均匀团絮状疏松颗粒堆积而成，对比图3(a)腐蚀产物致密度提高;4h时腐蚀产物由较大颗粒状物质组成并呈条带状分布如图3(c)所示，条带状分布方向与液体流动方向垂直;图3(d)为5h时上管壁面腐蚀形貌，图中可见腐蚀产物完整均匀分布，表面有局部微裂纹如图中椭圆内所示，由局部放大形貌可见较大颗粒状物质堆积表面，其下为较致密的内层膜;8h时可见表面呈现大量排列规则的腐蚀产物晶粒，且其生长方向一致，据相关研究报道推断其为FeCO3晶粒［18－19］，表面依然有针状腐蚀产物构成的颗粒状物质，整体致密度大幅度提高．经EDS元素分析可知上下壁面的腐蚀产物均由Fe、C、O等元素构成，即后续腐蚀产物成分分析均以下壁面为代表进行具体分析．!"#$%!"#$!&#’%!"#$!(#)%!"#$!*#+%!"#$!,#-%!"#$!.#’%!"%&#$图3不同时间时管壁上壁面腐蚀产物膜的SEM表面形貌Fig．3SEMsurfaceimagesofcorrosionscalesonthepipetopwallwithdifferenttime2．3腐蚀产物膜截面形貌分析图
【参考文献】：
期刊论文
[1]20钢在CO2/水溶液气液两相流液相中的腐蚀行为[J]. 宋文明,杨贵荣,冯萍萍,马颖,郝远. 材料热处理学报. 2016(09)
[2]多相流动对X70钢腐蚀行为的影响[J]. 曲世元,侯吉瑞,崔铭伟,曹学文. 油气储运. 2016(05)
[3]黄河三角洲浅层地下水化学特征及形成作用[J]. 安乐生,赵全升,叶思源,刘贯群,丁喜桂. 环境科学. 2012(02)
[4]油气田开发中二氧化碳腐蚀的危害与研究现状[J]. 李建忠,王海成,李宁. 广州化工. 2011(21)
[5]动态和静态下CO2分压对P110钢腐蚀行为的影响[J]. 刘会,朱世东,赵国仙,吕祥鸿. 腐蚀与防护. 2009(08)
[6]Mechanism of protective film formation during CO2 corrosion of X65 pipeline steel[J]. Tong Li1), Yongjin Yang1), Kewei Gao1), and Minxu Lu2) 1) School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Corrosion and Protection Center, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China. Journal of University of Science and Technology Beijing. 2008(06)
[7]CO2分压对油管钢CO2/H2S腐蚀的影响[J]. 张清,李全安,文九巴,白真权. 钢铁研究学报. 2004(04)
[8]垂直管道中塞状流的模拟[J]. 欧阳洁,孙国刚,YUAi-bing. 过程工程学报. 2003(03)
[9]N80钢动态和静态CO2腐蚀行为对比研究[J]. 吕祥鸿,赵国仙,路民旭. 腐蚀科学与防护技术. 2003(01)
[10]水平或小坡度上坡管气液两相塞状流模型[J]. 罗锐,杨献勇,王洲. 油田地面工程. 1990(03)
博士论文
[1]气液混输管线与立管系统严重段塞流特性研究[D]. 高嵩.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]多相混输技术的研究及其应用[D]. 刘定智.西南石油学院 2003
本文编号：3073332
【文章来源】：哈尔滨工业大学学报. 2017,49(11)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图1时间对20#钢腐蚀速率的影响
(i)所示，图2(b)、(d)、(f)、(h)、(j)为各自对应放大形貌，而其右上角附图为对应本图的局部进一步放大形貌．从图2(a)、(c)、(e)、(g)、(i)可看出试样表面均形成一层腐蚀产物膜，初始阶段完全覆盖的膜层表面不均匀分布龟裂纹，见图2(a)中椭圆内所示，且有极少量龟裂纹处有剥落如图中白色箭头所示，从放大腐蚀形貌可知此时腐蚀产物膜是由疏松絮状球形颗粒组成的疏松膜层见图2(b)，其右上角进一步放大形貌附图可见絮状球由大量针状腐蚀产物构成，絮状球之间孔隙较大;随时间延长，表面腐蚀产物膜层的致密度增加见图2(c)，其局部放大形貌表明腐蚀产物层也是由针状物质紧密堆积而成见图2(d)，表面依然存在少量的翘曲区域，对比图2(b)可见其表面球状物质颗粒尺寸减小，右上角附图中显示其球状颗粒之间的间隙减小甚至消失，相对致密度提高的膜层在腐蚀过程中阻碍离子扩散，对应图1此刻腐蚀速率略有降低．腐蚀产物沉积动力学决定了腐蚀产物形貌和完整性以及腐蚀速率，腐蚀产物形成动力学包含一系列表面反应，包括活性溶解、离子扩散、膜生长和表面层形成，4h时在表面可观察到较深的产物剥落坑见图2(e)，对应高倍形貌图2(f)可见腐蚀产物表面分布不均匀，表面分布“苔藓”状疏松区域如图中白色椭圆内所示，其下为极易脱落的疏松层，如图中黑色椭圆内为剥落残留，疏松层呈现网状连通裂纹，其右上角附图进一步放大形貌可见较深裂纹，疏松层下为相对上层致密的腐蚀产物膜层如图中箭头所示，在流体冲刷作用下，大部分表面具有网状连通裂纹的疏松产物膜在流体冲刷作用下极容易脱落，这进一步促进离子的交换，致使腐蚀速率大幅度加快;随着腐蚀时间的进一步延长，后续形成的腐蚀产物膜优先在孔隙或裂纹处沉积，底层相对致密的膜层致密度进一步提
图3为同一试样管壁上壁面处腐蚀产物的微观形貌，其右上角附图为局部放大形貌，与下管壁腐蚀形貌对比发现其低倍条件下的特征不明显，而3h腐蚀后形貌特征有所区别对比图2(c)与图3(b)，上下壁腐蚀表面均较光滑致密，上管壁呈现较多的区域片状凸起而下管壁凸起较少如图2(c)中椭圆内所示．而高倍形貌却完全不同，对比图2(b)、(d)、(f)、(h)、(j)与图3可见上管壁腐蚀后表面呈现条带状特征．图3(a)表明腐蚀2h后上管壁表面由均匀疏松蜂窝状颗粒组成，进一步放大形貌可见此时腐蚀产物比较粗糙且颗粒较大，孔隙相对下壁面(图2b)更大;3h时上壁表面出现了大面积不规则形状区域，部分区域出现节瘤状产物如图中椭圆内所示，由局部放大形貌图3(f)可见腐蚀产物由针状腐蚀产物组成的均匀团絮状疏松颗粒堆积而成，对比图3(a)腐蚀产物致密度提高;4h时腐蚀产物由较大颗粒状物质组成并呈条带状分布如图3(c)所示，条带状分布方向与液体流动方向垂直;图3(d)为5h时上管壁面腐蚀形貌，图中可见腐蚀产物完整均匀分布，表面有局部微裂纹如图中椭圆内所示，由局部放大形貌可见较大颗粒状物质堆积表面，其下为较致密的内层膜;8h时可见表面呈现大量排列规则的腐蚀产物晶粒，且其生长方向一致，据相关研究报道推断其为FeCO3晶粒［18－19］，表面依然有针状腐蚀产物构成的颗粒状物质，整体致密度大幅度提高．经EDS元素分析可知上下壁面的腐蚀产物均由Fe、C、O等元素构成，即后续腐蚀产物成分分析均以下壁面为代表进行具体分析．!"#$%!"#$!&#’%!"#$!(#)%!"#$!*#+%!"#$!,#-%!"#$!.#’%!"%&#$图3不同时间时管壁上壁面腐蚀产物膜的SEM表面形貌Fig．3SEMsurfaceimagesofcorrosionscalesonthepipetopwallwithdifferenttime2．3腐蚀产物膜截面形貌分析图
【参考文献】：
期刊论文
[1]20钢在CO2/水溶液气液两相流液相中的腐蚀行为[J]. 宋文明,杨贵荣,冯萍萍,马颖,郝远. 材料热处理学报. 2016(09)
[2]多相流动对X70钢腐蚀行为的影响[J]. 曲世元,侯吉瑞,崔铭伟,曹学文. 油气储运. 2016(05)
[3]黄河三角洲浅层地下水化学特征及形成作用[J]. 安乐生,赵全升,叶思源,刘贯群,丁喜桂. 环境科学. 2012(02)
[4]油气田开发中二氧化碳腐蚀的危害与研究现状[J]. 李建忠,王海成,李宁. 广州化工. 2011(21)
[5]动态和静态下CO2分压对P110钢腐蚀行为的影响[J]. 刘会,朱世东,赵国仙,吕祥鸿. 腐蚀与防护. 2009(08)
[6]Mechanism of protective film formation during CO2 corrosion of X65 pipeline steel[J]. Tong Li1), Yongjin Yang1), Kewei Gao1), and Minxu Lu2) 1) School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Corrosion and Protection Center, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China. Journal of University of Science and Technology Beijing. 2008(06)
[7]CO2分压对油管钢CO2/H2S腐蚀的影响[J]. 张清,李全安,文九巴,白真权. 钢铁研究学报. 2004(04)
[8]垂直管道中塞状流的模拟[J]. 欧阳洁,孙国刚,YUAi-bing. 过程工程学报. 2003(03)
[9]N80钢动态和静态CO2腐蚀行为对比研究[J]. 吕祥鸿,赵国仙,路民旭. 腐蚀科学与防护技术. 2003(01)
[10]水平或小坡度上坡管气液两相塞状流模型[J]. 罗锐,杨献勇,王洲. 油田地面工程. 1990(03)
博士论文
[1]气液混输管线与立管系统严重段塞流特性研究[D]. 高嵩.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]多相混输技术的研究及其应用[D]. 刘定智.西南石油学院 2003
本文编号：3073332
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3073332.html
