X100钢在含酸性气体的乙二醇水溶液中腐蚀行为研究

发布时间：2017-09-30 05:31

  本文关键词：X100钢在含酸性气体的乙二醇水溶液中腐蚀行为研究

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【摘要】：在天然气集输过程中普遍采用乙二醇来脱除游离水,但现场应用发现,乙二醇会引起再生系统和集输管线的腐蚀。乙二醇在高温下可能产生转化产物,加上地层水中的氯离子以及溶于水的CO2,使得设备及管线腐蚀十分严重。所以研究地面不同工艺环节中乙二醇的腐蚀行为,可以较为全面地把握乙二醇的腐蚀规律及机理,对天然气集输系统安全服役有重要指导意义。本文首先研究了X100钢在乙二醇-水体系中的腐蚀规律,分析不同乙二醇浓度、温度对X100钢腐蚀过程的影响；接着通过分析腐蚀速率、动力学参数、液相吸附理论、自由能、阴阳极的电化学反应过程,研究了X100钢在乙二醇-水-CO2体系中的腐蚀机理。然后,研究乙二醇的热转化及其对X1OO钢的腐蚀,检测了乙二醇热转化反应产物中的官能团,分析对比后筛选出腐蚀性最强的产物,通过失重法和电化学方法相结合,进而得到酸性环境下X100钢在乙二醇转化产物中的腐蚀机理。最后,结合现场使用条件,检测贫、富乙二醇溶液中氯离子和铁离子的含量,分析了在贫、富乙二醇溶液中及含有CO2的条件下,溶液中离子含量与腐蚀速率之间的关联性。由电化学测试结果可知,在乙二醇-水体系中纯的乙二醇溶液几乎不会腐蚀X100钢,乙二醇浓度的增加对基体的保护性加强,温度的增加对阴极过程促进明显。通过动电位极化曲线和液相吸附理论相结合并辅以交流阻抗测试可知,在乙二醇-水-CO2体系中,当乙二醇浓度小于20%时,乙二醇在试样表面的覆盖度不高,试样表面存在稳定的覆盖区和活化区。当乙二醇浓度大于40%时,乙二醇分子具有自发和强烈的吸附性能,乙二醇的吸附会达到饱和吸附量,在试样表面均匀分布并形成一层吸附膜。同时,利用电化学方法和SEM、EDS相结合分析了乙二醇-水-C02体系中腐蚀产物膜的性能,在腐蚀前期(t≤36h)对基体保护性较差,腐蚀时间达到72 h后对基体的保护作用显著增强。腐蚀产物膜分为三层,第一层是疏松且较薄的Fe3C,第二层是耐蚀元素Cr、Mo的氢氧化物和氧化物,第三层是不完全覆盖的碳酸亚铁晶体。60%的乙二醇溶液在110℃反应96h后,利用红外光谱检测到溶液中含有较多羧酸基团,推测了高温条件下乙二醇的热转化反应产物。用失重法对反应产物的腐蚀性进行对比,发现在乙二醛、乙醇酸、乙二酸、甲酸中,甲酸的腐蚀性最强。在甲酸-CO2体系中,随甲酸浓度升高,腐蚀速率变大,甲酸的加入明显加速了阴极过程,同时显著减小了电荷转移电阻。用SEM和EDS分析了在不同浓度甲酸-CO2体系中的腐蚀产物成膜机制。结果表明,在低浓度时首先是Cr、Mo元素的富集,当浓度增大为2 mol/L时出现片层状甲酸亚铁,继续增大浓度,片层结构中间出现了细小的碳酸亚铁晶体。利用离子色谱仪和原子吸收分光光度计分析了贫、富乙二醇溶液中的离子含量。结果表明,在贫乙二醇溶液中氯离子和铁离子含量均较高。由于酸度和氯离子的影响,X100钢在贫乙二醇中的腐蚀比在富乙二醇中更严重。CO2的加入明显使X100钢在贫、富乙二醇的腐蚀程度加剧,在贫乙二醇溶液中形成的腐蚀产物膜保护性变差,基体点蚀现象严重,在富乙二醇溶液中主要表现为台地腐蚀。
【关键词】：X100钢 集输 乙二醇 CO_2
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG178
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究的背景与意义9-10
• 1.2 油气田酸性环境中材料腐蚀研究现状10-14
• 1.2.1 酸性环境中钢材的腐蚀机理与规律10-11
• 1.2.2 酸性环境中X100钢的局部腐蚀11-13
• 1.2.3 酸性环境中有机酸的腐蚀13-14
• 1.3 乙二醇腐蚀研究现状14-17
• 1.3.1 金属在乙二醇溶液中的腐蚀行为14
• 1.3.2 天然气集输工艺中乙二醇的腐蚀行为14-15
• 1.3.3 酸性环境中乙二醇腐蚀的影响因素15-17
• 1.4 本文主要研究方案17-19
• 第二章 X100钢在乙二醇中的腐蚀19-45
• 2.1 引言19
• 2.2 实验部分19-21
• 2.2.1 试样、试剂与仪器19-20
• 2.2.2 实验方法20-21
• 2.3 乙二醇-水体系中的腐蚀21-24
• 2.3.1 乙二醇浓度的影响21-23
• 2.3.2 温度的影响23-24
• 2.4 乙二醇-CO_2-水体系中的腐蚀24-43
• 2.4.1 乙二醇-CO_2-水体系中的腐蚀速率24-25
• 2.4.2 乙二醇-CO_2-水体系中的腐蚀电化学25-37
• 2.4.3 乙二醇-CO_2-水体系中的腐蚀产物膜性能37-43
• 2.5 本章小结43-45
• 第三章 乙二醇的热转化及其产物对X100钢的腐蚀45-59
• 3.1 引言45
• 3.2 实验部分45-46
• 3.2.1 试样、试剂与仪器45
• 3.2.2 实验方法45-46
• 3.3 乙二醇的热转化46-49
• 3.4 乙二醇热转化产物的腐蚀性49-52
• 3.5 甲酸-CO_2-水体系中的腐蚀速率及产物膜形貌、元素分析52-54
• 3.6 甲酸-CO_2-水体系中腐蚀电化学分析54-57
• 3.7 本章小结57-59
• 第四章 贫、富乙二醇体系中X100钢的腐蚀59-67
• 4.1 引言59-60
• 4.2 实验部分60-61
• 4.2.1 试样、试剂与仪器60
• 4.2.2 实验方法60-61
• 4.3 贫、富乙二醇的性质分析61-62
• 4.4 贫、富乙二醇-水体系的腐蚀62-64
• 4.4.1 贫、富乙二醇-水体系中的腐蚀速率62-63
• 4.4.2 贫、富乙二醇-水体系中的腐蚀形貌对比63-64
• 4.5 贫、富乙二醇-CO_2-水体系的腐蚀64-66
• 4.5.1 贫、富乙二醇-CO_2-水体系的腐蚀速率64-65
• 4.5.2 贫、富乙二醇-CO_2-水体系的腐蚀形貌对比65-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 结论与展望67-69
• 5.1 结论67-68
• 5.2 展望68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果77

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本文编号：946441