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二氧化碳腐蝕性的介紹

2020-07-12 00:00:00

一、關于二氧化碳的腐蝕性

      “二氧化碳腐蝕”這個術語1925年第一次被API(美國石油學會)采用。1943年,首次認為出現在Texas油田的氣井下油管的腐蝕為CO2腐蝕。二氧化碳在水介質中能引起鋼鐵迅速的全面腐蝕和嚴重的局部腐蝕,管道和設備發生早期腐蝕,往往造成嚴重的后果。在前蘇聯,油田設備二氧化碳腐蝕是在1961~1962年開發克拉斯諾爾邊疆區油氣田時首次發現的,設備內表面的腐蝕速度達5~8mm·a-1,導致設備損壞和產生事故隱患。美國Little Creek油田實施CO2驅油試驗期間,在無任何抑制的情況下,不到5個月的時間采油井油管管壁就腐蝕穿孔,腐蝕速度高達12.7mm·a-1。油氣田中這種惡性事故是CO2腐蝕的直接結果,它不僅造成巨大的經濟損失,而且造成嚴重的社會后果。類似的二氧化碳腐蝕破壞事故在南海油田、四川油氣田都發生過。


      在化肥生產等化工設備中,也常發生二氧化碳腐蝕。如鎮海石化總廠的大型化肥廠的高壓CO2水冷器,將CO2氣體冷卻到合適溫度后進入高壓合成系統。該設備是U型管換熱器。第一臺U型管材質為3074L不銹鋼,壁厚3mm,投產后一個半月因發生嚴重的點蝕,而造成泄漏。第二臺管子材料換成2RE69不銹鋼,使用40多天又因泄漏管太多而報廢。


      在制氫裝置的給水預熱器、冷卻器等部件,由于輸送含CO2、CO等氣體,也經常發生CO2腐蝕破壞事故,主要是露點附近的二氧化碳腐蝕,這種腐蝕呈點蝕狀態,壓力愈高水分愈多,則露點愈低,腐蝕愈嚴重。對于碳鋼,在壓力15×105Pa條件下,腐蝕速度會高達17mm/a。1996年荷蘭的Zeist城,煤氣管道和煤氣儲罐(直徑3m)發生的爆炸事故,以及1966年6月世界上最早的日本大型有機藥品制造裝置的管道系統中的碳鋼凸繞、噴嘴等的焊接區發生了開裂,造成內部氣體噴出,這兩類事故后來經調查研究都被認為是在CO2-CO-H2O介質中發生的應力腐蝕裂開造成的。

二氧化碳

二、二氧化碳腐蝕的影響因素

      干燥的CO2氣體本身沒有腐蝕性。CO2較易溶解在水中,二氧化碳溶于水后對部分金屬材料有極強的腐蝕性,由此而引起的材料破壞統稱CO2腐蝕。在相同的PH值下,由于CO2的總酸度比鹽酸高,因此,它對鋼鐵的腐蝕比鹽酸還嚴重。

      CO2腐蝕受到眾多因素的影響,概括起來主要可分為:

      1. 環境因素,包括二氧化碳分壓(Pco2)、介質溫度(T)、水介質礦化度、PH值、水溶液中Cl2、HCO3、Ca、Mg、微量H2S和O2、細菌等的含量,油氣混合介質中的蠟含量,介質載荷、流速及流動狀態,材料表面垢的結構與性質等。

      2. 材料因素,包括材料種類,材料中合金元素Cr、C、Ni、Si、Mo、Cu、Co等的含量,材料表面膜等。

      CO2對設備可形成全面腐蝕(也稱均勻腐蝕),也可形成局部腐蝕。形成全面腐蝕時,金屬的全部或大部面積上均勻地受到破壞,常用單位時間、單位面積上的材料損失的質量或單位時間內材料損失的平均厚度來表示均勻腐蝕速率。形成局部腐蝕時,鋼鐵表面某些局部發生嚴重的腐蝕而其他部分沒有腐蝕或依然只發生輕微的腐蝕。不同類型的局部腐蝕形態不同,例如,點蝕出現凹空并且四周光滑,臺地腐蝕出現較大面積的凹臺,底部平整,周邊垂直凹底,流動誘使局部腐蝕形狀如凹溝,即平行于物流流動方向的刀形線槽溝。


三、二氧化碳腐蝕的控制

      CO2溶于水對鋼鐵有強烈的腐蝕性,因此,在化學和石油工業中有必要采取一些防護措施控制CO2的腐蝕。這些防護措施主要分為:

      1. 調整碳鋼和低合金鋼的成分,以增加金屬的耐蝕性,甚至采用非金屬材料;

      2. 改變金屬的使用環境,以降低環境對金屬的腐蝕;

      3. 使用緩蝕劑;

     4. 電化學保護;

      5. 采用保護性覆蓋層。

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