20#鋼在CO 2 /H 2 O氣液兩相塞狀流中的腐蝕行為
發(fā)布時(shí)間：2021-03-09 19:15
采用自主設(shè)計(jì)動態(tài)腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置研究20#鋼在CO2/H2O兩相塞狀流條件下的腐蝕行為,利用失重法、SEM、EDS和XRD等手段對腐蝕試樣進(jìn)行腐蝕速率分析、腐蝕形貌觀察以及腐蝕產(chǎn)物成分與膜層結(jié)構(gòu)特征分析.結(jié)果表明:隨時(shí)間的延長腐蝕速率呈先小幅減小、后快速增大、再明顯降低的趨勢,4h和8h分別達(dá)實(shí)驗(yàn)條件下的最大值（2.074 6 mm/a）和最小值（1.898 8 mm/a）;下管壁腐蝕形貌特征表明隨時(shí)間延長腐蝕產(chǎn)物膜層由初始階段疏松團(tuán)絮狀產(chǎn)物+細(xì)小針狀產(chǎn)物組成含有微裂紋的單層腐蝕產(chǎn)物膜層逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡p層腐蝕產(chǎn)物膜,外層膜疏松其具有貫穿性裂紋,而內(nèi)層膜相對致密并隨時(shí)間延長致密度逐漸提高,EDS分析結(jié)果表明內(nèi)層相對致密膜層的鐵含量高于外層膜,屬于富鐵腐蝕產(chǎn)物,外層相對疏松膜層的碳氧元素含量之和相比內(nèi)層膜較高;在同時(shí)間段上管壁腐蝕產(chǎn)物沿垂直流動方向呈條帶狀分布,由初始粗大疏松產(chǎn)物顆粒逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸?guī)則排列特征的晶粒;腐蝕產(chǎn)物主要由Fe、C、O三種主要元素組成,主要組成相有Fe3C、FeCO3、Fe3<...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2017,49(11)北大核心
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
圖1時(shí)間對20#鋼腐蝕速率的影響
(i)所示，圖2(b)、(d)、(f)、(h)、(j)為各自對應(yīng)放大形貌，而其右上角附圖為對應(yīng)本圖的局部進(jìn)一步放大形貌．從圖2(a)、(c)、(e)、(g)、(i)可看出試樣表面均形成一層腐蝕產(chǎn)物膜，初始階段完全覆蓋的膜層表面不均勻分布龜裂紋，見圖2(a)中橢圓內(nèi)所示，且有極少量龜裂紋處有剝落如圖中白色箭頭所示，從放大腐蝕形貌可知此時(shí)腐蝕產(chǎn)物膜是由疏松絮狀球形顆粒組成的疏松膜層見圖2(b)，其右上角進(jìn)一步放大形貌附圖可見絮狀球由大量針狀腐蝕產(chǎn)物構(gòu)成，絮狀球之間孔隙較大;隨時(shí)間延長，表面腐蝕產(chǎn)物膜層的致密度增加見圖2(c)，其局部放大形貌表明腐蝕產(chǎn)物層也是由針狀物質(zhì)緊密堆積而成見圖2(d)，表面依然存在少量的翹曲區(qū)域，對比圖2(b)可見其表面球狀物質(zhì)顆粒尺寸減小，右上角附圖中顯示其球狀顆粒之間的間隙減小甚至消失，相對致密度提高的膜層在腐蝕過程中阻礙離子擴(kuò)散，對應(yīng)圖1此刻腐蝕速率略有降低．腐蝕產(chǎn)物沉積動力學(xué)決定了腐蝕產(chǎn)物形貌和完整性以及腐蝕速率，腐蝕產(chǎn)物形成動力學(xué)包含一系列表面反應(yīng)，包括活性溶解、離子擴(kuò)散、膜生長和表面層形成，4h時(shí)在表面可觀察到較深的產(chǎn)物剝落坑見圖2(e)，對應(yīng)高倍形貌圖2(f)可見腐蝕產(chǎn)物表面分布不均勻，表面分布“苔蘚”狀疏松區(qū)域如圖中白色橢圓內(nèi)所示，其下為極易脫落的疏松層，如圖中黑色橢圓內(nèi)為剝落殘留，疏松層呈現(xiàn)網(wǎng)狀連通裂紋，其右上角附圖進(jìn)一步放大形貌可見較深裂紋，疏松層下為相對上層致密的腐蝕產(chǎn)物膜層如圖中箭頭所示，在流體沖刷作用下，大部分表面具有網(wǎng)狀連通裂紋的疏松產(chǎn)物膜在流體沖刷作用下極容易脫落，這進(jìn)一步促進(jìn)離子的交換，致使腐蝕速率大幅度加快;隨著腐蝕時(shí)間的進(jìn)一步延長，后續(xù)形成的腐蝕產(chǎn)物膜優(yōu)先在孔隙或裂紋處沉積，底層相對致密的膜層致密度進(jìn)一步提
圖3為同一試樣管壁上壁面處腐蝕產(chǎn)物的微觀形貌，其右上角附圖為局部放大形貌，與下管壁腐蝕形貌對比發(fā)現(xiàn)其低倍條件下的特征不明顯，而3h腐蝕后形貌特征有所區(qū)別對比圖2(c)與圖3(b)，上下壁腐蝕表面均較光滑致密，上管壁呈現(xiàn)較多的區(qū)域片狀凸起而下管壁凸起較少如圖2(c)中橢圓內(nèi)所示．而高倍形貌卻完全不同，對比圖2(b)、(d)、(f)、(h)、(j)與圖3可見上管壁腐蝕后表面呈現(xiàn)條帶狀特征．圖3(a)表明腐蝕2h后上管壁表面由均勻疏松蜂窩狀顆粒組成，進(jìn)一步放大形貌可見此時(shí)腐蝕產(chǎn)物比較粗糙且顆粒較大，孔隙相對下壁面(圖2b)更大;3h時(shí)上壁表面出現(xiàn)了大面積不規(guī)則形狀區(qū)域，部分區(qū)域出現(xiàn)節(jié)瘤狀產(chǎn)物如圖中橢圓內(nèi)所示，由局部放大形貌圖3(f)可見腐蝕產(chǎn)物由針狀腐蝕產(chǎn)物組成的均勻團(tuán)絮狀疏松顆粒堆積而成，對比圖3(a)腐蝕產(chǎn)物致密度提高;4h時(shí)腐蝕產(chǎn)物由較大顆粒狀物質(zhì)組成并呈條帶狀分布如圖3(c)所示，條帶狀分布方向與液體流動方向垂直;圖3(d)為5h時(shí)上管壁面腐蝕形貌，圖中可見腐蝕產(chǎn)物完整均勻分布，表面有局部微裂紋如圖中橢圓內(nèi)所示，由局部放大形貌可見較大顆粒狀物質(zhì)堆積表面，其下為較致密的內(nèi)層膜;8h時(shí)可見表面呈現(xiàn)大量排列規(guī)則的腐蝕產(chǎn)物晶粒，且其生長方向一致，據(jù)相關(guān)研究報(bào)道推斷其為FeCO3晶粒［18－19］，表面依然有針狀腐蝕產(chǎn)物構(gòu)成的顆粒狀物質(zhì)，整體致密度大幅度提高．經(jīng)EDS元素分析可知上下壁面的腐蝕產(chǎn)物均由Fe、C、O等元素構(gòu)成，即后續(xù)腐蝕產(chǎn)物成分分析均以下壁面為代表進(jìn)行具體分析．!"#$%!"#$!&#’%!"#$!(#)%!"#$!*#+%!"#$!,#-%!"#$!.#’%!"%&#$圖3不同時(shí)間時(shí)管壁上壁面腐蝕產(chǎn)物膜的SEM表面形貌Fig．3SEMsurfaceimagesofcorrosionscalesonthepipetopwallwithdifferenttime2．3腐蝕產(chǎn)物膜截面形貌分析圖
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]20鋼在CO2/水溶液氣液兩相流液相中的腐蝕行為[J]. 宋文明,楊貴榮,馮萍萍,馬穎,郝遠(yuǎn). 材料熱處理學(xué)報(bào). 2016(09)
[2]多相流動對X70鋼腐蝕行為的影響[J]. 曲世元,侯吉瑞,崔銘偉,曹學(xué)文. 油氣儲運(yùn). 2016(05)
[3]黃河三角洲淺層地下水化學(xué)特征及形成作用[J]. 安樂生,趙全升,葉思源,劉貫群,丁喜桂. 環(huán)境科學(xué). 2012(02)
[4]油氣田開發(fā)中二氧化碳腐蝕的危害與研究現(xiàn)狀[J]. 李建忠,王海成,李寧. 廣州化工. 2011(21)
[5]動態(tài)和靜態(tài)下CO2分壓對P110鋼腐蝕行為的影響[J]. 劉會,朱世東,趙國仙,呂祥鴻. 腐蝕與防護(hù). 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分壓對油管鋼CO2/H2S腐蝕的影響[J]. 張清,李全安,文九巴,白真權(quán). 鋼鐵研究學(xué)報(bào). 2004(04)
[8]垂直管道中塞狀流的模擬[J]. 歐陽潔,孫國剛,YUAi-bing. 過程工程學(xué)報(bào). 2003(03)
[9]N80鋼動態(tài)和靜態(tài)CO2腐蝕行為對比研究[J]. 呂祥鴻,趙國仙,路民旭. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù). 2003(01)
[10]水平或小坡度上坡管氣液兩相塞狀流模型[J]. 羅銳,楊獻(xiàn)勇,王洲. 油田地面工程. 1990(03)
博士論文
[1]氣液混輸管線與立管系統(tǒng)嚴(yán)重段塞流特性研究[D]. 高嵩.上海交通大學(xué) 2012
碩士論文
[1]多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用[D]. 劉定智.西南石油學(xué)院 2003
本文編號：3073332
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2017,49(11)北大核心
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
圖1時(shí)間對20#鋼腐蝕速率的影響
(i)所示，圖2(b)、(d)、(f)、(h)、(j)為各自對應(yīng)放大形貌，而其右上角附圖為對應(yīng)本圖的局部進(jìn)一步放大形貌．從圖2(a)、(c)、(e)、(g)、(i)可看出試樣表面均形成一層腐蝕產(chǎn)物膜，初始階段完全覆蓋的膜層表面不均勻分布龜裂紋，見圖2(a)中橢圓內(nèi)所示，且有極少量龜裂紋處有剝落如圖中白色箭頭所示，從放大腐蝕形貌可知此時(shí)腐蝕產(chǎn)物膜是由疏松絮狀球形顆粒組成的疏松膜層見圖2(b)，其右上角進(jìn)一步放大形貌附圖可見絮狀球由大量針狀腐蝕產(chǎn)物構(gòu)成，絮狀球之間孔隙較大;隨時(shí)間延長，表面腐蝕產(chǎn)物膜層的致密度增加見圖2(c)，其局部放大形貌表明腐蝕產(chǎn)物層也是由針狀物質(zhì)緊密堆積而成見圖2(d)，表面依然存在少量的翹曲區(qū)域，對比圖2(b)可見其表面球狀物質(zhì)顆粒尺寸減小，右上角附圖中顯示其球狀顆粒之間的間隙減小甚至消失，相對致密度提高的膜層在腐蝕過程中阻礙離子擴(kuò)散，對應(yīng)圖1此刻腐蝕速率略有降低．腐蝕產(chǎn)物沉積動力學(xué)決定了腐蝕產(chǎn)物形貌和完整性以及腐蝕速率，腐蝕產(chǎn)物形成動力學(xué)包含一系列表面反應(yīng)，包括活性溶解、離子擴(kuò)散、膜生長和表面層形成，4h時(shí)在表面可觀察到較深的產(chǎn)物剝落坑見圖2(e)，對應(yīng)高倍形貌圖2(f)可見腐蝕產(chǎn)物表面分布不均勻，表面分布“苔蘚”狀疏松區(qū)域如圖中白色橢圓內(nèi)所示，其下為極易脫落的疏松層，如圖中黑色橢圓內(nèi)為剝落殘留，疏松層呈現(xiàn)網(wǎng)狀連通裂紋，其右上角附圖進(jìn)一步放大形貌可見較深裂紋，疏松層下為相對上層致密的腐蝕產(chǎn)物膜層如圖中箭頭所示，在流體沖刷作用下，大部分表面具有網(wǎng)狀連通裂紋的疏松產(chǎn)物膜在流體沖刷作用下極容易脫落，這進(jìn)一步促進(jìn)離子的交換，致使腐蝕速率大幅度加快;隨著腐蝕時(shí)間的進(jìn)一步延長，后續(xù)形成的腐蝕產(chǎn)物膜優(yōu)先在孔隙或裂紋處沉積，底層相對致密的膜層致密度進(jìn)一步提
圖3為同一試樣管壁上壁面處腐蝕產(chǎn)物的微觀形貌，其右上角附圖為局部放大形貌，與下管壁腐蝕形貌對比發(fā)現(xiàn)其低倍條件下的特征不明顯，而3h腐蝕后形貌特征有所區(qū)別對比圖2(c)與圖3(b)，上下壁腐蝕表面均較光滑致密，上管壁呈現(xiàn)較多的區(qū)域片狀凸起而下管壁凸起較少如圖2(c)中橢圓內(nèi)所示．而高倍形貌卻完全不同，對比圖2(b)、(d)、(f)、(h)、(j)與圖3可見上管壁腐蝕后表面呈現(xiàn)條帶狀特征．圖3(a)表明腐蝕2h后上管壁表面由均勻疏松蜂窩狀顆粒組成，進(jìn)一步放大形貌可見此時(shí)腐蝕產(chǎn)物比較粗糙且顆粒較大，孔隙相對下壁面(圖2b)更大;3h時(shí)上壁表面出現(xiàn)了大面積不規(guī)則形狀區(qū)域，部分區(qū)域出現(xiàn)節(jié)瘤狀產(chǎn)物如圖中橢圓內(nèi)所示，由局部放大形貌圖3(f)可見腐蝕產(chǎn)物由針狀腐蝕產(chǎn)物組成的均勻團(tuán)絮狀疏松顆粒堆積而成，對比圖3(a)腐蝕產(chǎn)物致密度提高;4h時(shí)腐蝕產(chǎn)物由較大顆粒狀物質(zhì)組成并呈條帶狀分布如圖3(c)所示，條帶狀分布方向與液體流動方向垂直;圖3(d)為5h時(shí)上管壁面腐蝕形貌，圖中可見腐蝕產(chǎn)物完整均勻分布，表面有局部微裂紋如圖中橢圓內(nèi)所示，由局部放大形貌可見較大顆粒狀物質(zhì)堆積表面，其下為較致密的內(nèi)層膜;8h時(shí)可見表面呈現(xiàn)大量排列規(guī)則的腐蝕產(chǎn)物晶粒，且其生長方向一致，據(jù)相關(guān)研究報(bào)道推斷其為FeCO3晶粒［18－19］，表面依然有針狀腐蝕產(chǎn)物構(gòu)成的顆粒狀物質(zhì)，整體致密度大幅度提高．經(jīng)EDS元素分析可知上下壁面的腐蝕產(chǎn)物均由Fe、C、O等元素構(gòu)成，即后續(xù)腐蝕產(chǎn)物成分分析均以下壁面為代表進(jìn)行具體分析．!"#$%!"#$!&#’%!"#$!(#)%!"#$!*#+%!"#$!,#-%!"#$!.#’%!"%&#$圖3不同時(shí)間時(shí)管壁上壁面腐蝕產(chǎn)物膜的SEM表面形貌Fig．3SEMsurfaceimagesofcorrosionscalesonthepipetopwallwithdifferenttime2．3腐蝕產(chǎn)物膜截面形貌分析圖
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]20鋼在CO2/水溶液氣液兩相流液相中的腐蝕行為[J]. 宋文明,楊貴榮,馮萍萍,馬穎,郝遠(yuǎn). 材料熱處理學(xué)報(bào). 2016(09)
[2]多相流動對X70鋼腐蝕行為的影響[J]. 曲世元,侯吉瑞,崔銘偉,曹學(xué)文. 油氣儲運(yùn). 2016(05)
[3]黃河三角洲淺層地下水化學(xué)特征及形成作用[J]. 安樂生,趙全升,葉思源,劉貫群,丁喜桂. 環(huán)境科學(xué). 2012(02)
[4]油氣田開發(fā)中二氧化碳腐蝕的危害與研究現(xiàn)狀[J]. 李建忠,王海成,李寧. 廣州化工. 2011(21)
[5]動態(tài)和靜態(tài)下CO2分壓對P110鋼腐蝕行為的影響[J]. 劉會,朱世東,趙國仙,呂祥鴻. 腐蝕與防護(hù). 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分壓對油管鋼CO2/H2S腐蝕的影響[J]. 張清,李全安,文九巴,白真權(quán). 鋼鐵研究學(xué)報(bào). 2004(04)
[8]垂直管道中塞狀流的模擬[J]. 歐陽潔,孫國剛,YUAi-bing. 過程工程學(xué)報(bào). 2003(03)
[9]N80鋼動態(tài)和靜態(tài)CO2腐蝕行為對比研究[J]. 呂祥鴻,趙國仙,路民旭. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù). 2003(01)
[10]水平或小坡度上坡管氣液兩相塞狀流模型[J]. 羅銳,楊獻(xiàn)勇,王洲. 油田地面工程. 1990(03)
博士論文
[1]氣液混輸管線與立管系統(tǒng)嚴(yán)重段塞流特性研究[D]. 高嵩.上海交通大學(xué) 2012
碩士論文
[1]多相混輸技術(shù)的研究及其應(yīng)用[D]. 劉定智.西南石油學(xué)院 2003
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