本文關(guān)鍵詞：X100鋼在含酸性氣體的乙二醇水溶液中腐蝕行為研究

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【摘要】：在天然氣集輸過程中普遍采用乙二醇來脫除游離水,但現(xiàn)場應(yīng)用發(fā)現(xiàn),乙二醇會引起再生系統(tǒng)和集輸管線的腐蝕。乙二醇在高溫下可能產(chǎn)生轉(zhuǎn)化產(chǎn)物,加上地層水中的氯離子以及溶于水的CO2,使得設(shè)備及管線腐蝕十分嚴(yán)重。所以研究地面不同工藝環(huán)節(jié)中乙二醇的腐蝕行為,可以較為全面地把握乙二醇的腐蝕規(guī)律及機(jī)理,對天然氣集輸系統(tǒng)安全服役有重要指導(dǎo)意義。本文首先研究了X100鋼在乙二醇-水體系中的腐蝕規(guī)律,分析不同乙二醇濃度、溫度對X100鋼腐蝕過程的影響；接著通過分析腐蝕速率、動力學(xué)參數(shù)、液相吸附理論、自由能、陰陽極的電化學(xué)反應(yīng)過程,研究了X100鋼在乙二醇-水-CO2體系中的腐蝕機(jī)理。然后,研究乙二醇的熱轉(zhuǎn)化及其對X1OO鋼的腐蝕,檢測了乙二醇熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)產(chǎn)物中的官能團(tuán),分析對比后篩選出腐蝕性最強(qiáng)的產(chǎn)物,通過失重法和電化學(xué)方法相結(jié)合,進(jìn)而得到酸性環(huán)境下X100鋼在乙二醇轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中的腐蝕機(jī)理。最后,結(jié)合現(xiàn)場使用條件,檢測貧、富乙二醇溶液中氯離子和鐵離子的含量,分析了在貧、富乙二醇溶液中及含有CO2的條件下,溶液中離子含量與腐蝕速率之間的關(guān)聯(lián)性。由電化學(xué)測試結(jié)果可知,在乙二醇-水體系中純的乙二醇溶液幾乎不會腐蝕X100鋼,乙二醇濃度的增加對基體的保護(hù)性加強(qiáng),溫度的增加對陰極過程促進(jìn)明顯。通過動電位極化曲線和液相吸附理論相結(jié)合并輔以交流阻抗測試可知,在乙二醇-水-CO2體系中,當(dāng)乙二醇濃度小于20%時,乙二醇在試樣表面的覆蓋度不高,試樣表面存在穩(wěn)定的覆蓋區(qū)和活化區(qū)。當(dāng)乙二醇濃度大于40%時,乙二醇分子具有自發(fā)和強(qiáng)烈的吸附性能,乙二醇的吸附會達(dá)到飽和吸附量,在試樣表面均勻分布并形成一層吸附膜。同時,利用電化學(xué)方法和SEM、EDS相結(jié)合分析了乙二醇-水-C02體系中腐蝕產(chǎn)物膜的性能,在腐蝕前期(t≤36h)對基體保護(hù)性較差,腐蝕時間達(dá)到72 h后對基體的保護(hù)作用顯著增強(qiáng)。腐蝕產(chǎn)物膜分為三層,第一層是疏松且較薄的Fe3C,第二層是耐蝕元素Cr、Mo的氫氧化物和氧化物,第三層是不完全覆蓋的碳酸亞鐵晶體。60%的乙二醇溶液在110℃反應(yīng)96h后,利用紅外光譜檢測到溶液中含有較多羧酸基團(tuán),推測了高溫條件下乙二醇的熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)產(chǎn)物。用失重法對反應(yīng)產(chǎn)物的腐蝕性進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)在乙二醛、乙醇酸、乙二酸、甲酸中,甲酸的腐蝕性最強(qiáng)。在甲酸-CO2體系中,隨甲酸濃度升高,腐蝕速率變大,甲酸的加入明顯加速了陰極過程,同時顯著減小了電荷轉(zhuǎn)移電阻。用SEM和EDS分析了在不同濃度甲酸-CO2體系中的腐蝕產(chǎn)物成膜機(jī)制。結(jié)果表明,在低濃度時首先是Cr、Mo元素的富集,當(dāng)濃度增大為2 mol/L時出現(xiàn)片層狀甲酸亞鐵,繼續(xù)增大濃度,片層結(jié)構(gòu)中間出現(xiàn)了細(xì)小的碳酸亞鐵晶體。利用離子色譜儀和原子吸收分光光度計(jì)分析了貧、富乙二醇溶液中的離子含量。結(jié)果表明,在貧乙二醇溶液中氯離子和鐵離子含量均較高。由于酸度和氯離子的影響,X100鋼在貧乙二醇中的腐蝕比在富乙二醇中更嚴(yán)重。CO2的加入明顯使X100鋼在貧、富乙二醇的腐蝕程度加劇,在貧乙二醇溶液中形成的腐蝕產(chǎn)物膜保護(hù)性變差,基體點(diǎn)蝕現(xiàn)象嚴(yán)重,在富乙二醇溶液中主要表現(xiàn)為臺地腐蝕。
【關(guān)鍵詞】：X100鋼 集輸 乙二醇 CO_2
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG178
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 研究的背景與意義9-10
• 1.2 油氣田酸性環(huán)境中材料腐蝕研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 酸性環(huán)境中鋼材的腐蝕機(jī)理與規(guī)律10-11
• 1.2.2 酸性環(huán)境中X100鋼的局部腐蝕11-13
• 1.2.3 酸性環(huán)境中有機(jī)酸的腐蝕13-14
• 1.3 乙二醇腐蝕研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 金屬在乙二醇溶液中的腐蝕行為14
• 1.3.2 天然氣集輸工藝中乙二醇的腐蝕行為14-15
• 1.3.3 酸性環(huán)境中乙二醇腐蝕的影響因素15-17
• 1.4 本文主要研究方案17-19
• 第二章 X100鋼在乙二醇中的腐蝕19-45
• 2.1 引言19
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分19-21
• 2.2.1 試樣、試劑與儀器19-20
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)方法20-21
• 2.3 乙二醇-水體系中的腐蝕21-24
• 2.3.1 乙二醇濃度的影響21-23
• 2.3.2 溫度的影響23-24
• 2.4 乙二醇-CO_2-水體系中的腐蝕24-43
• 2.4.1 乙二醇-CO_2-水體系中的腐蝕速率24-25
• 2.4.2 乙二醇-CO_2-水體系中的腐蝕電化學(xué)25-37
• 2.4.3 乙二醇-CO_2-水體系中的腐蝕產(chǎn)物膜性能37-43
• 2.5 本章小結(jié)43-45
• 第三章 乙二醇的熱轉(zhuǎn)化及其產(chǎn)物對X100鋼的腐蝕45-59
• 3.1 引言45
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分45-46
• 3.2.1 試樣、試劑與儀器45
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)方法45-46
• 3.3 乙二醇的熱轉(zhuǎn)化46-49
• 3.4 乙二醇熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的腐蝕性49-52
• 3.5 甲酸-CO_2-水體系中的腐蝕速率及產(chǎn)物膜形貌、元素分析52-54
• 3.6 甲酸-CO_2-水體系中腐蝕電化學(xué)分析54-57
• 3.7 本章小結(jié)57-59
• 第四章 貧、富乙二醇體系中X100鋼的腐蝕59-67
• 4.1 引言59-60
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分60-61
• 4.2.1 試樣、試劑與儀器60
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)方法60-61
• 4.3 貧、富乙二醇的性質(zhì)分析61-62
• 4.4 貧、富乙二醇-水體系的腐蝕62-64
• 4.4.1 貧、富乙二醇-水體系中的腐蝕速率62-63
• 4.4.2 貧、富乙二醇-水體系中的腐蝕形貌對比63-64
• 4.5 貧、富乙二醇-CO_2-水體系的腐蝕64-66
• 4.5.1 貧、富乙二醇-CO_2-水體系的腐蝕速率64-65
• 4.5.2 貧、富乙二醇-CO_2-水體系的腐蝕形貌對比65-66
• 4.6 本章小結(jié)66-67
• 第五章 結(jié)論與展望67-69
• 5.1 結(jié)論67-68
• 5.2 展望68-69
• 致謝69-70
• 參考文獻(xiàn)70-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果77

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本文編號：946441