本文關鍵詞：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生轉化產物,加上地層水中的氯離子以及溶于水的CO2,使得設備及管線腐蝕十分嚴重。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)律及機理,對天然氣集輸系統(tǒng)安全服役有重要指導意義。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、動力學參數(shù)、液相吸附理論、自由能、陰陽極的電化學反應過程,研究了X100鋼在乙二醇-水-CO2體系中的腐蝕機理。然后,研究乙二醇的熱轉化及其對X1OO鋼的腐蝕,檢測了乙二醇熱轉化反應產物中的官能團,分析對比后篩選出腐蝕性最強的產物,通過失重法和電化學方法相結合,進而得到酸性環(huán)境下X100鋼在乙二醇轉化產物中的腐蝕機理。最后,結合現(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聯(lián)性。由電化學測試結果可知,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性加強,溫度的增加對陰極過程促進明顯。通過動電位極化曲線和液相吸附理論相結合并輔以交流阻抗測試可知,在乙二醇-水-CO2體系中,當乙二醇濃度小于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)。當乙二醇濃度大于40%時,乙二醇分子具有自發(fā)和強烈的吸附性能,乙二醇的吸附會達到飽和吸附量,在試樣表面均勻分布并形成一層吸附膜。同時,利用電化學方法和SEM、EDS相結合分析了乙二醇-水-C02體系中腐蝕產物膜的性能,在腐蝕前期(t≤36h)對基體保護性較差,腐蝕時間達到72 h后對基體的保護作用顯著增強。腐蝕產物膜分為三層,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96h后,利用紅外光譜檢測到溶液中含有較多羧酸基團,推測了高溫條件下乙二醇的熱轉化反應產物。用失重法對反應產物的腐蝕性進行對比,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。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體系中的腐蝕產物成膜機制。結果表明,在低濃度時首先是Cr、Mo元素的富集,當濃度增大為2 mol/L時出現(xiàn)片層狀甲酸亞鐵,繼續(xù)增大濃度,片層結構中間出現(xiàn)了細小的碳酸亞鐵晶體。利用離子色譜儀和原子吸收分光光度計分析了貧、富乙二醇溶液中的離子含量。結果表明,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物膜保護性變差,基體點蝕現(xiàn)象嚴重,在富乙二醇溶液中主要表現(xiàn)為臺地腐蝕。
【關鍵詞】：X100鋼 集輸 乙二醇 CO_2
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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 實驗部分19-21
• 2.2.1 試樣、試劑與儀器19-20
• 2.2.2 實驗方法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25-37
• 2.4.3 乙二醇-CO_2-水體系中的腐蝕產物膜性能37-43
• 2.5 本章小結43-45
• 第三章 乙二醇的熱轉化及其產物對X100鋼的腐蝕45-59
• 3.1 引言45
• 3.2 實驗部分45-46
• 3.2.1 試樣、試劑與儀器45
• 3.2.2 實驗方法45-46
• 3.3 乙二醇的熱轉化46-49
• 3.4 乙二醇熱轉化產物的腐蝕性49-52
• 3.5 甲酸-CO_2-水體系中的腐蝕速率及產物膜形貌、元素分析52-54
• 3.6 甲酸-CO_2-水體系中腐蝕電化學分析54-57
• 3.7 本章小結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 實驗部分60-61
• 4.2.1 試樣、試劑與儀器60
• 4.2.2 實驗方法60-61
• 4.3 貧、富乙二醇的性質分析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66-67
• 第五章 結論與展望67-69
• 5.1 結論67-68
• 5.2 展望68-69
• 致謝69-70
• 參考文獻70-77
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果77

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本文編號：946441