元素硫和CO_2对P110钢腐蚀行为的影响

【摘要】S/CO2共存是油气田开发中最严重的腐蚀环境之一,特别是高温(≥80℃)时,元素硫发生水解,产生了吸附性极强的HS和S2-,使得腐蚀介质成分变得异常复杂,极具腐蚀性。本文采用挂片浸泡法和电化学技术,研究了在常压下P110钢的腐蚀行为,分析了P110钢在模拟腐蚀介质中CO2腐蚀、硫腐蚀以及两者腐蚀的相关性。通过腐蚀失重法测得了在不同温度和不同介质下的腐蚀速率。结果表明,随着温度的升高,CO2腐蚀和硫腐蚀以及S/CO2共存条件下的腐蚀速率均为指数递增。CO2腐蚀主要为均匀腐蚀,S腐蚀出现了局部腐蚀,在S/CO2共存条件下,低温(70℃)时为均匀腐蚀,高温(90℃)时出现局部腐蚀(点蚀)。元素硫促进CO2的局部腐蚀,CO2抑制元素硫的腐蚀。随着温度的升高,腐蚀产物增加,Ca原子替换FeCO3中部分Fe原子,出现(Ca,Fe2,Mg)CO3和Mg3Ca(CO3)4复盐。高温(90℃)时,含硫条件下铁的硫化物由FeS(Mackinawite),转化生成其他类型的硫化物,如,Fe3S4、Fe1-xS(Pyrrhotite),保护性变差。90℃时,S/CO2共存条件下,在P110钢表面生成了一层具有一定的保护性的碳酸盐。碳酸盐产物膜一方面阻挡了元素硫与基体直接接触,另一方面,阻碍了传质,阻止腐蚀性介质穿过产物膜与基体接触,阻止Fe2+与溶液中的阴离子结合,抑制阳极反应。CO2腐蚀或硫腐蚀条件下,随着温度的升高,自腐蚀电位下降,自腐蚀电流密度升高,腐蚀过程由阴极反应控制转变为阳极反应控制,极化电阻Rp均减小。温度升高促进腐蚀。在S/CO2共存条件下,温度达到90℃时,自腐蚀电位向正方向移动,自腐蚀电流密度升高。70℃时,交流阻抗谱低频部分出现由腐蚀产物膜引起的容抗弧。90℃时,交流阻抗谱低频部分出现了扩散特征的Warburg阻抗。低温(70℃)时,P110钢出现元素硫腐蚀,主要表现为直接反应。温度高(90℃)时,P110钢的腐蚀速率急剧增大,直接反应和水解反应腐蚀机理同时存在。
【作者】周学阳；
【导师】严文；苗健；
【作者基本信息】西安工业大学，材料学，2014，硕士
【关键词】元素硫；CO2腐蚀；P110钢；腐蚀产物膜；电化学特征；

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